ВИДЕО УРОК
Дія і протидія.
Дії тіл один на одного
завжди взаємні, тіла завжди взаємодіють.
ПРИКЛАД:
Якщо
ми натиснемо рукою на стіл, то відчуємо, що і стіл давить на руку. Сила,
прикладена до столу, спрямована вертикально вниз, а сила, прикладена до руки, – вертикально вгору.
Гвинт
моторного човна відштовхує воду назад, а човен рухається вперед. Отже, і до
води, і до човна прикладені сили. Ці дві сили спрямовані в протилежні сторони.
Кожна з них виконує свою дію. Сила тяги гвинта, діючи на воду, жене її назад, а
сила, що діє на гвинт з боку води, штовхає гвинт і увесь човен вперед.
Провідні колеса паровоза (тепловоза,
електровоза), обертаючись, упираються в рейки і з силою F відштовхують їх назад.
Сила F1,
що діє на колеса з боку рейок, примушує паровоз рухатися вперед. В цьому
випадку сили також прикладені до різних тіл: до рейок і до коліс.
Якщо одну з сил назвемо
такою, що діє, то інша сила буде,
очевидно, протидіючою. Обидві сили
завжди діють одночасно: якщо немає однієї з них, то немає і інший. Розділення
сил на ті, що діють і протидіючі є умовним: від нас залежить, яку з сил назвати
такою, що діє, а яку протидіючою.
Цю думку іноді
виражають так:
якщо є
дія, тобто і протидія.
Діюча сила прикладена
до одного зі взаємодіючих тіл, сила протидії – до іншого. На тіла, до яких ці
сили прикладені, сили чинять відповідну дію.
ПРИКЛАД:
На столі лежить книга.
Розглянемо,
які на неї діють сили. На книгу, по-перше, діє сила тяжіння (її вага). Але під дією однієї тільки сили тіло не може знаходитися у спокої.
Отже, на книгу повинна діяти, принаймні, ще одна сила. Що ж це за сила ?
Під
дією власної ваги книга повинна була б падати. Але падінню перешкоджає стіл.
Книга давить на стіл з силою власної ваги, але і стіл у свою чергу давить на
книгу.
Таким
чином, виявляється, що на книгу діють дві сили: її вага
Р, спрямована вертикально вниз, і
сила F,
з якою стіл давить на книгу.
Книга
знаходиться у спокої. Звідси витікає, що сила
Р
(тиск сили на
стіл) і сила F (тиск столу на книгу) рівні за величиною і протилежно спрямовані.
ПРИКЛАД:
При забиванні цвяха не тільки молоток діє на
цвях, але і цвях в свою чергу діє на молоток (пручається
йому), в результаті чого молоток
зупиняється.Тіла діють один на одного з рівними по модулю силами і в тому
випадку, якщо взаємодія відбувається на відстані.
ПРИКЛАД:
До одного з динамометрів прикріпимо сталевий
брусок, а до іншого – магніт.Спочатку
динамометри розведемо на таку відстань, при якому сили взаємодії магніту і
сталевого бруска практично дорівнюють нулю.Якщо
один з динамометрів наближати до іншого, їх стрілки почнуть відхилятися від
нуля в різні боки. Це означає, що сили, з якими магніт і брусок діють один на
одного, протилежні за напрямком.
При зближенні динамометрів їх показання
зростуть, але в будь-який момент руху динамометрів ці свідчення рівні один
одному – значить, магніт і брусок взаємодіють з рівними по модулю силами.
Закон взаємодії тіл.
Усі спостереження і
досліди показують, що сили взаємодії
двох тіл рівні за величиною і діють уздовж однієї і тієї ж прямої в протилежних
напрямах.
При цьому одна з сил
прикладена до одного зі взаємодіючих тіл, а інша – до іншого. Це завжди треба
пам'ятати.
Взаємодія двох тіл – це
завжди двосторонній процес.
Сили,
що виникають в результаті взаємодії тіл, є силами однієї природи.
Закон взаємодії тіл був
відкритий Ісааком Ньютоном.
Таким чином, сила
характеризується трьома ознаками: величиною, напрямом і точкою прикладення.
Кожне зі взаємодіючих
тіл діє на інше з деякою силою, саме тому кожне з тіл і отримує прискорення.
Відношення абсолютних значень прискорень обох тіл рівно зворотному відношенню
їх мас:
звідси
Прискорення, які при взаємодії повідомляються
обом тілам, спрямовані в протилежні сторони. Тому можна написати:
Але
а
де F1 і F2
–
сили, що діють на перше і друге тіла. Отже,
F1 = –F2
Ця рівність виражає третій закон Ньютона.
Тіла
діють один на одного з силами, спрямованими уздовж однієї і тієї ж прямої,
рівними по абсолютному значенню і протилежними по напряму.
Цей закон Ньютона
показує, що сили через взаємну дію тіл один на одного завжди з'являються
парами. Якщо на якесь тіло діє сила, то обов'язкове є якесь інше тіло, на яке
перше діє такий же по абсолютному значенню силою, але спрямованою в протилежну
сторону. Прискорення, які ці сили повідомляють тілам, теж мають протилежні
напрями.
