База решений задач FIZMATBANK.RU — задачи по физике, страница 29

3794. Указать и сравнить силы, действующие на автомобиль, когда он: а) стоит неподвижно на горизонтальном участке дороги; б) трогается с места; в) движется равномерно и прямолинейно по горизонтальному участку; г) двигаясь равномерно, проходит середину выпуклого моста; д) двигаясь равномерно, поворачивает; е) тормозит на горизонтальной дороге.

3795. Человек стоит в лифте. Указать и сравнить силы, действующие на человека в следующих случаях: а) лифт неподвижен; 6) лифт начинает движение вверх; в) лифт движется равномерно; г) лифт замедляет движение до остановки.

3796. Указать и сравнить силы, действующие на шарик в следующих случаях: а) шарик лежит на горизонтальном столе; б) шарик получает толчок от руки; в) шарик катится по столу; г) шарик летит со стола.

3797. Мяч после удара футболиста летит вертикально вверх. Указать и сравнить силы, действующие на мяч: а) в момент удара; б) во время полета мяча вверх; в) во время полета мяча вниз; г) при ударе о землю.

3798. Вагон массой 60 т подходит к неподвижной платформе со скоростью 0,3 м/с и ударяет ее буферами, после чего платформа получает скорость 0,4 м/с. Какова масса платформы, если после удара скорость вагона уменьшилась до 0,2 м/с?

3799. Два тела массами 400 и 600 г двигались друг другу навстречу и после удара остановились. Какова скорость второго тела, если первое двигалось со скоростью 3 м/с?

3800. При столкновении двух тележек, движущихся по горизонтальной плоскости, проекция на ось X вектора скорости первой тележки изменилась от 3 до 1 м/с, а проекция на ту же ось вектора скорости второй тележки изменилась от -1 до +1 м/с. Ось X связана с землей, расположена горизонтально, и ее положительное направление совпадает с направлением вектора начальной скорости первой тележки. Описать движения тележек до и после взаимодействия. Сравнить массы тележек.

3801. Найти отношение модулей ускорений двух шаров одинакового радиуса во время взаимодействия, если первый шар сделан из стали, а второй из свинца.

3802. Найти отношение модулей ускорений двух стальных шаров во время столкновения, если радиус первого шара в 2 раза больше радиуса второго. Зависит ли ответ задачи от начальных скоростей шаров?

3803. Маневровый тепловоз массой 100 т толкнул покоящийся вагон. Во время взаимодействия ускорение вагона было в 5 раз больше ускорения тепловоза. Какова масса вагона?

3804. Как движется поезд, если яблоко, упавшее со столика вагона в системе отсчета «Вагон»: а) движется по вертикали; б) отклоняется при падении вперед; в) отклоняется назад; г) отклоняется в сторону?

3805. На стержне (рис. 21), вращающемся с некоторой частотой, два стальных шарика разных размеров, связанные нерастяжимой нитью не скользят вдоль стержня при определенном соотношении радиусов R1 и R2. Каково соотношение масс шариков, если R2 = 2R1?

3806. Система отсчета связана с автомобилем. Будет ли она инерциальной, если автомобиль движется: а) равномерно и прямолинейно по горизонтальному шоссе; б) ускоренно по горизонтальному шоссе; в) равномерно, поворачивая на улицу, расположенную под прямым углом; г) равномерно в гору; д) равномерно с горы; е) ускоренно с горы?

3807. Система отсчета жестко связана с лифтом. В каких из приведенных ниже случаев систему отсчета можно считать инерциальной? Лифт: а) свободно падает; б) движется равномерно вверх; в) движется ускоренно вверх; г) движется замедленно вверх; в) движется равномерно вниз.

3808. Может ли автомобиль двигаться равномерно по горизонтальному шоссе с выключенным двигателем?

3809. На горизонтальном участке пути маневровый тепловоз толкнул вагон. Какие тела действуют на вагон во время и после толчка? Как будет двигаться вагон под влиянием этих тел?

