СИЛА
РОЗДІЛ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА
ЧАСТИНА І. СИЛА. ВИДИ СИЛ
& 18. СИЛА – МІРА ВЗАЄМОДІЇ. ГРАФІЧНЕ ЗОБРАЖЕННЯ СИЛ. ДОДАВАННЯ СИЛ
З поняттям сили в буквальному значенні ми зустрічаємося на кожному кроці. У побуті зміст слова “сила” й утворених від нього “силач”, “сильний” пов’язаний з можливостями людини, тварини, механізму, з інтенсивністю прояву природних явищ. Ми говоримо “найсильніша людина”, “сила волі”, “сильні почуття”, “сильний мороз”, “сильний двигун”. А який зміст вкладають у
1. Дізнаємося, що означає поняття “сила” у фізиці
Уже зазначалося, що причиною зміни швидкості руху тіла є його взаємодія з іншими тілами.
Щоб тенісний м’яч повернувся на бік суперника, ви б’єте по м’ячу ракеткою, але і м’яч “б’є” по ракетці. Щоб зупинити велосипед, ви натискаєте на рукоятку велосипедного гальма і водночас відчуваєте, як рукоятка тисне на ваші долоні.
Зверніть увагу: в будь-якому випадку результат залежить від того, наскільки “сильною” буде взаємодія: сильніше вдарите по м’ячу – м’яч набере більшу швидкість (рис. 18.1); сильніше
Мірою дії одного тіла на інше слугує фізична величина сила.
Сила – це фізична величина, яка є мірою дії одного тіла на інше (мірою взаємодії тіл).
Силу зазвичай позначають символом F. Одиниця сили в СІ – ньютон (названа так на честь Ісаака Ньютона):
[F] = Н.
1 Н дорівнює силі, яка, діючи на тіло масою 1 кг протягом 1 с, змінює швидкість руху цього тіла на 1 м/с: 1H = 
.
Чим більша сила та чим вона довше вона діє на тіло, тим помітніше змінюється швидкість руху тіла (див. рис. 18.1). Щоб тіла різної маси за однаковий час змінювали швидкості своїх рухів однаково, на них мають діяти різні сили (рис. 18.2).
Рис. 18.1. Дорослий тенісист здатний змусити м’яч летіти зі швидкістю руху спортивного автомобіля (а); малюк не може сильно вдарити по м’ячу, тому надає йому досить невеликої швидкості руху (б)
Рис. 18.2. Щоб важкий автомобіль (а) міг розігнатися так само швидко, як легкий мотоцикл (б), на автомобіль слід установити потужніший двигун
2. Зображуємо сили
Сила спричиняє зміну швидкості руху тіла як за значенням, так і за напрямком, тому й характеризуватися сила має і значенням, і напрямком.
Згадайте: фізичні величини, які мають значення та напрямок, називають векторними. Отже, сила – векторна величина.
На рисунках вектор сили починають у точці, куди прикладена сила (цю точку так і називають – точка прикладання сили), і напрямляють у напрямку дії сили. Довжину стрілки іноді обирають такою, щоб вона в певному масштабі відповідала значенню сили (рис. 18.3).
Зміна швидкості руху тіла (за значенням, за напрямком) залежить від напрямку сили (див. таблицю на с. 123).
Рис. 18.3. На тіло масою = 400 г з боку Землі діє сила F1 = 4 Н, на тіло масою m2 = 600 г діє сила F2 = 6 Н. Довжини стрілок, які зображують ці сили, в певному масштабі дорівнюють значенням сил
3. Додаємо сили, що діють уздовж однієї прямої
Зазвичай на тіло діє не одна сила, а дві, три або більше.
Розглянемо приклад, коли дві сили діють на тіло в одному напрямку, і приклад, коли дві сили діють на тіло в протилежних напрямках.
Поставимо на стіл візок і прив’яжемо до нього дві нитки. Потягнемо за одну нитку із силою 5 Н, а за другу – в тому самому напрямку – із силою 3 Н (рис. 18.4). Візок почне рухатися, збільшуючи швидкість свого руху. Збільшення швидкості руху візка буде таким самим, як коли б на нього діяла сила 8 Н. Силу 8 Н, якою в цьому випадку можна замінити дві сили 5 і 3 Н, називають рівнодійною двох сил і позначають символом R (або F).
Силу, яка здійснює на тіло таку саму дію, як декілька сил, що діють одночасно, називають рівнодійною цих сил.
Якщо за дві нитки одночасно тягти візок у протилежні боки (рис. 18.5), то сили не “допомагатимуть” одна одній розганяти візок, а навпаки – “заважатимуть”. У цьому випадку візок буде рухатися так, ніби на нього діє сила 2 Н, напрямлена в бік дії сили 5 Н. Тобто тут рівнодійною двох сил 5 і 3 Н буде сила 2 Н.
