Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Брестский Государственный Университет им. А.С. Пушкина

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Fizika_Isachenkova_9_rus_2015

.pdf

Скачиваний:

121

Добавлен:

24.03.2016

Размер:

30.15 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 2312 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Деформация тел. Сила упругости. Закон Гука					111
Почему при деформации возникают силы упруго-
сти? Какова их природа?
Силы упругости возникают потому, что молекулы,					а
из которых состоят тела, взаимодействут между собой.
Когда внешние силы сжимают тело, молекулы сильнее
отталкивают друг друга и препятствуют сжатию. Если
же внешние силы растягивают тело, молекулы сильнее
притягиваются друг к другу и противодействуют растя-
жению.
А почему молекулы взаимодействуют? Потому что
А почему молекулы взаимодействуют? Потому что				т
они состоят из микрочастиц, обладающих электричес-				т
ким зарядом: положительно заряженных ядер атомов и			е
отрицательно заряженных электронов в их оболочках.			е
отрицательно заряженных электронов в их оболочках.		в
Следовательно, силы упругости имеют электро-
магнитную природу.					Рис. 158
Упругие и пластические свойства тела з висят и					Рис. 158
Упругие и пластические свойства тела з висят и
	с
от того, как расположены его молекулы (или томы). На рисунке 158 изобра-
я	а

жены кристаллические решетки алмаза и графита. Различие в расположении одних и тех же частиц (атомов углерода) приводит к резким отличиям свойств этих веществ.

Главные выводы
1.	Изменение размеров или формыатела называется деформацией.
2.	Если после прекраще ия		ействия внешних сил размеры и форма тела
полностью восстанавливаются,			то еформация называется упругой. Если не
		н
полностью, то — пластическ й.
3.	Силы упруг сти направлены противоположно деформирующим силам.
		од

1.ПриНкакихаусловиях возникает деформация тела? Назовите виды деформаций.

2.Что такое упругая деформация? Пластическая деформация?

3.Когда возникают силы упругости? Как они направлены?

4.Что утверждает закон Гука? При каких условиях он выполняется?

5.Что такое жесткость тела? От чего она зависит?

6.Будет ли удлинение тела пропорционально деформирующей силе при любых ее значениях?

7.Какова природа сил упругости?4. При уп угих деф мациях сжатия и растяжения модуль силы упругостирпрямо

Правообладатель Народная асвета

112 Динамика

Пример решения задачи

Под действием пружинного динамометра железный кубик с длиной ребра l = 20,0 см движется по гладкой горизонтальной поверхности с постоянным уско-

рением, модуль которого a = 10

см

. Определите удлинение пружины динамометра

жесткостью k = 100 Н .

с2

Дано:

Решение

l = 20,0 см = 0,200 м

Сделаем рисунок к задаче

a = 10

см

= 0,10

(рис. 159).

с2

На брусок дейст уют: сила

k = 100

ила реакции по-

тяжести F

= 7800

кг

= 7,8 103

кг

верхности

ила упругости

пружины

(

м. рис. 159).

упр

— ?

Трение по условию задачи от-

Рис. 159

сутствует.

По второму закону Ньютона:

N +

Fт

Fупр .

(1)

В проекции на горизо т ль ую ось Ох:

ma = Fупр.

(2)

Масса кубика m = ρ

V, объем кубика V = l3. Тогда

m = ρ

l3.

(3)

Модуль силы уп уг сти по закону Гука:

Fупр = k|

l|.

(4)

Подст виврвыражения (3) и (4) в формулу (2), получим:

ρж l3a = k| l|.

Отсюда

ρжl3a

7,8 103

кг

8,0 10−3 м3 0,10

l| =

м3

= 0,062 м.

с2

100

l = 6,2 см.

Ответ:

Правообладатель Народная асвета

Деформация тел. Сила упругости. Закон Гука

113

Упражнение 15

1. Ведро с песком массой m = 15 кг равномерно поднима-

ют с помощью веревки и неподвижного блока (рис. 160, а).

Определите модуль силы натяжения веревки. Массой блока,

веревки и трением пренебречь. В этой и последующих задачах

g = 10 Н .

кг

2. Каким будет модуль силы натяжения веревки,

если

в условии предыдущей задачи используется подвижный блок

(рис. 160, б)?

3. Определите модуль силы натяжения веревки, если при

подъеме ведро движется равноускоренно. Модуль ускорения

a = 1,6 м

, масса m = 15

ведра

кг. Рассмотрите д а

лучая

с2

(см. рис. 160, а и 160, б).

4. По гладкой горизонтальной поверхности по окружнос-

ти радиусом R = 30,0 см равномерно движется ш рик м ссой

m = 200 г, удерживаемый нитью (рис. 161,

вид сверху). Пе-

риод

обращения

шарика

Т = 3,14

с. Определите удлинение

нити,

если ее жесткость k = 60,0

Н .