3810. Мальчик держит на нити шарик, наполненный водородом. Действия каких тел взаимно компенсируются, если шарик находится в состоянии покоя? Мальчик выпустил нить. Почему шарик пришел в ускоренное движение?

3811. Парашютист спускается, двигаясь равномерно и прямо линейно. Объяснить, действия каких сил компенсируются.

3812. Объяснить, действия каких тел компенсируются в следующих случаях: а) подводная лодка покоится в толще воды; б) подводная лодка лежит на твердом дне.

3813. Радиус рабочего колеса гидротурбины в 8 раз больше, а частота вращения в 40 раз меньше, чем у паровой турбины. Сравнить скорости и центростремительные ускорения точек обода колес турбин.

3814. Детский заводной автомобиль, двигаясь равномерно, прошел расстояние s за время t. Найти частоту вращения и центростремительное ускорение точек на ободе колеса, если диаметр колеса равен d. При возможности конкретные данные задачи получите опытным путем.

3815. Две материальные точки движутся по окружности радиусами R1 и R2, причем R1 = 2R2. Сравнить их центростремительные ускорения в случаях: 1) равенства их скоростей; 2) равенства их периодов.

3816. Найти центростремительное ускорение точек колеса автомобиля, соприкасающихся с дорогой, если автомобиль движется со скоростью 72 км/ч и при этом частота вращения колеса 8 1/с.

3817. Рабочее колесо турбины Красноярской ГЭС имеет диаметр 7,5 м и вращается с частотой 93,8 об/мин. Каково центростремительное ускорение концов лопаток турбины?

3818. С какой скоростью автомобиль должен проходить середину выпуклого моста радиусом 40 м, чтобы центростремительное ускорение равнялось ускорению свободного падения?

3819. Период вращения молотильного барабана комбайна «Нива» диаметром 600 мм равен 0,046 с. Найти скорость точек, лежащих на ободе барабана, и их центростремительное ускорение.

3820. Скорость точек экватора Солнца при его вращении вокруг своей оси равна 2 км/с. Найти период вращения Солнца вокруг своей оси и центростремительное ускорение точек экватора.

3821. Каково центростремительное ускорение поезда, движущегося по закруглению радиусом 800 м со скоростью 20 м/с?

3822. Диаметр колеса велосипеда «Пенза» d = 70 см, ведущая зубчатка Имеет Z1 — 48 зубцов, а ведомая Z2 = 18 зубцов. С какой скоростьюдвижется велосипедист на этом велосипеде при частоте вращения педалей n = 1 об/с? С какой скоростью движется велосипедист на складном велосипеде «Кама» при той же частоте вращения педалей, если у этого велосипедиста соответственно d = 50 см, z1 = 48 зубцов, z2 = 15 зубцов?

3823. Циркулярная пила имеет диаметр 600 мм. На ось пилы насажен шкив диаметром 300 мм, который приводится во вращение посредством ременной передачи от шкива диаметром 120 мм, насаженного на вал электродвигателя. Какова скорость зубьев пилы, если вал двигателя совершает 1200 об/мин?

3824. Движение от шкива I (рис. 20) к шкиву IV передается при помощи двух ременных передач. Найти частоту вращения (в об/мин) шкива IV, если шкив I делает 1200 об/мин, а радиусы шкивов r1 = 8 см, r2 = 32 см, r3 = 11 см, r4 = 55 см. Шкивы II и III жестко укреплены на одном валу.

3825. Минутная стрелка часов в 3 раза длиннее секундной. Найти отношение скоростей концов стрелок.

3826. При увеличении в 4 раза радиуса круговой орбиты искусственного спутника Земли период его обращения увеличивается в 8 раз. Во сколько раз изменяется скорость движения спутника по орбите?

3827. Первая в мире орбитальная космическая станция, образованная в результате стыковки космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5» 16 января 1969 г., имела период обращения 88,85 мин и среднюю высоту над поверхностью Земли 230 км (считая орбиту круговой). Найти среднюю скорость движения станции.

3828. С какой скоростью и в каком направлении должен лететь самолет по шестидесятой параллели, чтобы прибыть в пункт назначения раньше (по местному времени), чем он вылетел из пункта отправления? Возможно ли это для современных пассажирских самолетов?

