Питання з теми «Взаємодія тіл»

Тема: Взаємодія тіл

  1. Яке явище називають інерцією?
  2. Що таке інертність тіла? Від чого вона залежить?
  3. Який зв’язок між масою тіла та інертністю?
  4. Що таке маса? Її позначення, одиниця вимірювання, прилад для вимірювання
  5. Що таке густина речовини? Її позначення, одиниця вимірювання, формула.
  6. Що таке взаємодія? Що є результатом взаємодії?
  7. Що називають силою? Як її охарактеризувати? Її позначення, одиниця вимірювання, прилад для вимірювання
  8. Що таке результуюча сила?
  9. Додавання та віднімання сил, що діють на тіло вздовж однієї прямої.
  10. Що називають деформацією? Дією яких сил обумовлена диформація? Які є види деформації?
  11. Яка різниця між пластичними й пружними деформаціями?
  12. Що таке сила пружності? Чим вона характеризується? Яка природа сили пружності? Як вона напрямлена? Яку точку прикладання має? Зробити пояснювальний рисунок.
  13. Який зміст закону Гука? Формула.
  14. Яку силу називають силою нормальної реакції опори? Як вона напрямлена? Яку точку прикладання має? Зробити пояснювальний рисунок.
  15. Яку силу називають силою натягу нитки? Як вона напрямлена? Яку точку прикладання має? Зробити пояснювальний рисунок.

Давление твёрдых тел

Давление – это скалярная величина, которая равна отношению силы, которая действует перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

давление

S — площадь поверхности или опоры тела;
F — сила давления (любая сила, которая действует на тело перпендикулярно поверхности, чаще всего это вес тела).

Единица давления – паскаль (Па). Названа в честь французского учёного Блеза Паскаля.

[р] = 1 Па = 1Н/м2

Паскаль – давление, которое создаёт нормальная сила в 1 Н на площадь 1 м2.

Из формулы видно, что результат действия силы на поверхность зависит не только от ее величины, но и от площади опоры давящего тела. На картинке видно, что человек в ботинках идёт по снегу, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но если он наденет лыжи, то может идти не проваливаясь в снег. На лыжах и без человек действует на снег с одной и той же силой, которая равна его весу. Но действие этой силы различно в обоих случаях, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек.

Площадь подошвы примерно в 10 раз меньше площади поверхности лыжи, поэтому человек на лыжах давит на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой в десять раз меньшей.

Задача

Расчитайте давление конькобежца массой 60 кг на лёд, если ширина лезвия конька 4 мм, а длина лезвия, соприкасающегося со льдом, 30 см? Конькобежец стоит на обоих ногах.

давление_задача

На практике используются также единицы давления килопаскали (кПа) и гектопаскали (гПа):
1 кПа = 1000 Па
1 гПа = 100 Па

Сила упругости

Если на середину доски, лежащей горизонтально на двух опорах поставить груз, то под действием силы тяжести некоторое время груз будет двигаться вниз, прогибая доску, а затем остановится.

деформация

Эту остановку можно объяснить тем, что кроме силы тяжести, направленной вниз, на доску подействовала другая сила, направленная вверх. При движении вниз доска деформируется, при этом возникает сила, с которой опора действует на тело, лежащее на ней, эта сила направленна вверх, то есть в сторону, противоположную силе тяжести. Такую силу называют силой упругости.  Когда сила упругости становится равной силе тяжести, действующей на тело, опора и тело останавливаются.

Сила упругости — это сила, возникающая при деформации тела (то есть при изменении его формы, размеров) и всегда направлена в сторону, противоположную деформирующей силы.

сила упругости

Причина возникновения силы упругости

Причиной возникновения сил упругости является взаимодействие молекул тела. На малых расстояниях молекулы отталкиваются, а на больших – притягиваются. Конечно речь идёт о расстояниях сравнимых с размерами самих молекул.

В недеформированном теле молекулы находятся на таком расстоянии, при котором силы притяжения и отталкивания уравновешиваются. При деформации тела (при растяжении или сжатии) расстояния между молекулами изменяются – начинают преобладать либо силы притяжения, либо – отталкивания. В результате и возникает сила упругости, которая всегда направлена так, чтобы уменьшить величину деформации тела.

Закон Гука

Если к пружине повесить одну гирьку, то мы увидим, что пружина деформировалась — удлинилась на некоторую величину х. Если к пружине подвесить две одинаковые гирьки, то увидим, что удлинение стало в два раза больше. Удлинение пружины пропорционально силе упругости.