Рис. 160

5. Трос

имеет жесткость

k =

яН

Предельное

4,0 10

м .

l = 12 мм. Сохра-

удлинение, при котором он еще сохра яет упругие свойства,

нит ли трос упругие свойства, если к ему подвесить груз массой: а) m1 = 240 кг;

б) m2

= 600 кг?

6. На рисунке 162 пре ставлены графики зависимости модулей силы

упругости от удлинения для двух пружин. Во сколько раз отличаются жесткости

пружин?

7. Пружина имеетожесткость

k = 150

Н. Какой будет жесткость системы

из двух пружин, соединенных: а) «последовательно»; б) «параллельно»?

Рис. 161

Рис. 162

Правообладатель Народная асвета

114	Динамика
§ 23. Cилы трения. Силы сопротивления среды

Согласно первому закону Ньютона для движения с постоянной скоростью силы не нужны. Почему же движущиеся санки, тележка, лодка и т. д. остановятся, если мы перестанем действовать на них? К кие силы препятствуют их движению?

Санки останавливает сила трения скольжения,

ележку — сила трения

качения, лодку — сила сопротивления среды.

Рассмотрим

силу трения скольжения. Куда она направл на? Чем определя-

ется ее модуль?

Проведем опыт. С помощью динамометра будем ра номерно перемещать

деревянный брусок по поверхности стола (рис.

163, а). Модуль силы тре-

яа

ния Fтр будем определять по показаниям динамометра F (т. к. при равномерном

движении Fтр = −F ).

Рис. 163

С помощью гири увеличим силу давления Fд

бруска на стол (рис. 163, б).

Опыт показывает, что при увеличении силы давления в 2, 3, 4, … раза пока-

зания динамомет а F увеличиваются также в 2,

4, … раза. Значит, модуль

силы т ения скольжения прямо пропорционален модулю силы давления тела на опору:

Fтр = μFд,	(1)

где μ — коэффициент трения скольжения. Он зависит от свойств соприкаса-

ющихся поверхностей тел: от материалов, из которых они изготовлены, от шеро-
ховатостиН	этих поверхностей, от наличия примесей и загрязнений.

В таблице 2 приведены приближенные значения коэффициентов трения для некоторых материалов.

Правообладатель Народная асвета

Cилы трения. Силы сопротивления среды							115
		Таблица 2. Коэффициенты трения скольжения

		Материалы	Коэффициент трения

	Дерево по дереву		0,3—0,5

	Лед по льду			0,03

	Сталь по льду			0,02

	Резина по сухому асфальту			0,7			а
							а
	Резина по мокрому асфальту			0,4		т
						т
	Резина по льду			0,15

						r
По третьему закону Ньютона сила давления бру ка на					е		вызывает от-
По третьему закону Ньютона сила давления бру ка на					тол	F	вызывает от-
	r	r	о тороны			д
ветную силу N		= −F , приложенную к бруску	о тороны		тола (см. рис. 163).
r		д		в
Сила N направлена по нормали к поверхности опоры. Ее называют нормальной
реакцией опоры. Модуль N (как и Fд) показыв ет, нссколько сильно тело прижа-
			а

то к поверхности опоры. Поэтому вместо равенства (1) часто используют формулу

Fтр = μN.

(2)

Чему в данном примере равна сила, с которой опора действует на брусок,

т. е. реакция опоры? Она рав

rяr

при наличии

= N

+ Fтр

(рис. 164). Значит,

две

составляющие: нормальную реакцию

силы трения реакция опоры имеет

опоры N, перпендикулярную поверхности опоры, и силу трения Fтр , параллель-

ную этой поверхн сти.

Зависит ли сила трения ск льжения от площади сопри-

косновения тел? С авним силу трения при двух положе-

ниях 1 и 2 бруска ( ис. 165). Хотя площадь его контакта

с доской в положении 2 меньше, показания динамометра

почти не изменились. Опыты показывают: сила трения

практически не з висит от площади соприкосновения тел.

Рис. 164

Рис. 165

Правообладатель Народная асвета

116

Динамика

Этот вывод неприменим к случаям, когда площадь контакта настолько мала, что одно тело

(например, игла, нож, стеклорез) может нарушить состояние поверхности другого тела — на-

нести царапину, проделать бороздку и т. п.

Куда направлена сила трения скольжения?

Опыты показывают (см. рис. 163, 164): сила трения скольжения направ-

лена противоположно скорости движения тела относительно опоры.

При своем движении тело оже дейс вует на опору си-

лой трения

Fт′p (рис. 166). Она приложена к опоре, направ-

лена по скорости тела и им

акой же модуль, как сила

трения

Fтp ,

действующая на т ло.

