Взаємодія тел.Досвід показує, що з зближенні тіл (чи систем тіл) характер їх поведінки змінюється. Оскільки ці зміни мають взаємний характер, кажуть, що тіла взаємодіють один з одним . При розведенні тіл на дуже великі відстані (на нескінченність) всі відомі на сьогоднішній день взаємодії зникають.

Галлілей першим дав правильну відповідь на питання, який рух характерний для вільних (Тобто не взаємодіючих тіл). Всупереч існуючій тоді думці, що вільні тіла “прагнуть” до стану спокою (), він стверджував, що за відсутності взаємодії тіла перебувають у стані рівномірного руху (
), що включає спокій як окремий випадок.

Інерційні системи відліку.У рамках формального математичного підходу, що реалізується в кінематиці, твердження Галілея виглядає безглуздим, оскільки рівномірний в одній системі відліку рух може виявитися прискореним в іншій, яка “нічим не гірша” за вихідну. Наявність взаємодії дозволяє виділити особливий клас систем відліку, у яких вільні тіла рухаються без прискорення (у тих системах більшість законів природи мають найпростішу форму). Такі системи називаються інерційними.

Усі інерційні системи еквівалентні одна одній, у кожному їх закони механіки виявляються однаково. Ця властивість була також відзначена Галілеєм у сформульованому ним принцип відносності: н іяким механічним досвідом у замкнутій (тобто. не сполученій із зовнішнім світом) системі відліку неможливо встановити чи вона лежить або рівномірно рухається.Будь-яка система відліку, що рівномірно рухається щодо інерційної теж є інерційною.

Між інерційними і неінерційними системами відліку існує принципова відмінність: спостерігач, що знаходиться в замкненій системі, здатний встановити факт руху з прискоренням останніх, "не виглядаючи назовні" (напр. при розгоні літака пасажири відчувають, що їх "вдавлює" в крісла). Надалі буде показано, що у неінерційних системах геометрія простору перестає бути евклідовою.

Закони Ньютона, як основа класичної механіки.Сформульовані І.Ньютоном три закони руху в принципі дозволяють вирішити основне завдання механіки , тобто. за відомим початковим положенням і швидкістю тіла визначити його положення і швидкість у довільний момент часу.

Перший закон Ньютона постулює існування інерційних систем відліку.

Другий закон Ньютона стверджує, що в інерційних системах прискорення тіла пропорційно доданоїсилі , фізичної величини, що є кількісною мірою взаємодії Величину сили, що характеризує взаємодію тіл, можна визначити, наприклад, деформації пружного тіла, додатково введеного в систему так, що взаємодія з ним повністю компенсує вихідне. Коефіцієнт пропорційності між силою та прискоренням називають масою тіла :

(1) F= m a

Під дією однакових сил тіла з більшою масою набувають менших прискорень. Масивні тіла при взаємодії меншою мірою змінюють свої швидкості, прагнучи зберегти природний рух за інерцією. Іноді кажуть, що маса є мірою інертності тіл (Рис. 4_1).

До класичних властивостей маси слід віднести 1) її позитивність (тіла набувають прискорення у напрямку прикладених сил), 2) адитивність (маса тіла дорівнює сумі мас його частин), 3) незалежність маси від характеру руху (напр. від швидкості).

Третій закон стверджує, що взаємодії обидва об'єкти зазнають дій сил, причому ці сили рівні за величиною і протилежно спрямовані.

Типи фундаментальних взаємодій.Спроби класифікації взаємодій сприяли ідеї виділення мінімального набору фундаментальних взаємодій , за допомогою яких можна пояснити всі явища, що спостерігаються. З розвитком природознавства цей набір змінювався. У ході експериментальних досліджень періодично виявлялися нові явища природи, що не укладаються в прийнятий фундаментальний набір, що призводило до його розширення (наприклад, відкриття структури ядра вимагало введення ядерних сил). Теоретичні ж осмислення, що в цілому прагне до єдиного, максимально економного опису спостережуваного різноманіття, неодноразово призвело до "великих об'єднань" зовні абсолютно несхожих явищ природи (ньютон зрозумів, що падіння яблука і рух планет навколо Сонця є результатами прояву гравітаційних взаємодій, Ейн і магнітних взаємодій, Бутлеров спростував твердження про різну природу органічних та неорганічних речовин).

В даний час прийнято набір з чотирьох типів фундаментальних взаємодій:гравітаційні, електромагнітні, сильні та слабкі ядерні. Всі інші, відомі на сьогоднішній день, можуть бути зведені до суперпозиції перерахованих.

Гравітаційні взаємодії обумовлені наявністю у тіл маси та є найслабшими з фундаментального набору. Вони домінують на відстані космічних масштабів (у мега-світі).

Електромагнітні взаємодії обумовлені специфічною властивістю ряду елементарних частинок, які називають електричним зарядом. Грають домінуючу роль макро світі та мікросвіті аж на відстанях, перевершують характерні розміри атомних ядер.