Рис. 18.4. Коли сили 
, що діють на тіло, напрямлені в один бік, то напрямок їх рівнодійної R збігається з напрямком дії сил
Рис. 18.5. Коли сили 
що діють на тіло, напрямлені протилежно, то напрямок їх рівнодійної R збігається з напрямком більшої сили
Як ви вважаєте, якою буде рівнодійна, якщо нитки, прив’язані до візка з протилежних боків, потягти із силами, однаковими за значенням, наприклад 5 Н? Чи зміниться в цьому випадку швидкість руху візка?
4. З’ясовуємо умову зрівноваження сил
Сподіваємось, ви правильно відповіли на запитання в п. 3 і самостійно дійшли висновку: якщо дві сили рівні за значенням, протилежні за напрямком і прикладені до одного тіла, то рівнодійна цих сил дорівнює нулю, оскільки сили зрівноважують одна одну і причини для зміни швидкості руху тіла не існує.
Так, горизонтальним прямолінійним відрізком шосе автомобіль рухається рівномірно (рис. 18.6, а), якщо сила тяги, яку створює двигун, компенсує силу опору рухові (сила опору рухові досить швидко зупинить автомобіль, якщо двигун не буде працювати). Портфель у руці перебуває в стані спокою, якщо сила притягання Землі, яка діє на портфель, компенсується силою, яку прикладає до портфеля людина (рис. 18.6, б).
Рис. 18.6. Якщо сили, які діють на тіло, рівні за значенням і протилежні за напрямком, то тіло рухається рівномірно прямолінійно (а) або перебуває в стані спокою (б)
Підбиваємо підсумки
Сила 
– це фізична величина, яка є мірою дії одного тіла на інше (мірою взаємодії тіл). Сила є причиною зміни швидкості руху тіла.
Одиниця сили в СІ – ньютон (Н). 1 Н дорівнює силі, яка, діючи на тіло масою 1 кг протягом 1 с, змінює швидкість його руху на 1 м/с.
Сила – це векторна величина. Щоб схарактеризувати силу, необхідно вказати значення, напрямок і точку прикладання сили.
Якщо на тіло діють декілька сил, то їхню спільну дію завжди можна замінити дією однієї сили – рівнодійної.
Рівнодійною сил, що діють на тіло в одному напрямку, є сила, значення якої дорівнює сумі значень сил, а напрямок збігається з напрямком цих сил.
Якщо дві сили, що діють на тіло, напрямлені протилежно, напрямок рівнодійної збігається з напрямком більшої сили, а для знаходження значення рівнодійної слід від значення більшої сили відняти значення меншої.
Дві сили зрівноважують одна одну, якщо вони рівні за значенням, протилежні за напрямком і прикладені до одного тіла.
Контрольні запитання
1. Дайте означення сили. 2. Якою є одиниця сили в СІ? 3. Чому сила характеризується не тільки значенням, але й напрямком? 4. Як показують силу на рисунках? 5. Дайте означення рівнодійної. 6. Як знайти рівнодійну двох сил, які діють уздовж однієї прямої в одному напрямку? в протилежних напрямках? 7. За яких умов дві сили зрівноважують одна одну?
Вправа № 18
1. Доберіть певний масштаб і накресліть у зошиті сили, що дорівнюють 3,2 Н; 5,6 Н; 8 Н. Зіставте своє креслення з кресленнями однокласників. Чи відрізняються вони? Чому?
2. Канат, який тягнуть у протилежні боки дві людини, перебуває в стані спокою. Одна людина тягне канат із силою 300 Н. Чому дорівнює сила, з якою тягне канат друга людина? Зобразіть на схематичному рисунку сили, що діють на канат. Чому дорівнює рівнодійна цих сил?
3. Два хлопчики тягнуть санки, прикладаючи горизонтальні сили 50 і 70 Н, напрямлені вздовж однієї прямої. Яким може бути значення рівнодійної цих сил?
4. На рисунках зображені тіла та сили, що на них діють (1 клітинка – 1 Н). Перенесіть кожний Малюнок до зошита, знайдіть рівнодійну та зобразіть її.
5. Людина діє на підлогу із силою 800 Н. З якою силою людина діятиме на підлогу, якщо візьме в руки вантаж, який, у свою чергу, діє на людину із силою 200 Н? Відповідь поясніть за допомогою схематичного рисунка.
6. Чи може рухатись автомобіль, якщо рівнодійна всіх сил, прикладених до нього, напрямлена протилежно напрямку руху? Якщо може, наведіть приклад.
7. На тіло діють три сили, напрямлені вздовж однієї прямої. Дві сили мають значення 30 і 50 Н. Яке значення може мати третя сила, якщо рівнодійна трьох сил дорівнює 100 Н? Скільки розв’язків має ця задача? Виконайте в зошиті відповідні схематичні рисунки.
Експериментальне завдання
Запропонуйте конструкцію пристрою для демонстрації додавання сил, що діють уздовж однієї прямої, та виготовте цей пристрій.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...