Рис. 166

Отметим, что коэффици нт тр ния скольжения μ

зависит от скорости д ижения тела относительно опо-

ры vотн. Изменение μ незначительно (рис. 167). При

решении задач,

как правило,

принимают μ = const.

А может ли

ила трения действовать на непо-

движное тело?

Рассмотрим пример. Шкаф стоит на горизон-

тальном полу.

На него действуют две силы: сила

Рис. 167

т жести Fт

и сила реакции опоры N. Они уравно-

вешив ют друг друга. Сила трения равна нулю.

Приложим к шкафу внешнюю силу

, па-

гор

раллельную полу (рис. 168). Появится сила трения

пок

Пока внешняя сила мала,

сила тре-

гор

покоя

тр

ния покоя компенсирует ее ( Fпок

= −F

), и шкаф

ностается в покое.

тр

гор

При

увеличении внешней силы будет

расти

и сила трения покоя (рис. 169), пока шкаф не сдви-

нется с места. В этот момент модуль силы трения

Рис. 168

покоя

достигает

своего

максимального

значения

Fмакс .

Оно, как показывает опыт,

прямо пропор-

тр

м кс

ционально модулю силы давления Fд = N.

Таким образом,

0 - Fпок - Fмакс

;

тр

= 0

Fтрмакс = μпок Fд .

(3)

Коэффициент трения покоя μпок, как правило,

немного больше, чем коэффициент трения сколь-

жения μ (см. рис. 167, 169). Поэтому тело труднее

Рис. 169

сдвинуть с места, чем затем его перемещать.

Правообладатель Народная асвета

Cилы трения. Силы сопротивления среды

117

Сила трения покоя направлена противоположно горизонтальной составляю-

щей внешней силы, стремящейся сдвинуть тело. Это следует из условия равно-

(см. рис. 168).

весия Fпок = −F

тр

гор

Под действием внешней силы шкаф может не сдвинуться, а перевернуться!

От чего это зависит? Вы узнаете это, решив задачу 10 в конце п р гр фа.

Отметим также, что в отличие от силы трения

скольжения

сила трения

покоя — это частный случай сил упругости.

А какой будет сила трения при качении тела?

Опыт показывает,

что

при

замене скольжения

кач ни м (рис. 170, а, б)

сила трения резко уменьшится (в десятки раз — для д р а по д реву, почти

в сто раз — для стали по стали и т. д.).

Рис. 170

Трение играет важную роль в технике

и в повседневной жизни. Так, при отсут-

ствии трения любой предмет соскользнул

бы с полки

при

малейшем

ее

кло е.

И автомобиль, и пешеход

е смогли бы

ни начать движение, ни оста овиться. По-

этому трение часто стремятся увеличить.

Обувь и автопокрышки

елаютн«рельеф-

ными» (рис. 171, а), д р гу зимой посы-

пают песком и т. д.

В то же в емя т ение в подшипниках,

в шарнирных соединениях и т. д. является

вредным. Оно приводит к износу и нагре-

ванию дет лей, к

рпотерям энергии. В та-

ких случаях трение стремятся уменьшить.

Трущиеся поверхности шлифуют, на них

наносят специальные смазки, скольжение

заменяют качением (рис. 171, б).

Отметим, что действие смазки состоит

в замене непосредственного контакта твер-

дых тел на их контакт со слоем жидкости.

Рис. 171

Правообладатель Народная асвета

118 Динамика

Можно ли путем тщательной шлифовки (полировки) поверхности свести силу трения к нулю? Оказывается, нет. Чем лучше отполированы поверхности, тем большая часть молекул одного тела вступает во взаимодействие с молекулами другого. Силы межмолекулярного притяжения между ними препятствуют скольжению, и сила трения даже возрастает.

Рассмотрим движение тела в жидкости или газе. Здесь тоже есть силы, пре-

пятствующие движению. Их называют силами сопротивления.

Силы сопротив-

ления в жидкости и газе возникают только при движении

ела и среды друг

относительно друга.

Значит, сила трения покоя в жидкостях и газах равна нулюа.

Поэтому человек, который не смог бы сдвинуть с места л жащую на берегу лодку, лег-

ко приведет ее в движение, если она находится на пла у.

От чего за исит сила сопротив-

ления?

Выяснить это можно на опыте, из-

Рис. 172

меряяссилу, с которой поток газа или

жидкости действует на тело (рис. 172).

аСила сопротивления зависит от

следующих факторов.

а) От свойств среды:

для данного тела при одной и той

же скорости сила сопротивления в воз-

духе намного меньше, чем в воде, а в

воде — меньше, чем в сахарном сиро-

пе, и т. д.

б) От размеров тела:

для тел одинаковой геометричес-

кой формы сила сопротивления прямо

пропорциональна площади их попереч-

ного сечения.

