Головна ⇒ 📌Фізика ⇒ ДОДАВАННЯ СИЛ. РІВНОДІЙНА

ДОДАВАННЯ СИЛ. РІВНОДІЙНА

Розділ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

& 34. ДОДАВАННЯ СИЛ. РІВНОДІЙНА

Вам часто доводиться прикладати силу до того чи іншого тіла. Проте, піднімаючи портфель, чи відро з водою, тягнучи санчата, забиваючи гвіздок ми завжди відчуваємо, що одночасно на ці предмети діють інші тіла. Це, насамперед, Земля, яка притягує до себе усе, що на ній знаходиться, повітря, опір якого ми відчуваємо під час руху, дошка теж чинить опір і діє на гвіздок, коли той забивають у неї. На літак, що знаходиться у повітрі, діє сила тяжіння Землі, підіймальна сила, яка утримує

його від падіння, сила тяги двигуна, сила опору повітря (мал. 3.43, а). На вітрильник діє сила вітру, що спричиняє його рух, виштовхувальна сила води, яка не дає йому піти на дно під дією сили тяжіння Землі, сила опору води, яка перешкоджає його рухові (мал. 3.43, б).

Якщо на тіло діють одночасно кілька сил, то їх можна замінити однією силою, результат дії якої такий самий, як і одночасна дія усіх цих сил.

Мал. 3.43

Силу, під дією якої тіло рухається так само, як і під дією кількох одночасно діючих сил, називають рівнодійною цих сил.

Визначення рівнодійної кількох сил називають додаванням

сил, або знаходженням їхньої суми. Сили, які замінюють їх рівнодійною, називають складовими цієї сили.

Проведемо такий дослід. Візьмемо демонстраційний динамометр і закріпимо його в штативі. Динамометр має шкалу з покажчиком і два стрижні з гачками. Потягнемо рукою донизу за нижній стрижень. Стрілка динамометра відхилиться, показуючи значення сили, яка діє на динамометр і направлена донизу (мал. 3.44, а). Якщо натиснути на цей стрижень вгору, стрілка відхилиться в інший бік. Це вказує на те, що на динамометр діє сила направлена угору. Нижній і верхній стрижні динамометра з’єднані між собою, тому так само відхилятиметься стрілка й у випадку прикладання сили до верхнього стрижня.

Підвісимо до нижнього гачка тягарець масою 100 г. Згідно з показами динамометра тягарець діє на нього силою F1, що приблизно дорівнює 1 Н і направлена униз. Прикріпимо до першого ще один такий самий тягарець. Очевидно, що він теж діятиме на гачок динамометра із силою F2 = 1 Н. Зрозуміло, що два тягарці діють на динамометр із силою 2 Н (мал. 3.44, б). Проте таку саму силу 2 Н покаже динамометр, якщо ці два тягарці замінити однією гирею масою 200 г, яка діє із силою Fр = 2 Н (мал. 3.44, в). Сила 2 Н чинить таку саму дію, як дві сили по 1 Н кожна, і напрямки їх збігаються.

Мал. 3.44

На верхньому стрижні динамометра закріпимо легенький столик і поставимо на нього гирю масою 200 г. До нижнього гачка причепимо три тягарці масами по 100 г кожний. У цьому випадку динамометр показує значення сили 5 Н. Сила 5 Н є рівнодійною (сумою) сил 2 Н і 3 Н, які діяли на динамометр в одному напрямку (мал. 3.44, г).

Рівнодійна сил, що діють в одному напрямку уздовж однієї прямої, дорівнює сумі цих сил і напрямок її той самий:

Fр = F1 + F2 .

Знімемо столик із верхнього стрижня і приєднаємо до нижнього гачка чотири тягарці. Згідно з показами динамометра сила, з якою діють тягарці, спрямована вниз і становить 4 Н. Візьмемо ще один динамометр і, зачепивши його за верхній гачок, потягнемо угору за стрижень на його корпусі. Виявиться, що в цьому випадку покази закріпленого в штативі динамометра зменшаться. Угору прикладено силу 6 Н (верхній динамометр показує 6 Н (мал. 3.45, а)). Нижній динамометр показує 2 Н. Рівнодійна сили 4 Н, направленої униз, і сили 6 Н, направленої угору, дорівнює 2 Н і направлена вгору.