Ядерні взаємодії грають домінуючу роль ядерних процесах і виявляються лише з відстанях, порівнянних з розміром ядра, де класичний опис свідомо неприменимо.

В даний час стали дуже популярні міркування про біополе , з допомогою якого “пояснюється” ряд дуже надійно встановлених експериментально явищ природи, що з біологічними об'єктами. Серйозне ставлення до поняття біополя залежить від цього, який конкретний сенс. Вкладається у цей термін. Якщо поняття біополя використовується для опису взаємодій за участю біологічних об'єктів, що зводяться до чотирьох фундаментальних, такий підхід не викликає принципових заперечень, хоча введення нового поняття для опису “старих” явищ суперечить загальноприйнятій природознавстві тенденції до мінімізації теоретичного опису. Якщо ж під біополем розуміється новий тип фундаментальних взаємодій, що проявляється на макроскопічному рівні (можливості існування якого апріорно, очевидно, заперечувати безглуздо), то для таких далекосяжних висновків необхідні дуже серйозні теоретичні та експериментальні обґрунтування, зроблені мовою та методами сучасного природознавства, які до тепер представлені були.

Закони Ньютона та основне завдання механіки.Для вирішення основного завдання механіки (визначення положення тіла у довільний момент часу за відомим початковим положенням та швидкістю) достатньо знайти прискорення тіла як функцію часу a(t). Це завдання вирішують закони Ньютона (1) за умови відомих сил. У загальному випадку сили можуть залежати від часу, положення та швидкості тіла:

(2) F=F(r,v, t) ,

тобто. для знаходження прискорення тіла необхідно знати його положення та швидкість. Описана ситуація в математиці зветься диференціального рівняння другого порядку :

(3)
,

(4)

У математиці показується, що Завдання (3-4) за наявності двох початкових умов (становище та швидкість у початковий момент часу) завжди має рішення і до того ж єдине. Т.о. основне завдання механіки завжди має рішення, проте знайти його часто буває дуже важко.

Детермінізм Лапласа. Німецький математик Лаплас застосував аналогічну теорему про існування та єдиність розв'язання задачі типу (3-4) для системи з кінцевого числа рівнянь для опису руху всіх взаємодіючих один з одним частинок реального світу і дійшов висновку про принципову можливість розрахунку положення всіх тіл у будь-який момент часу . Очевидно, що це означало можливість однозначного передбачуваного майбутнього (хоча б у принципі) і повну детермінованість (Зумовленість) нашого світу. Зроблене твердження, що носить швидше філософський, а не природно науковий характер, отримало назву детермінізму Лапласа . За бажання з нього можна було зробити дуже далекосяжні філософські та соціальні висновки про неможливість впливати на зумовлений перебіг подій. Помилковість цього вчення полягала в тому, що атоми або елементарні частинки (“матеріальні точки”, з яких складені реальні тіла) насправді не підкоряються класичному закону руху (3), вірному лише для макроскопічних об'єктів (тобто тих, що мають досить великі маси) та розмірами). Правильне з погляду сьогоднішньої фізики опис руху у часі мікроскопічних об'єктів, якими є складові макроскопічні тіла, атоми і молекули, дається рівняннями. квантової механіки, , що дозволяють визначити лише ймовірність знаходження частки в заданій точці, але принципово не дає можливості розрахунку траєкторій руху для наступних моментів часу.

Взаємодія - це дія, яка є взаємною. Всі тіла здатні між собою взаємодіяти за допомогою інерції, сили, густини речовини та, власне, взаємодії тіл. У фізиці дія двох тіл чи системи тіл друг на друга називається взаємодією. Відомо, що з зближенні тіл змінюється характер їх поведінки. Ці зміни мають взаємний характер. При розведенні тіл на значні відстані взаємодії зникають.

При взаємодії тіл його результат завжди відчувають на собі всі тіла (адже при впливі на щось завжди слідує віддача). Так, наприклад, у більярді при ударі києм по кулі останній відлітає набагато сильніше, ніж кий, що пояснюється інертністю тіл. Види та міра взаємодії тіл визначаються саме цією характеристикою. Одні тіла менш інертні, інші більше. Чим більша маса тіла, тим більша його інертність. Тіло, що при взаємодії змінює свою швидкість повільніше, має більшу масу і інертніше. Тіло, що швидше змінює свою швидкість, має меншу масу і є менш інертним.

Сила - це міра, що вимірює взаємодію тіл. Фізика виділяє чотири види взаємодій, що не зводяться один до одного: електромагнітне, гравітаційне, сильне та слабке. Найчастіше взаємодія тіл відбувається при їх зіткненні, що веде до зміни швидкостей даних тіл, що вимірюється діючою між ними силою. Так, щоб привести в рух автомобіль, що затихнув, підштовхується руками, необхідно докласти силу. Якщо його потрібно штовхати в гору, то робити це набагато важче, оскільки для цього знадобиться велика сила. Найкращим варіантом буде прикладання сили, спрямованої вздовж дороги. У разі вказуються величина і напрям сили (зазначимо, сила є векторної величиною).