пружина_1

Сила упругости, возникающая при деформации тела, по модулю пропорциональна удлинению тела и направлена так, что стремится уменьшить величину деформации тела.

Закон Гука справедлив только для упругих деформаций, то есть таких видов деформации, которые исчезают, когда деформирующая сила перестаёт действовать!!!

Закон Гука можно записать в виде формулы:

закон гука

где k — жёсткость пружины;
х — удлинение пружины (равно разнице конечной и начальной длине пружины);
знак «–» показывает, что сила упругости всегда направлена в противоположную сторону деформирующей силы.

«Разновидности» силы упругости

силы упругости

Силу упругости, которая действует со стороны опоры, называют силой нормальной реакции опоры. Нормальная от слова «нормаль», то есть реакция опоры всегда перпендикулярна поверхности.

Силу упругости, которая действует со стороны подвеса, называют силой натяжения нити (подвеса).

 

Взамодействие тел

В окружающем нас мире действие одного тела на другое не может быть односторонним. Существует только взаимодействие.

Что является результатом взаимодействия?
1. изменение скорости тела;
2. деформация тела.

Рассмотрим явление, в результате которого тело меняет свою скорость.
Тележка находится в состоянии покоя относительно стола. Прикрепим к тележке упругую пластину, которая согнута и связана нитью. Если эту нить разрезать, то пластина резко выпрямится, но тележка останется на прежнем месте.
Если поставить рядом от согнутой пластины ещё одну такую же тележку, то после разрезания нити обе тележки придут в движение и разъедутся в разные стороны.

То есть для изменения скорости тележки потребовалось второе тело — вторая тележка.

тележки

При взаимодействии тел изменяются скорости тел.

Рассмотрим случаи, когда результатом взаимодействия тел является деформация тел.

взаимодействие

На первом рисунке приведён пример, когда теннисный мяч взаимодействует с ракеткой. При этом происходит деформация как сетки ракетки, так и самого мяча.

На втором рисунке показано, что если сжимать тело, то оно при этом деформируется, также как и пальцы руки.

На третьем рисунке показана деформация сетки батута.

При взаимодействии результат зависит от того, на сколько «сильным» будет взаимодействие: сильнее толнёте тележку — тележка наберёт бОльшую скорость;  сильнее ударите по мячу — сильнее его «деформируете» и мяч наберёт большую скорость и т.д.

Для количественного определения меры действия одного тела на другое служит физическая величина — сила.

Деформация

Деформация — это изменение размеров или формы тела.

При контакте взаимодействующих тел приходят в движение отдельные части тела, вследствие чего оба тела деформируются. В зависимости от того как именно части тела смещаются относительно друг друга, различают деформации растяжения, сжатия, кручения, изгиба, сдвига.

деформация табл_2

Деформация продолжается до тех пор, пока возникшая сила упругости не уравновесит внешние силы — тогда движение частей тела прекратится.

деформация табл

 

Плотность вещества

Плотность — физическая величина, характеризующая физические свойства вещества, которая равна отношению массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) можно расчитать по формуле:

плотность формула

 [ρ] = кг/м³; [m] = кг; [V] = м³.

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность».

Все вещества состоят из молекул, следовательно масса всякого тела складывается из масс его молекул. Это подобно тому, как масса пакета с конфетами складывается из масс всех конфет в пакете. Если все конфеты одинаковы, то массу пакета с конфетами можно было бы определить, умножив массу одной конфеты на число конфет в пакете.

Молекулы чистого вещества одинаковы. Поэтому масса капли воды равна произведению массы одной молекулы воды на число молекул в капле.

Плотность вещества показывает, чему равна масса 1 м³ этого вещества.

Плотность воды равна 1000 кг/м³, значит, масса 1 м³ воды равна 1000 кг. Это число можно получить, умножив массу одной молекулы воды на число молекул, содержащихся в 1 м³ его объёма.
Плотность льда равна 900 кг/м³, это означает, что масса 1 м³ льда равна 900 кг.
Иногда используют единицу измерения плотности г/см³, поэтому ещё можно сказать, что масса 1см³ льда равна 0,9 г.

Каждое вещество занимает некоторый объём. И может оказаться, что объёмы двух тел равны, а их массы различны. В этом случае говорят, что плотности этих веществ различны.
плотность

Также при равенстве масс двух тел их объёмы будут различны. Например, объём льда почти в 9 раз больше объёма железного бруса.

плотность2

Плотность вещества зависит от его температуры.

При повышении температуры обычно плотность уменьшается. Это связано с термическим расширением, когда при неизменной массе увеличивается объём.

