Методика решения задач по физике - Кобушкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Решение задач на законы Ньютона предполагает, естественно,
использование всех трех законов в своей совокупности независимо от
конкретного вида задачи. Разъяснил* это.
1. Любое описание любого механического движения имеет смысл
лишь при указании той системы отсчета, по отношению к которой
измерены положение, скорость и ускорение интересующего нас тела, а
также силы, действующие на это тело.
И так как в средней школе рассматриваются только ипер- циальиые
системы отсчета (т. е. те, о которых говорится в первом законе),
решение задачи, естественно, нужно начинать с фиксирования
некоторой инерциальной системы отсчета, за которую приближенно
можно принять, при небольших продолжительностях движения тел по
земле, землю или любое'тело, движущееся относительно нее
равномерно.
Таким образом, ссылка на первый закон очевидна.
2. Определить характер движения тела невозможно без анализа
сил, действующих на него. Но силы - это мера взаимодействия тел. Это
означает, что без рассмотрения взаимодействия интересующего нас
тела с другими телами задача решена быть не может. Взаимодействие
же, а значит, и определение всех сил, действующих па исследуемое
тело, немыслимо без пользования третьим законом.
3. Так как изменение скорости тела определяется ускорением
тела, а величина его определяется из второго закона, то ясна и его
необходимость при решении механических задач.
Необходимо отчетливо представить себе эту взаимосвязь всех трех
законов Ньютона, бессмысленность их использования в отрыве друг от
друга.
Рассмотрим несколько примеров в общем виде с тем, чтобы
проиллюстрировать сказанное выше.
Пример 1. Лошадь везет в гору воз, движение которого нас
интересует.
1. Естественно за систему отсчета взять землю, дорогу или гору и
связать с ней систему координат (рис. 26).
2. На воз существенным образом действуют: а) Земля с силой
тяготения Р, направленной вертикально вниз; б) деформированная,
"прогнувшаяся" опора (дорога) в направлении, перпендикулярном к
себе с силой Q; в) сила тяги со стороны лошади Fr вдоль горы вверх; г)
сила трения Етр вдоль дороги вниз и
24
обусловленная микро- и макрошероховатостями (с точки зрения
механики) дороги.
Естественно, на воз действует бесчисленное множество других сил,
но их действие несущественно в данном случае.
3. Результат рассмотрения сил позволяег написать второй закон в
виде
д_ P+Q + FT + FTV
т
Пример 2. Камень, лежащий на руке, подбрасывают
вверх (рис. 27, Л).
1. За систему отсчета берем землю и связываем с ней
систему координат, начало которой располагаем в любой близкой
к камню точке.
2. На камень действуют:
а) рука с силой Q; б) Земля
с силой Р; в) сопротивление
воздуха с силой Рс. Осталь-
ные силы несущественны.
3. Второй закон записы-
ваем в виде
~ 5 + Р+Рс
У л
С)
У
>,р
X
X
т
Рис. 27.
Пример 3. Подброшенный камень летит вверх (рис. 27, Б).
1. То же, что и в предыдущем примере.
2. На камень действуют: а) сила тяжели Р со стороны Земли,
б) сила сопротивления воздуха РсопР; эти силы направлены вертикально
вниз.
Необходимо отметить, что учащиеся склонны в подобных случаях
еще приписывать к перечисленным уже силам "силу
25
инерции", "силу движения" и т. д. Нужно уяснить, что по третьему
закону силы "порождаются" только телами и никак не скоростью,
инерцией и т. д.
В нашем примере существенных сил только две - Р и Fconp.
3. Второй закон для этого случая имеет вид
а - ^ Fс°пр т
Отметим еще один случай, часто приводящий учащихся в смущение.
Речь идет о силах, действующих на "самодвижу- щиеся" тела -
автомобили, поезда, животных.
Учащиеся склонны считать, что движущей силой в случае автомобиля
является сила тяги мотора. Это, строго говоря, неверно! Тело не может
само себе сообщить ускорение. Это
to- и
могут сделать лишь другие тела. Каково же происхождение этой силы
тяги, движущей силы, сообщающей автомобилю ускорение?
При включенном двигателе соответствующие механизмы (транс-
миссия) передают возникающее в цилиндрах мотора усилие на колеса.
Колеса, воздействуя на землю, отталкивают ее с силой Р3ш а (рис. 28). По
третьему закону, земля толкает колеса, а значит, и автомобиль с силой,
равной и противоположной по направлению Fа.3. Этим и обусловлена
сила тяги. Она - ответ, реакция на действие колес на землю. Если
исключить сцепление колес с землей, то двигатель ускорения
автомобилю не сообщит.
Можно сказать, что автомобиль приводится в движение силой
движущего трения. (Не путать его с трением тормозящим!)
Несколько слов о силе трения. Величина силы тормозящего трения
при движении тел подсчитывается по формуле
FTP - Щ,
где Q - сила, с которой тела прижаты друг к другу; она направлена
перпендикулярно к поверхности соприкасающихся тел. Сила FTр
направлена в сторону, противоположную относительной ско
2fr
рости движения. Сила же движущего трения направлена в сто-