3829. Скорость движения магнитной ленты магнитофона 9,53 см/с. Вычислить частоту и период вращения правой (приемной) катушки в начале и в конце прослушивания, если наименьший радиус катушки равен 2,5 см, а наибольший — 7 см.

3830. Диаметр передних колес трактора в 2 раза меньше, чем задних. Сравнить частоты вращения колес при движении трактора.

3831. Период вращения платформы карусельного станка 4 с. Найти скорость крайних точек платформы, удаленных от оси вращения на 2 м.

3832. Частота вращения воздушного винта самолета 1500 об/мин. Сколько оборотов делает винт на пути 90 км при скорости полета 180 км/ч?

3833. Скорость точек рабочей поверхности наждачного круга диаметром 300 мм не должна превышать 35 м/с. Допустима ли посадка круга на вал электродвигателя, совершающего 1400 об/мин; 2800 об/мин?

3834. Найти частоту обращения Луны вокруг Земли (см. табл. 14).

3835. Частота вращения ветроколеса ветродвигателя 30 об/мин, якоря электродвигателя 1500 об/мин, барабана сепаратора 8400 об/мин, шпинделя шлифовального станка 96 000 об/мин. Вычислить их периоды.

3836. Движения двух мотоциклистов заданы уравнениями X1 = 15 + t^2 и х2 = 8t. Описать движение каждого мотоциклиста; найти время и место их встречи.

3837. В момент начала наблюдения расстояние между двумя телами равно 6,9 м. Первое тело движется из состояния покоя с ускорением 0,2 м/с2. Второе движется вслед за ним, имея начальную скорость 2 м/с и ускорение 0,4 м/с2. Написать уравнения х = x(t) в системе отсчета, в которой при t = 0 координаты тел принимают значения, соответственно равные х1 = 6,9 м, х2 = 0. Найти время и место встречи тел.

3838. Расстояние между двумя станциями поезд прошел со : средней скоростью vср = 72 км/ч за t = 20 мин. Разгон и торможение вместе длились t1 = 4 мин, а остальное время поезддвигался равномерно. Какой была скорость и поезда при равномерном движении?

3839. Движения двух автомобилей по шоссе заданы уравнениями Х1 = 2t + 0,2t2 и х2 = 80 — 4t. Описать картину движения. Найти: а) время и место встречи автомобилей; б) расстояние между ними через 5 с от начала отсчета времени; в) координату первого автомобиля в тот момент времени, когда второй находился в начале отсчета.

3840. Велосипедист начал свое движение из состояния покоя и в течение первых 4 с двигался с ускорением 1 м/с2; затем в течение ОД мин он двигался равномерно и последние 20 м — равнозамедленно до остановки. Найти среднюю скорость за все время движения. Построить график зависимости vx(t).

3841. Мальчик скатился на санках с горы длиной sx и проехал по горизонтальному участку путь s2 до остановки. Все движение заняло время t. Найти: 1) время t1 спуска; 2) время t2 торможения; 3) скорость и в конце горы; 4) ускорение а1 при спуске; 5) ускорение а2 при торможении.

3842. Написать уравнения х = x{t) для движений, графики скоростей которых даны на рисунке 16. Считать, что в начальный момент (t = 0) тела находятся в начале координат (х = 0).

3843. Движения четырех материальных точек заданы следующими уравнениями (соответственно): X1 = 10t + 0,4t^2; х2 = 2t — t^2; x3 = -4t + 2t^2; x4 = -t — 6t^2. 2, х2 = 400 — 0,6t и x3 = -300 (соответственно). Найти для каждого из тел: координату в момент начала наблюдения, проекции на ось X начальной скорости и ускорения, а также направление и вид движения.Сделать пояснительный рисунок, указав положения тел при t = 0 и начертив векторы скоростей и ускорений.

3845. Уклон длиной 100 м лыжник прошел за 20 с, двигаясь с ускорением 0,3 м/с2. Какова скорость лыжника в начале и в конце уклона?