При уменьшении температуры плотность увеличивается. Хотя существуют вещества, плотность которых в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе. Например, вода, бронза, чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Источник

Решение задач

Задача №1.
Прямоугольная металлическая пластинка длиной 5 см, шириной 3 см и толщиной 5 мм имеет массу 85 г. Из какого материала она может быть иготовлена?

Анализ физической проблемы. Чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо определить плотность вещества, из которого изготовлена пластинка. Затем, воспользовавшись таблицей плотностей, определить – какому веществу соответствует найденое значение плотности. Эту задачу можно решить в данных единицах (т.е. без перевода в СИ).
Задача1

Задача №2.
Медный шар объёмом 200 см3 имеет массу 1,6 кг. Определите, цельный этот шар или пустой. Если шар пустой, то определите объём полости.

Анализ физической проблемы. Если объём меди меньше объёма шара Vмед<Vш, то шар пустой. Понятно, что объём пустоты Vпуст = Vш – Vмед . Чтобы найти объём пустоты, выясним, какой объём занимает в шаре медь. Плотность меди найдём в таблице. В этой задаче следует массу подать в граммах, объём – в сантиметрах кубических, плотность, соответственно, – в г/см3.
Задача2

Задача №3.
Канистра, которая вмещает 20 кг воды, наполнили бензином. Определите массу бензина в канистре.

Анализ физической проблемы. Для определения массы бензина в канистре нам необходимо найти плотность бензина и ёмкость канистры, которая равна объёму воды. Объём воды определим по её массе и плотности. Плотность воды и бензина найдём в таблице. Задачу лучше решать в единицах СИ.
Задача3

Задача №4.
Из 800 см3 олова и 100 см3 свинца изготовили сплав. Какова его плотность? Каково отношение масс олова и свинца в сплаве?
Задача4

Масса

Все физические тела вокруг нас обладают некоторыми общими свойствами. Одним из таких свойств является свойство тел притягиваться к другим телам благодаря гравитационному взаимодействию. Мерой этого свойства является физическая величина, которая называется массой тел.

Также ни одно из тел не может изменить скорость своего движения мгновенно. В результате одинакового воздействия одни тела изменяют свою скорость достаточно быстро, а другие — намного медленнее.  Например, чтобы придать определённоую скорость тенисному мячу, нужно меньше времени, чем для придания такой же скорости металлическому шару. В таком случае говорят, что металлический шар более инертный. Мерой такого свойства тела как инетртность является — масса.

Таким образом, масса тела – это физическая величина, которая  является мерой инертного и гравитационного свойств тела.

Понятие массы – одно из самых сложных в физике, и при дальнейшем изучении физики это понятие будет расширяться.
На данный момент достаточно уяснить, что каждое физическое тело – человек, пушинка, Луна, микрочастица и т.д. – имеет массу.

Измерение массы

Поскольку масса – физическая величина, то её можно измерить. Чтобы измерить массу любого тела, его необходимо сравнить с телом, массу которого взята за единицу.
За единицу массы в Международной системе единиц (СИ) взят килограмм.

[m] = 1 кг

Кроме килограмма, допускается использование при необходимости, других единиц массы: тонны (т), центнера (ц), грамма (г), миллиграмма (мг)

Кратные единицы: 
1 т = 1000 кг
1 ц = 100 кг
1 кг = 1000 г
—Дольные единицы:
1 г = 0,001 кг
1 мг = 0,001 г
1 мг = 0,000 001 кг

Поскольку масса — это одна из основных единиц СИ, поэтому для неё существует эталон. Эталон массы был создан в 1880 году и представлял собой 1 л чистой воды при температуре +4ºС. Однако такой эталон был неудобен. Эталон килограмма изготовлен из платиново-иридиевого сплава, имеет форму цилиндра высотой 39 мм и диаметром 39 мм.

эталон

Хранится во Франции, в городе Севре в Международном бюро мер и весов . С эталона изготовлены точные копии, которые есть во многих странах, в частности в Украине (в г. Харькове в Национальном научном центре «Институт метрологии»).

Прибор для измерения массы тела называют весами.
весы

Правила взвешивания

1. Уравновесить весы.
2. Положить взвешиваемое тело на левую чашку весов, а гири – на правую.
3. Добиться равновесия весов с телом и гирями на чашках.
4. Взвешиваемое тело и гири опускать на чашки осторожно.
5. Взвешивать грузы массой, не превышающей предельную нагрузку.
6. Мелкие гири брать пинцетом.
При измерении массы сыпучего вещества на чаши весов подложить бумагу для избежания загрязнения чаши.