Взаємодія тіл відбувається під дією механічної сили, наслідком якої є механічне переміщення тіл чи його частин. Сила не є предметом споглядання, вона є причиною руху. Будь-яка дія одного тіла по відношенню до іншого проявляє себе в русі. Прикладом дії механічної сили, що породжує рух, є так званий ефект "доміно". Майстерно розставлені кісточки доміно падають одна за одною, передаючи рух далі по ряду, якщо штовхнути першу кісточку. Відбувається передача руху від однієї інертної фігурки до іншої.

Взаємодія тіл при зіткненні може призводити не тільки до уповільнення або прискорення їх швидкостей, а й до деформації - зміни обсягу або форми. Яскравим прикладом може бути аркуш паперу, стиснутий у руці. Діючи на нього силою, ми приводимо до прискореного руху частин даного листа та його деформації.

Будь-яке тіло чинить опір деформації, коли його намагаються розтягнути, стиснути, зігнути. З боку тіла починають діяти сили, що перешкоджають цьому (еластичність). Сила пружності проявляється з боку пружини у момент її розтягування чи стискання. Вантаж, який тягнуть землею за мотузку, прискорюється, тому що діє сила пружності розтягнутого шнура.

Взаємодія тіл під час ковзання вздовж поверхні, що їх розділяє, не викликає їх деформації. У випадку, наприклад, ковзання олівця по гладкій поверхні столу, лиж або санок по утрамбованому снігу діє сила, що перешкоджає ковзанню. Це сила тертя, що залежить від властивостей поверхонь тіл, що взаємодіють, і від сили, що притискає їх одна до одної.

Взаємодія тіл може відбуватися на відстані. Дія званих також гравітаційними відбувається між усіма тілами навколо, що може бути помітно лише тоді, коли тіла мають розміри зірок або планет. формується з гравітаційного тяжіння будь-якого астрономічного тіла та викликані їх обертанням. Так, Земля притягує себе Місяць, Сонце притягує Землю, тому Місяць здійснює обертів навколо Землі, а Земля, своєю чергою, обертається навколо Сонця.

На відстані діють електромагнітні сили. Незважаючи на відсутність торкання будь-якого тіла, стрілка компаса завжди повертатиметься вздовж лінії магнітного поля. Прикладом дії електромагнітних сил є і часто виникає на волоссі при розчісуванні. Поділ зарядів ними відбувається через сили тертя. Волосся, заряджаючись позитивно, починає відштовхуватися один від одного. Подібна статика часто виникає при надіванні светра, носінні головних уборів.

Тепер ви знаєте про те, що така взаємодія тіл (визначення виявилося досить розгорнутим!).

У ході цього уроку ви детальніше познайомитеся з взаємодією тіл, дізнаєтеся про таку властивість тіл як інертність і про фізичну величину, яка кількісно описує інертність тіл, або, як заведено говорити, є мірою інертності - про масу.

Тема: Взаємодія тел

Урок:Взаємодія тел. Маса

На минулому занятті ми усвідомили, що змінити швидкість тіла можна, лише подіявши на нього іншим тілом. Але якщо одне тіло діє інше, то при цьому інше тіло обов'язково діє на перше. Ми говоримо, що відбувається взаємодія тіл. Тобто це дія, яка є взаємною.

Оскільки тіла можуть лише взаємодіяти, то під час взаємодії обов'язково змінюватимуться швидкості обох тіл.

Уявімо дві рухомі назустріч один одному кульки: кулька для настільного тенісу і приблизно така ж за розміром сталева кулька.

Мал. 1. Зіткнення – приклад взаємодії тіл

При зіткненні цих кульок (тобто під час їхньої взаємодії) швидкість сталевої кульки зміниться ледь помітно, а швидкість кульки для настільного тенісу значно зміниться (вона навіть змінить напрямок). Фізики кажуть, що сталева кулька має більшу інертність порівняно з тенісною кулькою.

Інертність - це властивість тіла, яка полягає в тому, що для зміни його швидкості потрібно деякий час.

Оскільки в розглянутому прикладі кульки діяли один на одного однаковий час, а швидкість сталевої кульки змінилася менше, це означає, що її інертність більша, ніж інертність тенісної кульки.

Ускладнимо розглянутий вище досвід. Розмістимо між двома нерухомими кульками стислу пружинку, перев'язану ниткою, яка не дає пружинці розпрямитися. Акуратно перепалимо нитку. Пружинка почне розпрямлятися, упираючись своїми кінцями у кульки. Можна сказати, кульки почнуть взаємодіяти за допомогою пружинки і в результаті цієї взаємодії набудуть деяких швидкостей.

Припустимо, наприклад, що сталева кулька набула швидкості 2 см/с, а тенісна - 1 м/с. Тобто швидкість сталевої кульки змінилася в 50 разів менше, ніж швидкість тенісної кульки. Можна сказати, що інертність сталевої кульки в 50 разів більша, ніж інертність тенісної. Отже, інертності тіл можна порівнювати!