Сили, про які йдеться в третьому законі Ньютона,
ніколи не врівноважують один одного, оскільки вони прикладені до різних тіл.
ПРИКЛАД:
Розглянемо
випадок вільного падіння каменю. Земля притягує камінь з такою ж силою, з який
камінь притягує Землю. В результаті цього камінь і Земля рухаються один
назустріч одному з прискореннями, обернено пропорційними до їх мас. Оскільки
маса Землі у багато разів більше маси каменю, те прискорення Землі практично
дорівнює нулю, а камінь рухається відносно Землі.
ПРИКЛАД:
Кінь
тягне віз з такою ж силою, з якою віз тягне коня, але віз рухається за конем, а
не навпаки, оскільки кінь, а не віз, відштовхується від Землі. Рух коня разом з
возом можливий лише тому, що існує тертя, і кінь, упираючись підковами,
переміщається відносно Землі (Земля практично залишається нерухомою). За
відсутності тертя пересування тіл було б неможливим.
ПРИКЛАД:
Вантажник впливає на якийсь вантаж з такою ж за
модулем силою, з якою цей вантаж впливає на вантажника. Сили спрямовані в
протилежні сторони.Фізична природа сил
однакова: пружні сили каната. Прискорення, яке повідомляється кожному з тіл,
обернено пропорційно масі тіл.Наступний досвід
пояснює сенс третього закону Ньютона.
ДОСВІД:
Візьмемо два однакові візки, до однієї з яких
прикріплена пружна сталева пластинка. Зігнемо цю пластинку і зв'яжемо її
ниткою, а другий візок приставимо до першої так, щоб вона щільно стикалася з
іншим кінцем пластинки.
Переріжемо
тепер нитку. Пластинка почне випрямлятися, і ми побачимо, що в рух прийдуть
обидва візки. Це означає, що обоє вони дістали прискорення. Оскільки маси
візків однакові (масою пластинки можна нехтувати), то однакові по модулю і їх
прискорення, а отже, і швидкості, про що можна судити по однаковій довжині
переміщень візків за однаковий час.
Якщо на один з візків покласти який-небудь
вантаж,
Те
ми побачимо, що переміщення візків після звільнення пластинки буде неоднаковим.
Це означає, що їх прискорення теж неоднакові: прискорення навантаженого візка
менше.
В даному прикладі, як і
у будь-яких інших, можна відмітити ще одну особливість тих двох сил, які згідно
з третім законом Ньютона з'являються одночасно при взаємодії двох тіл: сили ці
завжди однієї природи. Якщо, наприклад, на одно тіло з боку іншого діє сила
пружності, то воно <<відповідає>> цьому іншому тілу теж силою
пружності.
Завжди слід пам'ятати,
що сили, що з'являються при взаємодії тіл, прикладені
до різних тіл і тому вони не можуть урівноважувати один одного.
Урівноважуватися можуть лише сили, прикладені до одного і того ж тіла.
ЗАДАЧА:
Два
хлопчики тягнуть мотузок за протилежні кінці. Один з них може діяти з
силою 200
н, а інший – з силою 150 н. Яке свідчення динамометра
?
РОЗВ'ЯЗАННЯ:
Згідно
з третім законом Ньютона, сили, прикладені до кінців мотузка, мають бути
однаковими за величиною. Звідси витікає, що свідчення динамометра дорівнює
величині меншої сили, тобто 150 н.
ВІДПОВІДЬ:
Динамометр
покаже 150
н.
ЗАДАЧА:
Людина, стоячи в човні, підтягує до себе другий
човен за допомогою мотузка.
Маса
першого човна 400 кг, другого – 200 кг. Яке переміщення вчинить кожен
з човнів за 5 сек, якщо сила пружності
натягнутого мотузка дорівнює 100 Н ? Силами тертя нехтувати, а воду вважати
такою, що покоїться.
РОЗВ'ЯЗАННЯ:
Відповідно
до третього закону Ньютона човна отримують протилежні по напряму прискорення і
рушать один назустріч одному. направимо координатну вісь Х у напрямі руху першого човна. Тоді можна
написати:
F1 = m1a1,
F2 = m2a2,
де F1 – проекція
сили, що діє на перший човен,
F2
– проекція сили, що діє на другій човен,
F2 = –F1;
a1 і a2
– проекції прискорень першої і другої човнів.
Звідси
Проекції переміщень
човнів
Вичислимо по формулах:
Підставляючи приведені в
умові завдання дані, знайдемо:
ЗАДАЧА:
Два
тіла масами m1 = 1 кг
і
m2 = 2 кг, що знаходяться на гладкій
горизонтальній поверхні, пов'язані нерастяжимой ниткою. До другого тіла в
горизонтальному напрямку прикладена сила F = 10 Н. Знайдіть прискорення а,
з яким рухаються обидва тіла, і силу Т натягу нитки.
РОЗВ'ЯЗАННЯ:
Зобразимо на малюнку розглядаються тіла і
вектори діючи на них силі.Оскільки
нитка нерастяжима, тіла рухаються синхронно, маючи однакову прискорення.
Комментариев нет:
Отправить комментарий