Отже, рівнодійна сил, що діють уздовж однієї прямої у протилежних напрямках, дорівнює їх різниці й направлена у бік більшої сили: Fр = F1 – F2.

Мал. 3.45

Мал. 3.46

А що покаже нижній динамометр, якщо залишивши на ньому ті самі чотири тягарці, потягнути верхній динамометр угору так, щоб він показав силу 4 Н? У цьому випадку нижній динамометр покаже 0 (мал. 3.45, б), тобто те саме значення, що й випадку, коли на його стрижні не діють жодні сили. Це означає, що однакові сили, які діють на стрижні нижнього динамометра у протилежних напрямках, компенсують одна одну, їх рівнодійна дорівнює 0 і стрижні залишаються у спокої.

Чи тільки стрижні динамометра залишаться у спокої, якщо рівнодійна сил, що діють на нього дорівнює 0?

Візьмемо легкий дерев’яний брусочок з гачками, прив’яжемо до нього нитки. Перекинемо нитки через два блоки, закріплені на різних кінцях стола. Брусочок помістимо в кювету з водою, щоб він міг плавати. До кінців ниток прикріпимо по однаковій кількості тягарців (мал. 3.46). Зрозуміло, що у цьому випадку на візочок у протилежних напрямках діють дві однакові сили. їх сума дорівнює нулю. Скільки б тягарців ми не прикріплювали, якщо їх кількість з кожного боку буде однаковою, брусочок залишається в спокої. Коли його легенько штовхнути, він буде майже рівномірно рухатися у відповідному напрямку. Ви вже знаєте, якщо тіло перебуває у спокої або рівномірно й прямолінійно рухається, такий стан тіла називають станом рівноваги.

Тіло перебуває в стані рівноваги, коли рівнодійна (сума) усіх сил, що діють на тіло, дорівнює 0.

Мал. 3.47

Це інше формулювання першого закону Ньютона, який визначає умову рівноваги тіла (стану спокою або рівномірного руху). Якщо з одного боку кількість тягарців зменшити або збільшити, брусочок одразу відреагує: почне рухатися зі зростаючою швидкістю у напрямку більшої сили. Пригадайте: “Узяв дід ріпку за чуб, баба діда за сорочку, дочка бабу за торочку, собачка дочку за спідничку, киця собачку за хвостик, мишка кицю за лапку – як потягли, як потягли, так і покотилися.” Коли мишка прийшла на допомогу, прикладена нею сила порушила рівновагу ріпки. Сила, яка утримувала ріпку в грунті, виявилася меншою, ніж сума сил, з якою діяли ті, що її тягли (мал. 3.47).

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1. Яку силу називають рівнодійною кількох сил, що діють на тіло?

2. Що розуміють під терміном “додавання сил”?

3. За яких умов тіло може перебувати в рівновазі?

4. На одне й те саме тіло одночасно, уздовж однієї прямої і в одному напрямку діють сили F1 = 10Н і F2 = 5 Н. Визначте модуль рівнодійної цих сил.

5. Яким буде значення (модуль) і напрямок рівнодійної сил F1 = 20 Н і F2 = 8 Н, що діють на тіло одночасно і уздовж однієї прямої, коли їх напрямки протилежні?

6. Літак летить на висоті 3000 м над Землею зі сталою швидкістю v = 800 . Що можна сказати про значення рівнодійної усіх сил, які діють на літак у польоті?

7. У грі з перетягування каната, беруть участь чотири учні. Два з них тягнуть канат у один бік, прикладаючи сили 350 Н і 380 Н, а два інші – у другий бік, прикладаючи сили 340 Н і 410 Н. В якому напрямку рухається канат? Яка результуюча сила діє на нього?