Маса тіла – це фізична величина, яка є мірою інертності тіла.

Чим більша маса тіла, тим більша його інертність. У нашому прикладі маса сталевої кульки в 50 разів більша за масу кульки для настільного тенісу.

Будь-яке тіло - людина, стіл, планета Земля, крапля води - мають масу.

На початку курсу фізики ми говорили, що вимір - це порівняння фізичної величини з однорідною величиною, прийнятої за одиницю. Отже, тепер потрібно встановити одиницю виміру маси і вказати, маса якого тіла дорівнює цій одиниці (вибрати стандарт маси).

Маса у фізиці позначається буквою m і в системі СІ вимірюється у кілограмах (кг):

Існують інші одиниці маси: тонна (т), грам (г), міліграм (мг).

1 т = 1000 кг; 1 г = 0,001 кг;

1 кг = 1000 г; 1 мг = 0,001 г;

1 кг = 1000000 мг; 1 мг = 0,000001 кг.

1 кілограм – це маса еталона. Міжнародний зразок маси зберігається у Франції у місті Севре, в Палаті мір і терезів.

Мал. 2. Місце зберігання Міжнародного зразка кілограма

Еталон кілограма – це циліндр із платино-іридієвого сплаву. Його діаметр та висота становлять близько 39 мм.

Мал. 3. Еталон кілограма

Мал. 4. Контейнер для зберігання зразка кілограма

Копії зразка маси зберігаються у 40 країнах світу. Наприклад, у Росії знаходиться копія еталона – зразок №12.

Процес виміру маси називається зважуванням, а прилад для виміру маси - вагами. Зображення терезів зустрічається ще з часів Стародавнього Єгипту.

Мал. 5. Єгипетські ваги

До речі, до правильного зважування та акуратного ставлення до ваг завжди ставилися дуже серйозно. Наприклад, в одній із давньоруських грамот XII століття знаходяться такі рядки:

«За неправильне користування заходами і вагами слід стратити близько смерті, а майно ділити на три частини: частину Софійської церкви, частину Іванівської, а частину сотським і місту Новгороду».

Сучасні конструкції ваги дуже різноманітні. Наприклад, автомобілі, вагони можна зважувати на так званих транспортних терезах. Вони дозволяють вимірювати масу до 200 т.

Мал. 6. Транспортні ваги

Тіла, маса яких не перевищує сотень грам, але точність виміру має бути дуже високою, зважують на аналітичних вагах. Такі ваги дозволяють проводити зважування з точністю до десятих часток міліграма.

Мал. 7. Аналітичні ваги

У шкільних фізичних та хімічних кабінетах використовують навчальні ваги. Верхня межа виміру таких ваг становить 200 г.

2. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().

Домашнє завдання

Лукашик В.І., Іванова О.В. Збірник завдань з фізики для 7 – 9 класів № 205-213.

План відповіді

1. Взаємодія тел.

2. Види взаємодії.

4. Сили у механіці.

Прості спостереження та досліди, наприклад з візками (рис. 1), призводять до таких якісних

висновків: а) тіло, на яке інші тіла не діють, зберігає свою швидкість незмінною; б) прискорення тіла виникає під дією інших тіл, але залежить від самого тіла;

в) дії тіл один на одного завжди мають характер взаємодії.

Ці висновки підтверджуються при спостереженні явищ у природі, техніці, космічному просторі лише в інерційних системах відліку.

Взаємодії відрізняються один від одного і кількісно та якісно.

Наприклад, зрозуміло, що чим більше деформується пружина, тим більша взаємодія її витків. Або чим ближче два однойменні заряди, тим сильніше вони притягуватимуться.

У найпростіших випадках взаємодії кількісною характеристикою сила.

Сила- причина прискорення тіл стосовно інерційної системи відліку чи їх деформації.

Сила- це векторна фізична величина, що є мірою прискорення, що набуває тіла при взаємодії.

Сила характеризується: а) модулем; б) точкою програми; в) напрямом.

Одиниця сили – Ньютон.

1 ньютон - це сила, яка тілу масою 1 кг повідомляє прискорення 1 м/с у напрямі дії цієї сили, якщо інші тіла на нього не діють.

Рівночинноюкількох сил називають силу, дія якої еквівалентна дії тих сил, які вона замінює. Равнодіюча є векторною сумою всіх сил, прикладених до тіла.

R g = F g 1 + F g 2 + ... + F g n.

З досвідчених даних було сформульовано закони Ньютона.

Другий закон Ньютона. Прискорення, з яким рухається тіло, прямо пропорційно рівнодіє всіх сил, що діють на тіло, обернено пропорційно його масі і спрямоване так само, як і рівнодіюча сила:

а → = F → /т.

Для вирішення завдань закон часто записують у вигляді: F → = ma → .

Білет №13 Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу.

План відповіді

1.Імпульс тіла.

