virtulab.net Статьи Физика Взаимодействие тел. Масса и сила

Виртуальная лаборатория ВиртуЛаб

Виртуальные работы можно демонстрировать в классе во время лекции как дополнение к лекционным материалам.

Взаимодействие тел. Масса и сила

1. Как вы уже знаете, скорость тела изменяется, если на него действуют другие тела. При этом важно, что действие тел друг на друга носит взаимный характер, т. е. имеет местовзаимодействие тел.

Взаимодействие тел можно наблюдать с помощью простого опыта. Поставим на стол две одинаковые тележки, к одной из которых прикреплена пружина. Сожмем пружину и свяжем ее нитью. На одинаковых расстояниях от середины пружины поставим преграды — деревянные бруски (рис. 43). Пережжем нить. При этом пружина распрямится, а тележки, первоначально находившиеся в покое, разъедутся в разные стороны. В результате взаимодействия скорость обеих тележек изменяется от нуля до некоторого значения, т. е. они приобретают ускорение. Таким образом, причиной изменения скорости каждой тележки является их взаимодействие.

Можно заметить, что при движении тележек они одновременно ударяются о бруски, пройдя одинаковые расстояния. Следовательно, ускорения, которые тележки приобрели при взаимодействии, равны по модулю и направлены в противоположные стороны.

Повторим опыт с тележками, но пружину сожмем сильнее. После пережигания нити тележки, приобретая б€ольшую скорость в результате взаимодействия, опять ударяются о бруски одновременно.

По результатам этих опытов можно сделать следующие выводы: при взаимодействии одинаковых тележек их скорость изменяется на одну и ту же величину, т. е. они приобретают одинаковые ускоренияпри изменении условий взаимодействия (в данном случае деформации пружины) отношение ускорений взаимодействующих тел не изменяется.

2. Положим на одну из тележек груз и повторим опыт (рис. 44). Мы заметим, что теперь тележки ударятся о преграды не одновременно: ненагруженная тележка доедет до преграды раньше, чем нагруженная. Следовательно, тележки при взаимодействии приобрели разные ускорения: ускорение нагруженной тележки меньше, чем ненагруженной.

Если повторить опыт, сжав пружину сильнее, то получим тот же результат: несмотря на то, что скорость тележек в результате взаимодействия изменится сильнее, чем в первом случае, ненагруженная тележка опять доедет до преграды раньше, чем нагруженная. Таким образом, разные тела при взаимодействии приобретают разные ускоренияпри изменении условий взаимодействия (в данном случае деформации пружины) отношение ускорений взаимодействующих тел не изменяется.

О теле, которое при взаимодействии изменило свою скорость на меньшее значение, говорят, что оно более инертно, чем тело, скорость которого изменилась на большее значение.

Инертность — свойство тела, состоящее в том, что для изменения скорости необходимо определенное время.

Из двух тел, изменяющих скорость на одну и ту же величину, более инертно то, которому для этого требуется большее время. Например, в рассмотренном опыте за время взаимодействия нагруженная тележка изменила свою скорость на меньшее значение, т. е. приобрела меньшее ускорение, чем ненагруженная. Это значит, нагруженная тележка более инертна. Если легковой и нагруженный грузовой автомобили, движущиеся с одинаковой скоростью, должны остановиться, то грузовому для этого потребуется большее время.

3. Свойство инертности характеризуется физической величиной, называемой массой тела. Более инертное тело имеет большую массу, менее инертное тело имеет меньшую массу. Если массы взаимодействующих тел m1 и m2, то

= .

Ускорения, приобретаемые телами при взаимодействии, обратно пропорциональны их массам.

Чтобы измерить массу m некоторого тела, нужно привести его во взаимодействие с телом известной массы (с эталоном массы) mэт и измерить ускорения, которые приобретут данное тело и эталон. Тогда

= , или mmэт.

Этот способ измерения массы используется на практике при определении масс очень больших тел — космических объектов и очень маленьких тел — молекул, атомов и частиц, из которых они состоят.

Другим способом измерения массы тел является взвешивание, именно им и пользуются в повседневной жизни.

За единицу массы в СИ принимается масса эталона — цилиндра, изготовленного из сплава платины и иридия. Масса этого эталона принята за килограмм (1 кг). Массу 1 кг имеет 1 л чистой воды при температуре 15 °С.

Масса тела — величина аддитивная. Это означает, что масса тела складывается из масс отдельных его частей.

Масса тела не зависит от выбора системы отсчета.

4. Как вы знаете из курса физики 7 класса, мерой взаимодействия тел является сила. Сила — векторная величина. Ускорение, возникаюзее у тела в результате действия силы, всегда сонаправлено с силой.

Силу обозначают буквой F и измеряют в ньютонах (Н).

Для измерения силы используют динамометр, принцип работы которого основан на законе Гука: Fупр = –kDl, где k — жесткость пружины. По удлинению пружины Dl можно судить о значении возникающей в ней силы упругости и соответственно о значении приложенной силы.

5. Обычно на тело действуют несколько сил, и каждая из них сообщает телу ускорение. Например, на движущийся автомобиль действуют сила тяжести, сила упругости со стороны дороги, сила тяги, сила трения, сила сопротивления воздуха. При этом действие каждой силы не зависит от действия других, т. е. каждая сила сообщает телу такое ускорение, какое она сообщила бы ему в отсутствие действия других сил. Это утверждение носит название принципа независимости действия сил.

При расчете ускорения тела все действующие на него силы заменяют одной силой, называемой равнодействующейРавнодействующая сила — геометрическая сумма всех сил, действующих на тело.

Вопросы для самопроверки

1. В чем состоит свойство инертности?

2. Какой величиной характеризуется инертность тела?

3. Как измерить массу тела?

4. Что является единицей массы в СИ?

5. Что характеризует сила?

6. В чем состоит принцип независимости действия сил?

Задание 11

1. Две тележки массами 100 и 200 г соединили сжатой пружиной, которая в этом состоянии удерживается нитью. После того как нить пережгли, пружина распрямилась и тележки разъехались. Тележка меньшей массы приобрела скорость 0,5 м/с. Какую скорость приобрела вторая тележка?

2. На металлическом стержне вращаются два цилиндра разной массы (рис. 45). Радиус вращения центра первого цилиндра массой 30 г равен 6 см, радиус вращения центра второго цилиндра — 2 см. Чему равна масса второго цилиндра?

3э. Измерьте жесткость пружины, резинки или какого‑либо другого тела, используя грузы известной массы.

 

 



+ Физика

Виртуальные лабораторные работы по Физике

добавить на Яндекс