ВИДЕО УРОК
Действие и противодействие.
Действия тел друг на друга всегда взаимны, тела всегда взаимодействуют.
ПРИМЕР:
Если мы надавим рукой на стол,
то почувствуем, что и стол давит на руку. Сила, приложенная к столу, направлена
вертикально вниз, а сила, приложенная к руке, – вертикально вверх.
Винт моторной лодки отталкивает
воду назад, а лодка движется вперёд. Следовательно, и к воде, и к лодке
приложены силы. Эти две силы направлены в противоположные стороны. Каждая из
них производит своё действие. Сила тяги винта, действуя на воду, гонит её
назад, а сила, действующая на винт со стороны воды, толкает винт и всю лодку
вперёд.
Ведущие колёса паровоза (тепловоза, электровоза),
вращаясь, упираются в рельсы и с силой F отталкивают их назад.
Сила F1, действующая
на колёса со стороны рельсов, заставляет паровоз двигаться вперёд. В этом
случае силы также приложены к различным телам: к рельсам и к
колёсам.
Если одну из сил назовём действующей,
то другая сила будет, очевидно, противодействующей.
Обе силы всегда действуют одновременно: если нет одной из них, то нет и другой.
Разделение сил на действующие и противодействующие является условным: от нас
зависит, какую из сил назвать действующей, а какую противодействующей.
Эту мысль иногда выражают так: если есть
действие, то есть и противодействие.
Действующая сила приложена к одному из взаимодействующих тел, сила
противодействия – к другому. На тела, к которым эти силы приложены, силы
оказывают соответствующее действие.
ПРИМЕР:
На столе лежит книга.
Рассмотрим, какие на неё
действуют силы. На книгу, во-первых, действует сила тяжести (её вес). Но под действием одной только силы тело не
может находиться в покое. Следовательно, на книгу должна действовать, по
крайней мере, ещё одна сила. Что же это за сила ?
Под действием собственного веса
книга должна была бы падать. Но падению препятствует стол. Книга давит на стол
с силой собственного веса, но и стол в свою очередь давит на книгу.
Таким образом, оказывается, что
на книгу действуют две силы: её вес
Р,
направленный вертикально вниз, и сила F, с которой стол давит на книгу.
Книга находится в покое. Отсюда
следует, что сила Р (давление силы на
стол) и сила F (давление стола на книгу) равны по величине и противоположно
направлены.
ПРИМЕР:
При забивании гвоздя не только молоток действует
на гвоздь, но и гвоздь в свою очередь действует на молоток (сопротивляется ему), в
результате чего молоток останавливается.Тела действуют друг
на друга с равными по модулю силами и в том случае, если взаимодействие
происходит на расстоянии.
ПРИМЕР:
К одному из динамометров прикрепим стальной
брусок, а к другому – магнит.Сначала динамометры разведём на
такое расстояние, при котором силы взаимодействия магнита и стального бруска
практически равны нулю.Если один из динамометров
приближать к другому, их стрелки начнут отклоняться от нуля в разные стороны.
Это означает, что силы, с которыми магнит и брусок действуют друг на друга, противоположны
по направлению.
При сближении динамометров их показания
возрастут, но в любой момент движения динамометров эти показания равны друг
другу – значит, магнит и брусок взаимодействуют с равными по модулю силами.
Закон взаимодействия тел.
Все наблюдения и опыты показывают, что силы
взаимодействия двух тел равны по величине и действуют вдоль одной и той же
прямой в противоположных направлениях.
При этом одна из сил приложена к одному из взаимодействующих тел, а другая
– к другому. Это всегда нужно помнить.
Взаимодействие двух
тел – это всегда двусторонний процесс.
Силы, возникающие в
результате взаимодействия тел, являются силами одной природы.
Закон взаимодействия тел
был открыт Исааком Ньютоном.
Таким образом, сила характеризуется тремя признаками: величиной,
направлением и точкой приложения.
Каждое из взаимодействующих
тел действует на другое с некоторой силой, именно поэтому каждое из тел и
получает ускорение. Отношение абсолютных значений ускорений обоих тел равно
обратному отношению их масс:
отсюда
Ускорения, которые при взаимодействии сообщаются
обоим телам, направлены в противоположные стороны. Поэтому можно написать:
Но
а
где F1 и F2 – силы, действующие на
первое и второе тела. Следовательно,
F1 = –F2
Это равенство выражает третий закон
Ньютона.
Тела действуют друг на друга с силами, направленными
вдоль одной и той же прямой, равными по абсолютному значению и противоположными
по направлению.
Этот закон Ньютона показывает, что силы из-за взаимного действия тел друг
на друга всегда появляются парами. Если на какое-то тело действует сила, то
обязательно есть какое-то другое тело, на которое первое действует такой же по
абсолютному значению силой, но направленной в противоположную сторону.
Ускорения, которые эти силы сообщают телам, тоже имеют противоположные
направления.
