Загрузка...

Інші завдання дивись тут...

§ 27. СИЛА ПРУЖНОСТІ. ЗАКОН ГУКА. ВАГА ТІЛА. НЕВАГОМІСТЬ.

У давні часи пружні властивості деяких матеріалів (зокрема, такого дерева, як тис) дали змогу нашим пращурам винайти лук - ручну зброю, призначену для метання стріл за допомогою сили пружності натягнутої тятиви. У наш час стрільба з лука є лише одним з видів спорту або мисливства.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Яку силу називають силою пружності? Коли вона виникає?

Сила пружності – це сила, що виникає внаслідок деформації тіла (зміни форми або розмірів тіла, згин є одним з видів деформації) і напрямлена протилежно напряму переміщення частин тіла під час деформації.

У разі безпосереднього контакту тіла ніби «упираються» одне в одне (завдяки цьому, наприклад, ми не провалюємося «крізь землю»). Коли тіла тиснуть одне на одне, між ними діють сили пружності, які зумовлені деформацією тіл, тобто сила пружності є проявом сил електричної взаємодії (відштовхування) між частинками речовини. 

Дослід 1. Покладемо на два бруски опору – сталеву пластину (вона перебуватиме в горизонтальному положенні, на опору діє тільки сила тяжіння); на середину опори поставимо гирю, під дією сили тяжіння гиря разом зі сталевою пластиною буде рухатися вниз; унаслідок руху тіла вниз сталева пластина прогинається – деформується (коли згинається опора, з боку цієї опори на тіло виникає сила пружності, вона напрямлена вгору, тобто в бік, протилежний силі тяжіння); чим більше прогинається опора, тим збільшується і сила пружності, з якою пластина діє на гирю, що стоїть на ній; коли сила пружності за значенням зрівняється із силою тяжіння, опора і тіло зупиняться.

2. Сформулюйте закон Гука.

Властивості пружних тіл (пружин) дуже детально вивчав понад 300 років тому англійський природодослідник Роберт Гук. Його досліди дали змогу сформулювати закон, який було названо його іменем. 

Закон Гука: сила пружності прямо пропорційна деформації (видовженню) тіла (пружини) і напрямлена протилежно напряму переміщення частин тіла під час деформації.

Закон Гука можна математично записати так: Fпр = - kx, де Fпр – сила пружності, k – коефіцієнт жорсткості тіла, x – видовження тіла, тобто зміна його довжини, знак «-» означає, що сила пружності напрямлена протилежно напряму деформації тіла.

Закон Гука дає змогу порівнювати між собою тіла з різною масою, тобто зважувати їх (що більша маса тіло на пружині, то більше вона розтягується). 

3. Що таке жорсткість тіла?

Жорсткість тіла - коефіцієнт пропорційності деформації тіла, у кожного тіла своє значення жорсткості. 

Що більша жорсткість тіла (пружини, дроту, стержня тощо), то менше воно змінює власну довжину під дією даної сили.

Одиницею жорсткості в СІ є один ньютон на метр (1 Н/м).

4. Що таке вага? Як її визначають? Чи завжди вона є сталою?

Дослід 2. Поставимо тіло на опору; унаслідок взаємодії деформується опора і тіло, яке притягується Землею; деформоване тіло тисне на опору із силою, яку називають вагою тіла Р. 

Підвісимо тіло до пружини; тіло деформується і при цьому розтягує пружину, у результаті чого виникає сила пружності; а тіло діє на підвіс із силою, яку називають вагою тіла Р.

Вага тіла — це сила, з якою тіло внаслідок притягання до Землі діє на горизонтальну опору або підвіс. Вага тіла діє на будь-яку опору: підлогу, по якій ми ходимо, стілець, на якому ми сидимо, канат, за який ми вхопилися (призначення опори - обмежувати рух тіла під дією сили тяжіння, звідси і її назва).

Якщо горизонтальна опора чи підвіс з тілом перебувають у стані спокою або рухаються прямолінійно й рівномірно, то вага тіла дорівнює силі тяжіння і визначають її за формулою: Р = mg, де Р - вага тіла; g - 9,81 Н/м; m - маса тіла. 

Не слід плутати вагу тіла зі силою тяжіння (сила тяжіння діє на саме тіло з боку Землі, а вага цього тіла - це сила пружності, що діє на опору або підвіс). 

Не слід плутати вагу тіла з масою тіла (це різні фізичні величини: вага – векторна величина, а масу визначають лише числовим значенням; вони характеризують різні властивості тіл і мають різні одиниці: для ваги - ньютон, для маси – кілограм; кожне тіло завжди мас певну незмінну масу, а вага тіла може змінюватися, якщо опора або підвіс нерівномірно рухається). 

Якщо опора або підвіс нерівномірно рухаються, вага тіла може збільшуватися або зменшуватися порівняно з вагою тіла на нерухомій опорі і навіть зникати, тобто дорівнювати нулю (стан невагомості) (піднімаючи вантажі за допомогою підйомного крана, потрібно враховувати, що під час різких ривків вага вантажу збільшується, і трос може розірватися; стоячи на платформі медичних терезів, ми помічаємо, що їх покази змінюються, якщо під час зважування присідати або рухати руками; при вільному падінні тіла з опорою вага зникає).

5. Що таке невагомість? Де її можна спостерігати?

Невагомість - стан тіла, коли його вага дорівнює нулю (якщо швидкості падіння тіла і опори чи підвісу однакові). Можна спостерігати у космосі, під час  вільного падіння (якщо за звичайних умов не брати до уваги опір повітря, то в невагомості перебуває спортсмен, який стрибає з вишки в басейн або виконує вправи на батуті; кожен з нас короткочасно перебуває у стані невагомості під час бігу, коли обидві ноги відриваються від Землі).

Дослід 3. Верхній кінець пружини за допомогою нитки прикріпимо до нерухомої опори, а до нижнього підвісимо тягарець; під дією сили тяжіння він починає рухатися вниз; пружина розтягуватиметься доти, доки сила пружності, що виникає в ній, зрівноважить силу тяжіння; переріжемо або перепалимо нитку, яка утримує тіло з пружиною; пружина і тіло починають вільно падати, при цьому розтяг пружини зникає (тіло втратило вагу і не діє на підвіс, тільки сила тяжіння при цьому нікуди не зникла і змушує тіло падати на Землю).

Якщо штучний супутник або космічна станція обертається навколо Землі, то космонавти і всі предмети всередині них рухаються з однаковою швидкістю відносно Землі (у наслідок цього тіла, що розміщуються на підставках, не діють на них, підвішені до пружин тіла не розтягують їх, розлита з посудини вода плаває у вигляді великої краплі, маятникові годинники перестають працювати, космонавти без жодних зусиль пересуваються, «літаючи» або «плаваючи» в кораблі).

Інші завдання дивись тут...

 

Загрузка...

  • Nastya
    Супер, дякую wink
    9 лютого 2016 22:10