§ 35. Сила

Ваш жизненный опыт и проведенные нами эксперименты показывают, что тела изменяют свою скорость только под действием на них других тел. И это изменение тем больше, чем сильнее воздействие другого тела. Поэтому возникла необходимость ввести особую физическую величину, которая характеризовала бы степень воздействия тел друг на друга. Эту величину назвали силой. Ее обозначают буквой . Сила величина векторная, так как кроме численного значения она характеризуется и направлением своего действия.

Опыт 1. Проведем такой эксперимент. Возьмем три одинаковых по массе шарика, первый – медный, второй – стальной, а третий – намагниченный. Намагниченный шарик закреплен на гладком горизонтальном столе. Пусть первые два шарика катятся равномерно прямолинейно мимо намагниченного шарика (рис.4.13).

Если бы не было шарика-магнита, то стальной шарик двигался бы по траектории, отмеченной пунктиром.

Мы же заметим, что стальной шарик, по мере приближения к намагниченному шарику, будет изменять траекторию своего движения. Это можно объяснить только тем, что на него действует сила со стороны шарика-магнита. А на медный шарик магнит не действует, поэтому он не изменил свою траекторию.

Опыт 2. Изменим условия эксперимента. Заставим двигаться шарики 2 (стальной) и 3 (магнит) по прямолинейным параллельным траекториям, расположенным на небольшом расстоянии друг от друга (рис.4.14а).

Как вы думаете, что мы будем наблюдать в этом случае?

П онятно, что если бы шарики запустить отдельно, то траекторией каждого из них была бы прямая линия, отмеченная пунктиром (4.14а).

Мы же увидим, что при приближении друг к другу изменять свою траекторию будут оба шарика (4.14б). А это говорит о том, что при взаимодействии двух наших тел возникло две силы (говорят, что возникла пара сил). Эти силы приложены к разным телам, потому что изменили скорость оба шарика. Направлены эти силы в противоположные стороны, что видно из характера изменения траекторий шариков и их скоростей. Расчеты же покажут, что эти силы по модулю будут равными.

Английский физик И.Ньютон, изучая взаимодействие тел, пришел к выводу:

Силы, возникающие при взаимодействии двух тел, равны по величине, противоположно направлены и лежат на одной прямой соединяющей эти тела.

Данное утверждение называется третьим законом Ньютона. Его можно записать в виде формулы:

Оказывается, что сила может не только изменять скорость тела, но и изменять их размеры и форму. В этом случае говорят, что тело под действием силы деформируется. Это можно наблюдать в том случае, когда пружина растягивается под действием груза, подвешенного к ней (рис.4.15).

Чем больше масса груза, подвешенного к пружине, тем больше она деформируется.

Через ручей перекинута прочная легкая доска (рис.4.16). Какие изменения произойдут с доской, если на нее зайдет мальчик?

(рис.4.16

Чтобы разорвать стальную проволоку, нужно преодолеть взаимодействие между частицами, из которых она состоит. То есть между частицами существуют силы межмолекулярного взаимодействия.

Приведенные выше примеры показывают, что под действием силы тела изменяют свою скорость, т.е. получают ускорение, или изменяют свои размеры и форму, т.е. деформируются.

Сила измеряется с помощью особого физического прибора, который называется динамометром. Устройство и принцип действия этого прибора мы рассмотрим в дальнейшем. В международной системе единиц СИ за единицу силы принят ньютон ( ). Эта единица названа в честь величайшего английского физика Исаака Ньютона.

Сила 1 Н – это такая сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с².

Принято изображать силу стрелкой, начало которой приложено к телу, а конец показывает направление действия силы (см. рис.4.17)

Необходимо помнить, что термин «сила» является кратким обозначением того, что на одну частицу вещества действует другая частица вещества, либо на одно тело действует другое тело. Чтобы каждый раз не говорить, что одно тело подействовало на другое, употребляют выражение: на тело подействовала сила.

Обращаем ваше внимание на то, что действие силы зависит не только от ее численного значения, но и от ее направления, от точки приложения силы, от времени ее действия и от площади, на которую она действует.

Вопросы для самоконтроля

1. Почему возникла необходимость введения понятия силы?

2. Что происходит с телом, если на него действует сила?

3. Каким прибором измеряют силу?

4. Назовите единицы измерения силы.

5. Как верно показать действие силы на тело на рисунке?

6. Приведите примеры, доказывающие, что сила векторная величина.

7. Что происходит с футбольным мячом в момент удара по нему и сразу же после него?

8. Как возникают силы?

9. Сформулируйте третий закон Ньютона.

10. Сформулируйте второй закон Ньютона.

11. Напишите реферат о жизни и деятельности великого английского ученого Исаака Ньютона