2.Закон збереження імпульсу.

3. Реактивний рух.

Спокій та рух відносні, швидкість тіла залежить від вибору системи відліку; за другим законом Ньютона незалежно від цього, перебувало тіло у спокої чи рухалося, зміна швидкості його руху може відбуватися лише за дії сили, т. е. внаслідок взаємодії коїться з іншими тілами. Існують величини, які можуть зберігатися під час взаємодії тіл. Такими величинами є енергіяі імпульс .

Імпульсом тіланазивають векторну фізичну величину, яка є кількісною характеристикою поступального руху тел. Імпульс позначається р → .

Одиниця виміру імпульсу р →- кг м/с.

Імпульс тіла дорівнює добутку маси тіла на його швидкість : р → = т υ →.

Напрямок вектору імпульсу р →збігається із напрямком вектора швидкості тіла υ → (Рис. 1).

Для імпульсу тіл виконується закон збереження, який справедливий лише замкнутих фізичних систем.

У механіці замкненоюназивають систему, яку не діють зовнішні сили чи дію цих сил скомпенсовано.

В цьому випадку р → 1 = р → 2 ,де р → 1- Початковий імпульс системи, а р → 2- Кінцевий.

У випадку двох тіл, що входять до системи, цей вираз має вигляд т 1 υ → 1 + т 2 υ → 2 = m 1 υ → 1 "+ m 2 υ → 2",де т 1і т 2- маси тіл, а υ → 1 та υ → 2 - Швидкості до взаємодії, υ → 1 "і υ → 2 "- Швидкості після взаємодії.

Ця формула закону збереження імпульсу: імпульс замкнутої фізичної системи зберігається за будь-яких взаємодій, що відбуваються усередині цієї системи.

. У разі незамкненої системи імпульс тіл системи не зберігається.

Однак якщо в системі існує напрямок, за яким зовнішні сили не діють або їх дія скомпенсована, то зберігається проекція імпульсу на цей напрямок.

Якщо час взаємодії мало (постріл, вибух, удар), то цей час навіть у разі незамкнутої системи зовнішні сили трохи змінюють імпульси взаємодіючих тіл.

Експериментальні дослідження взаємодій різних тіл - від планет і зірок до атомів і елементарних частинок - показали, що в будь-якій системі взаємодіючих тіл за відсутності дії з боку інших тіл, що не входять до системи, або рівності нулю суми сил, що діють, геометрична сума імпульсів тіл дійсно залишається незмінною .

У механіці закон збереження імпульсу та закони Ньютона пов'язані між собою.

Якщо на тіло масою твпродовж часу tдіє сила та швидкість його руху змінюється від υ → 0 до υ → ,то прискорення руху а →тіла одно а → =(υ → - υ → 0)/ t.

На підставі другого закону Ньютона

для сили F →можна записати F → = та → = т(υ → - υ → 0) / t,звідси випливає

F → t = mυ → - mυ → 0 .

F → t- Векторна фізична величина, що характеризує дію на тіло сили за деякий проміжок часу називається імпульсом сили.Одиниця імпульсу в СІ – 1Н · с.

Закон збереження імпульсу є основою реактивного руху.

Реактивний рух- цетакий рух тіла, що виникає після відокремлення від тіла його частини.

Приклад: тіло масою т спочивало. Від тіла відокремилася якась його частина т 1зі швидкістю υ → 1 . Тоді частина, що залишилася, почне рухатися в протилежний бік зі швидкістю υ → 2 , маса частини, що залишилася т 2 .Справді, сума імпульсів обох частин тіла до відділення дорівнювала нулю і після поділу дорівнюватиме нулю:

т 1 υ → 1 + m 2 υ → 2 = 0,звідси υ → 1 = -m 2 υ → 2 / m 1 .

К. Е. Ціолковський розробив теорію польоту тіла змінної маси (ракети) в однорідному полі тяжіння та розрахував запаси палива, необхідні для подолання сили земного тяжіння.

Технічні ідеї Ціолковського знаходять застосування під час створення сучасної ракетно-космічної техніки. Рух за допомогою реактивного струменя згідно із законом збереження імпульсу лежить в основі гідрореактивного двигуна. В основі руху багатьох морських молюсків (восьминогів, медуз, кальмарів, каракатиць) також лежить реактивний принцип.

Білет № 17

Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Вага тіла. Невагомість.

План відповіді

1. Сили гравітації.

2. Закон всесвітнього тяжіння.

3. Фізичний зміст гравітаційної постійної.

4. Сила тяжіння.

5. Вага тіла, навантаження.

6. Невагомість.

Ісаак Ньютон висунув припущення, що між будь-якими тілами у природі існують сили взаємного тяжіння.

Ці сили називають силами гравітації,або силами всесвітнього тяжіння.Сила всесвітнього тяжіння проявляється в Космосі, Сонячній системі та на Землі. Ньютон вивів формулу:

т 1 · т 2

F = G----, де G- Коефіцієнт пропорційності, називається гравітаційної

R 2

Постійною.