Силы, о которых говорится в третьем законе
Ньютона, никогда не уравновешивают друг друга, поскольку они приложены к разным
телам.
ПРИМЕР:
Рассмотрим случай свободного
падения камня. Земля притягивает камень с такой же силой, с какой камень
притягивает Землю. В результате этого камень и Земля движутся навстречу друг
другу с ускорениями, обратно пропорциональными их массам. Так как масса Земли
во много раз больше массы камня, то ускорение Земли практически равно нулю, а
камень движется относительно Земли.
ПРИМЕР:
Лошадь тянет телегу с такой же
силой, с какой телега тянет лошадь, но телега движется за лошадью, а не
наоборот, так как лошадь, а не телега, отталкивается от Земли. Движение лошади
вместе с телегой возможно лишь потому, что существует трение, и лошадь,
упираясь подковами, перемещается относительно Земли (Земля практически
остаётся неподвижной). При отсутствии
трения передвижение тел было бы невозможным.
ПРИМЕР:
Грузчик оказывает воздействие на некий груз с
такой же по модулю силой, с какой этот груз воздействует на грузчика. Силы
направлены в противоположные стороны.Физическая природа сил
одинаковая: упругие
силы каната. Ускорение, которое сообщается каждому из тел, обратно
пропорционально массе тел.Следующий опыт поясняет смысл третьего закона Ньютона.
ОПЫТ:
Возьмём две одинаковые тележки, к одной из
которых прикреплена упругая стальная пластинка. Согнём эту пластинку и свяжем
её ниткой, а вторую тележку приставим к первой так, чтобы она плотно
соприкасалась с другим концом пластинки.
Перережем теперь нить.
Пластинка начнёт выпрямляться, и мы увидим, что в движение придут обе тележки.
Это значит, что обе они получили ускорение. Так как массы тележек одинаковы (массой пластинки
можно пренебречь), то одинаковы по
модулю и их ускорения, а следовательно, и скорости, о чём можно судить по одинаковой
длине перемещений тележек за одинаковое время.
Если на одну из тележек
положить какой-нибудь груз,
То мы увидим, что перемещения
тележек после освобождения пластинки будет неодинаковым. Это значит, что их
ускорения тоже неодинаковы: ускорение нагруженной тележки меньше.
В этом примере, как и в любых других, можно отметить ещё одну особенность
тех двух сил, которые согласно третьему закону Ньютона появляются одновременно
при взаимодействии двух тел: силы эти всегда одной природы. Если, например, на
одно тело со стороны другого действует сила упругости, то оно <<отвечает>>
этому другому телу тоже силой упругости.
Всегда следует помнить, что силы,
появляющиеся при взаимодействии тел, приложены к разным телам и поэтому они не
могут уравновешивать друг друга. Уравновешиваться могут лишь
силы, приложенные к одному и тому же телу.
ЗАДАЧА:
Два мальчика тянут верёвку за
противоположные концы. Один из них может действовать с силой 200
н, а другой – с силой 150 н. Каково показание динамометра ?
РЕШЕНИЕ:
Согласно третьему закону
Ньютона, силы, приложенные к концам верёвки, должны быть одинаковыми по
величине. Отсюда следует, что показание динамометра равно величине меньшей
силы, то есть 150 н.
ОТВЕТ:
Динамометр покажет 150
н.
ЗАДАЧА:
Человек, стоя в лодке, подтягивает к себе вторую
лодку с помощью верёвки.
Масса первой лодки 400
кг, второй – 200
кг. Какое перемещение совершит каждая из лодок за 5 сек,
если сила упругости натянутой верёвки равна
100 Н ? Силами трения
пренебречь, а воду считать покоящейся.
РЕШЕНИЕ:
В соответствии с третьим
законом Ньютона лодки получают противоположные по направлению ускорения и
двинутся навстречу друг другу. направим координатную ось Х в направлении движения первой лодки. Тогда
можно написать:
F1 = m1a1,
F2 = m2a2,
где F1 – проекция силы, действующей на первую лодку,
F2 – проекция силы,
действующей на вторую лодку,
F2 = –F1;
a1 и a2 – проекции ускорений первой и второй лодок. Отсюда
Проекции перемещений
лодок
вычислим по формулам:
Подставляя приведённые в
условии задачи данные, найдём:
ЗАДАЧА:
Два тела массами m1 = 1 кг и m2 = 2 кг, находящиеся на гладкой горизонтальной поверхности,
связаны нерастяжимой нитью. Ко второму телу в горизонтальном направлении
приложена сила F = 10 Н.
Найдите ускорение а, с которым движутся оба тела, и силу Т натяжения нити.
РЕШЕНИЕ:
Изобразим на рисунке рассматриваемые тела и
векторы действующих на них сил.Поскольку нить нерастяжима,
тела движутся синхронно, имея одинаковое ускорение.
Комментариев нет:
Отправить комментарий