Рис. 173

в) От формы тела:

на рисунке 173 изображены тела с одинаковой площадью поперечного сечения, но разной формы. Наибольшую силу сопротивления испытывает вогнутая полусфера, а наименьшую — тело каплевидной (обтекаемой) формы. Обтекаемая форма тела у птиц и рыб сводит до минимума силу сопротивления воздуха или воды. С этой же целью обтекаемую форму придают самолетам (рис. 174, а), речным и морским судам, подводным лодкам (рис. 174, б) и т. д.

Правообладатель Народная асвета

Cилы трения. Силы сопротивления среды

119

			Рис. 174
		а
А чем обусловлена форма парашюта (рис. 174, в)? Объясните самосто-
ятельно.	т
ятельно.	е
г) От скорости движения:

сила сопротивления возрастает с увеличением коро ти д ижения тела отно-

сительно среды. При малых скоростях она р стет прямо пропорционально моду-
лю скорости, а при больших — еще быстрее.		в
Силы трения и сопротивления среды (к к и силысупругости) определяются
	а

взаимодействием молекул и, следовательно, имеют электромагнитную природу.
Главные выводы	а
1. Сила трения скольже ия прямо пропорциональная		модулю силы давле-

ния (силы нормальной реакции опоры) и направлена против скорости движе-

ния тела.			о

2. Коэффициент трения скольжения зависит от материала и состояния со-
прикасающихся п верхн стей,нно практически не зависит от их площади.
3.	Сила трения качения существенно меньше силы трения скольжения.
4.	Сила т ения п к ядв зникает при наличии внешней силы, стремящейся
	а
вызвать движение тела.
5.	Силы соп отивления движению тела в газе или жидкости зависят от
свойств среды,		р змеров и формы тела и от скорости его движения относи-
	Н	р
тельно среды.

Контрольные вопросы

1.Какие виды трения вам известны?

2.От чего зависит сила трения скольжения? Сила трения покоя?

3.От чего зависят силы сопротивления движению тела в жидкости или газе?

4.Какова природа сил трения и сил сопротивления среды?

Правообладатель Народная асвета

120

Динамика

Пример решения задачи

Автомобиль, имея скорость,

модуль которой

v = 54 км ,

тормозит на гори-

зонтальном участке дороги до полной остановки. Коэффициент трения скольже-

ния μ = 0,30. Приняв g =10

, определите время торможения и тормозной путь.

кг

Дано:

Решение

= 54

км =15

Изобразим схематически автомо-

= 0

биль

действующие

на него

силы

μ2

= 0,30

(рис. 175).

g =10

Сила тяжести

Fт

и сила р акции

опоры

компенсируют

друг

дру-

t — ?

га. Их модули равны: Fт = N. Резуль-

s — ?

тирующая всех сил, приложенных к

автомобилю (см. рис. 175), равна силе трения. По второ-

му закону Ньютона

(см.

Рис. 175

= Fтр .

В проекции на ось Ох

рис. 175) ma = Fтр .

Fтр = μN = μFт

Поскольку

= μgm,

модуль ускорения a = μg. Учитывая, что

a = v1 ,

получим: v1

= μg,

откуда t =

. Подставив численные значения, находим:

μg

t =

= 5,0 с.

0,30

Тормозной путь:

с2

s = at2

5,0 с

v1t2

v1t

;

s = 15 с

≈ 38 м.

Ответ: t = 5,0 с;

s =

38 м.

Уп

жнение 16

1. Почемуропасна езда с большой скоростью по мокрой или обледенелой

дороге?

2. Почему с наступлением зимы запрещается использование «летних»

автошин?

3. Как направлено ускорение, если результирующая всех сил, действующих

на движущееся тело, равна силе трения?

4. График зависимости модуля силы трения от модуля внешней силы пред-

ставлен на рисунке 169. При Fвнеш = 0 тело покоилось. Как двигалось тело по мере

Правообладатель Народная асвета

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 2312 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
11.02.2015163.9 Кб147filosofia_2_kurs.docx
#
11.02.201587.99 Кб13filosofia_2_kurs4.docx
#
17.09.2019236.03 Кб3final draft.doc
#
16.11.2019606.72 Кб11finansovoe_pravo1.doc
#
24.03.201628.57 Кб14Fio оценки.docx
#
24.03.201630.15 Mб121Fizika_Isachenkova_9_rus_2015.pdf
#
11.02.201589.41 Кб28fiziologia_shpory.docx
#
17.04.201972.19 Кб7fiziol_25-30.doc
#
24.03.201685.69 Кб11fizra.docx
#
16.11.2019161.28 Кб13FP.doc
#
24.03.20161.16 Mб15frank_s.l._dusha_cheloveka.doc