Закон всесвітнього тяжіння: між будь-якими матеріальними точками існує сила взаємного тяжіння, прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними, що діє по лінії, що з'єднує ці точки.

Фізичний сенс гравітаційної постійної випливає із закону всесвітнього тяжіння.

Якщо т 1 = т 2 = 1 кг, R = 1 м, то G = F,т. е. гравітаційна постійна дорівнює силі, з якою притягуються два тіла по 1 кг з відривом 1 м. Чисельне значення: G = 6,67 10 -11 Н м 2 /кг 2 . Сили всесвітнього тяжіння діють між будь-якими тілами в природі, але вони відчутними стають при великих масах. Закон всесвітнього тяжіння виконується лише матеріальних точок і куль (у разі за відстань приймається відстань між центрами куль).

Приватним видом сили всесвітнього тяжіння є сила тяжіння тіл до Землі (чи іншої планети). Цю силу називають силою тяжіння.

Під дією цієї сили всі тіла набувають прискорення вільного падіння. Відповідно до другого закону Ньютона g = F T /m,отже, F Т = тg.

Сила тяжіння завжди спрямована до центру Землі.

На Землі прискорення вільного падіння дорівнює 9,831 м/с 2 .

Вага тіланазивають силу, з якою тіло тисне на опору чи підвіс у результаті гравітаційного тяжіння до планети (рис. 1).

Вага тіла позначається p → .Одиниця ваги - 1 Н. Оскільки вага дорівнює силі, з якою тіло діє на опору, то відповідно до третього закону Ньютона за величиною вага тіла дорівнює силі реакції опори. Тому, щоб знайти вагу тіла, необхідно знайти, чому дорівнює сила реакції опори.

Мал. 1 Мал. 2

Розглянемо випадок, коли тіло разом із опорою не рухається. В цьому випадку сила реакції опори та вага тіла дорівнює силі тяжіння (рис. 2):

Р → = N → = тg →.

У разі руху тіла вертикально вгору разом із опорою із прискоренням за другим законом Ньютона можна записати тg → + N → = та →(Рис. 3, а).

У проекції на вісь ОХ:

-Тg + N = та,звідси

N = т(g + а).

Під час руху вертикально вгору з прискоренням вага тіла збільшується і знаходиться за формулою Р= т(g + а).

Збільшення ваги тіла, викликане прискореним рухом опори чи підвісу, називають перевантаження.

Дія перевантаження відчувають у собі космонавти, водії автомобілів при різкому гальмуванні.

Якщо тіло рухається вниз по вертикалі,

тg → + N → = та →; тg – N = та; N = т(g – а); Р = т(g - а),

тобто вага при русі по вертикалі з прискоренням буде менша за силу тяжкості (рис. 3, б).

Якщо тіло вільно падає, у цьому випадку Р = (g - g) m = 0

Стан тіла, в якому його вага дорівнює нулю, називають невагомістю.Стан невагомості спостерігається в літаку або космічному кораблі під час руху з прискоренням вільного падіння незалежно від напрямку та значення швидкості їхнього руху.

Квиток №24 Перетворення енергії при механічних коливаннях. Вільні та вимушені коливання. Резонанс.

План відповіді

1. Визначення коливального руху.

2. Вільні коливання.

3. Перетворення енергії.

4. Вимушені коливання. Механічними коливаннями

називають рухи тіла, що повторюються точно або приблизно через однакові проміжки часу. Основними характеристиками механічних коливань є: усунення, амплітуда, частота, період. Зміщення- Це відхилення від положення рівноваги. Амплітуда- Модуль максимального відхилення від положення рівноваги. Частота- Число повних коливань, що здійснюються в одиницю часу. Період- час одного повного коливання, тобто мінімальний проміжок часу, через який відбувається повторення процесу. Період та частота пов'язані співвідношенням: ν = 1 /Т.

Найпростіший вид коливального руху - гармонійні коливання,при яких величина, що коливається, змінюється з часом за законом синуса або косинуса (рис. 1). ).

Вільниминазивають коливання, які відбуваються з допомогою спочатку повідомленої енергії за наступної відсутності зовнішніх впливів на систему, що робить коливання. Наприклад, коливання вантажу на нитки (рис. 2).

Мал. 1 Мал. 2

Розглянемо процес перетворення енергії з прикладу коливань вантажу на нитки (див. рис. 2).

При відхиленні маятника від положення рівноваги він піднімається на висоту hщодо нульового рівня, отже, у точці Амаятник має потенційну енергію тgh.При русі до положення рівноваги, до точки 0, зменшується висота до нуля, а швидкість вантажу збільшується, і в точці 0 вся потенційна енергія тghперетвориться на кінетичну енергію тυ 2/2.У стані рівноваги кінетична енергія має максимальне значення, а потенційна енергія мінімальна. Після проходження положення рівноваги відбувається перетворення кінетичної енергії на потенційну, швидкість маятника зменшується і при максимальному відхиленні від положення рівноваги стає рівною нулю. При коливальному русі завжди відбуваються періодичні перетворення його кінетичної та потенційної енергії.

При вільних механічних коливаннях неминуче відбувається втрата енергії подолання сил опору. Якщо коливання відбуваються під дією періодичної зовнішньої сили, то такі коливання називають вимушеними. Наприклад, батьки розгойдують дитину на гойдалках, поршень рухається в циліндрі двигуна автомобіля, коливаються ніж електробритви та голка швейної машини. Характер вимушених коливань залежить від характеру дії зовнішньої сили, від її величини, напряму, частоти дії і не залежить від розмірів і властивостей тіла, що коливається. Наприклад, фундамент мотора, на якому він закріплений, здійснює вимушені коливання з частотою, яка визначається лише кількістю оборотів мотора, - і не залежить від розмірів фундаменту.

При збігу частоти зовнішньої сили та частоти власних коливань тіла амплітуда вимушених коливань різко зростає. Таке явище називають механічним резонансом.Графічно залежність вимушених коливань від частоти дії зовнішньої сили показано малюнку 3.

Явище резонансу може бути причиною руйнування машин, будівель, мостів, якщо їхні власні частоти збігаються з частотою сили, що періодично діє. Тому, наприклад, двигуни в автомобілях встановлюють на спеціальних амортизаторах, а військовим підрозділам під час руху мостом забороняється йти «в ногу».

За відсутності тертя амплітуда вимушених коливань при резонансі має зростати з часом необмежено. У реальних системах амплітуда в режимі резонансу визначається умовою втрат енергії протягом періоду і роботи зовнішньої сили за той же час. Чим менше тертя, тим болючіше амплітуда при резонансі.

Білет №16

Конденсатори. Електроємність конденсатора. Використання конденсаторів.

План відповіді

1. Визначення конденсатора.

2. Позначення.

3. Електроємність конденсатора.

4. Електроємність плоского конденсатора.

5. З'єднання конденсаторів.

6. Застосування конденсаторів.

Для накопичення значних кількостей різноїменних електричних зарядів застосовуються конденсатори.

Конденсатор- Це система двох провідників (обкладок), розділених шаром діелектрика, товщина якого мала порівняно з розмірами провідників.

Приклад дві плоскі металеві пластини, розташовані паралельно і розділені діелектриком, утворюють плоский конденсатор.

Якщо пластин плоского конденсатора повідомити рівні за модулем заряди протилежного знака, то напруженість між пластинами буде вдвічі більша, ніж напруженість однієї пластини. Поза пластинами напруженість дорівнює нулю.

Позначаються конденсатори на схемах так:

Електроємністю конденсатора називають величину, що дорівнює відношенню величини заряду однієї з пластин до напруги між ними. Електроємність позначається C.

За визначенням З= q/U.Одиницею електроємності є фарад (Ф).

1 фарад - це електроємність такого конденсатора, напруга між обкладками якого дорівнює 1 вольту при повідомленні обкладок зарядів різноїменних по 1 кулону.

Електроємність плоского конденсатора знаходиться за формулою:

C = ε ε 0 - ,

де ε 0 - електрична стала, ε - діелектрична постійна середовища, S - площа обкладки конденсатора, d- Відстань між обкладками (або товщина діелектрика).

Якщо конденсатори з'єднуються в батарею, то при паралельному з'єднанні O = C 1 + C 2(Рис.1). При послідовному з'єднанні

- = - + - (рис. 2).

C O C 1 C 2

Залежно від типу діелектрика, конденсатори бувають повітряні, паперові, слюдяні.

Конденсатори застосовуються для накопичення електроенергії та використання її при швидкому розряді (фотоспалах), для розділення ланцюгів постійного та змінного струму, у випрямлячах, коливальних контурах та інших радіоелектронних пристроях.

Білет №15

Робота та потужність у ланцюгу постійного струму. Електрорухаюча сила. Закон Ома для повного кола.

План відповіді

1. Робота струму.

2. Закон Джоуля-Ленца.

3. Електрорушійна сила.

4. Закон Ома для повного кола.

В електричному полі з формули визначення напруги

U = А/q

то для розрахунку роботи перенесення електричного заряду

А = U qтак як для струму заряд q = I t

то робота струму:

A = UItабо A = I 2 Rt = U 2 / R · t

Потужність за визначенням N = А/t отже, N = UI = I 2 R = U 2 /R

закон Джоуля-Ленца: При проходженні струму по провіднику кількість теплоти, що виділилася у провіднику, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника та часу проходження струму Q = I 2 Rt.

Повний замкнутий ланцюг є електричним ланцюгом, до складу якого входять зовнішні опори і джерело струму (рис.1).

Як одна з ділянок ланцюга, джерело струму має опір, який називають внутрішнім r.

Для того, щоб струм проходив по замкнутому ланцюгу, необхідно, щоб у джерелі струму зарядів повідомлялася додаткова енергія, вона береться за рахунок роботи з переміщення зарядів, яку виробляють сили неелектричного походження (сторонні сили) проти сил електричного поля.

Джерело струму характеризується ЕРС – електрорушійна сила джерела.

ЕРС - характеристика джерела енергії неелектричної природи в електричному ланцюзі, необхідного для підтримки в ній електричного струму .

ЕРС вимірюється ставленням роботи сторонніх сил по переміщенню вздовж замкненого ланцюга позитивного заряду до цього заряду

Ɛ = A СТ / q.

Нехай за час tчерез поперечний переріз провідника пройде електричний заряд q.

Тоді роботу сторонніх сил під час переміщення заряду можна записати так: А СТ = q q.

Відповідно до визначення сили струму q=I t,

А СТ = I t

При виконанні цієї роботи на внутрішньому та зовнішньому ділянках ланцюга, опори яких R та r,виділяється кілька теплоти.

За законом Джоуля-Ленца воно одно : Q = I 2 R t + I 2 r t

Відповідно до закону збереження енергії А = Q. Отже, Ɛ = IR + Ir .

Добуток сили струму на опір ділянки ланцюга часто називають падінням напругина цій ділянці.

ЕРС дорівнює сумі падінь напруги на внутрішньому і зовнішньому ділянках замкнутого ланцюга. Про

I = ? / (R + r).

Ця залежність називається законом Ома для повного ланцюга

сила струму у повному ланцюгу прямо пропорційна ЕРС джерела струму і назад пропорційна повному опору ланцюга .

При розімкнутому ланцюзі ЕРС дорівнює напрузі на затискачах джерела і, отже, може бути виміряна вольтметром.

Білет №12

Взаємодія заряджених тел. Закон Кулону. Закон збереження електричного заряду.

План відповіді

1. Електричний заряд.

2. Взаємодія заряджених тіл.

3. Закон збереження електричного заряду.

4. Закон Кулону.

5. Діелектрична проникність.

6. Електрична стала.

Закони взаємодії атомів та молекул пояснюються на основі будови атома, використовуючи планетарну модель його будови.

У центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються певними орбітами негативно заряджені частинки.

Взаємодія між зарядженими частинками називається електромагнітним.

Інтенсивність електромагнітної взаємодії визначається фізичною величиною - електричним зарядом,Котрий позначається q.

Одиниця електричного заряду кулон (Кл).

1 кулон- це такий електричний заряд, який, проходячи через поперечний переріз провідника за 1 с, створює струм струм силою 1 А.

Здатність електричних зарядів як до взаємного тяжіння, і до взаємного відштовхування пояснюється існуванням двох видів зарядів.

Один вид заряду називається позитивним, носієм елементарного позитивного заряду є протон.

Інший вид заряду назвали негативним, його носієм є електрон. Елементарний заряд дорівнює е = 1,6×10 -19 Кл.

Електричний заряд не створюється і не зникає, лише переходить від одного тіла до іншого.

Цей факт називається законом збереження електричного заряду.

У природі немає і не зникає електричний заряд одного знака.

Поява та зникнення електричних зарядів на тілах здебільшого пояснюється переходами елементарних заряджених частинок – електронів – від одних тіл до інших.

Електризація- Це повідомлення тілу електричного заряду.

Електризація може відбуватися при дотику (тертя) різнорідних речовин і при опроміненні.

При електризації в тілі виникає надлишок або нестача електронів.

У разі надлишку електронів тіло набуває негативного заряду, у разі нестачі - позитивного.

Основний закон електростатики експериментально встановлено Шарлем Кулоном:

модуль сили взаємодії двох точкових нерухомих електричних зарядів у вакуумі прямо пропорційний добутку величин цих зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані між ними.

F = k q 1 q 2 / r 2

де q 1 і q 2 - модулі зарядів, r - відстань між ними, k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибору системи одиниць, СІ

k = 9 109 Н м 2 /Кл 2 .

Величина, що показує, у скільки разів сила взаємодії зарядів у вакуумі більша, ніж у середовищі, називається діелектричною проникністю середовищаε.

Для середовища з діелектричною проникністю ε закон Кулону: F = k q 1 q 2 /(ε r 2).

Замість коефіцієнта k часто використовується коефіцієнт, званий електричною постійної ε 0 .

Електрична постійна пов'язана з коефіцієнтом наступним чином:

k = 1/4πε 0 і чисельно дорівнює ε 0 = 8.85 10 -12 Кл/Н м 2

З використанням електричної постійної закон Кулона має вигляд:

1 q 1 q 2

F = --- ---

4 π ε 0 r 2

Взаємодія нерухомих електричних зарядів називають електростатичним,або кулонівським, взаємодією.Кулонівські сили можна зобразити графічно (рис. 1).

Кулонівська сила спрямована вздовж прямої, що з'єднує заряджені тіла. Вона є силою тяжіння за різних знаків зарядів і силою відштовхування при однакових знаках.