3846. Поезд, двигаясь под уклон, прошел за 20 с путь 340 м и развил скорость 19 м/с. С каким ускорением двигался поезд и какой была скорость в начале уклона?

3847. Уравнение движения материальной точки имеет вид X = -0,2t2. Какое это движение? Найти координату точки через 5 с и путь, пройденный ею за это время.

3848. Троллейбус за время t прошел путь s. Какую скорость v приобрел он в конце пути и с каким ускорением с двигался, если начальная скорость движения равна v0?

3849. Уравнение движения материальной точки имеет вид х = 0,4t2. Написать формулу зависимости vx(t) и построить график. Показать на графике штриховкой площадь, численно равную пути, пройденному точкой за 4 с, и вычислить этот путь.

3850. Зависимость скорости материальной точки от времени задана формулой vx = 6t. Написать уравнение х = x(t), если в начальный момент (t = 0) движущаяся точка находилась в начале координат (х = 0). Вычислить путь, пройденный материальной точкой за 10 с.

3851. Тела, указанные в таблице, заканчивают свое движение после прохождения пути s за время t. Найти ускорение а и начальную скорость и0.

3852. Мотоциклист и велосипедист одновременно начинают движение из состояния покоя. Ускорение мотоциклиста в три раза больше, чем велосипедиста. Во сколько раз большую скорость разовьет мотоциклист: а) за одно и то же время; б) на одном и том же пути?

3853. При скорости V1 = 15 км/ч тормозной путь автомобиля равен s1 = 1,5 м. Каким будет тормозной путь S2 при скорости v2 = 90 км/ч? Ускорение в обоих случаях одно и то же.

3854. Длина разбега при взлете самолета Ту-154 равна 1215 м, а скорость отрыва от земли 270 км/ч. Длина пробега при посадке этого самолета 710 м, а посадочная скорость 230 км/ч. Сравнить ускорения (по модулю) и время разбега и посадки.

3855. При аварийном торможении автомобиль, движущийся со скоростью 72 км/ч, остановился через 5 с. Найти тормозной путь.

3856. Пуля в стволе автомата Калашникова движется с рением 616 км/с2. Какова скорость вылета пули, если ствола 41,5 см?

3857. Во сколько раз скорость пули в середине меньше, чем при вылете из ствола?

3858. Циолковский в книге «Вне Земли», рассматривая полет ракеты, пишет: «…через 10 секунд она была от зрителя на расстоянии 5 км». С каким ускорением двигалась ракета и какую она приобрела скорость?

3859. Найти скорость и указанных в таблице тел, приобретенную через время t, и путь s, пройденный за это время. Считать начальную скорость для всех тел равной нулю.

3860. Первый вагон трогающегося от остановки поезда проходит за 3 с мимо наблюдателя, находившегося до отправления поезда у начала этого вагона. За сколько времени пройдет мимо наблюдателя весь поезд, состоящий из 9 вагонов? Промежутками между вагонами пренебречь.

3861. За какое время автомобиль, двигаясь из состояния по коя с ускорением 0,6 м/с2, пройдет 30 м?

3862. На рисунке 19 воспроизведено со стробоскопической фотографии движение шарика по желобу из состояния покоя. Известно, что промежутки времени между двумя последовательными вспышками равны 0,2 с. На шкале указаны деления в дециметрах. Доказать, что движение шарика было равноускоренным. Найти, с каким ускорением двигался шарик. Найти скорости шарика в положениях, зафиксированных на фотографии.

3863. Шарик, скатываясь с наклонного желоба из состояния покоя, за первую секунду прошел путь 10 см. Какой путь он пройдет за 3 с?

3864. От остановки одновременно отходят трамвай и троллейбус. Ускорение троллейбуса в два раза больше, чем трамвая. Сравнить пути, пройденные троллейбусом и трамваем за одно и то же время, и приобретенные ими скорости.

3865. По графикам зависимости ax(t), приведенным на рисунке 18, а и б, построить графики зависимости vx(t)9 считая, что в начальный момент времени (t = 0) скорость движения материальной точки равна нулю.

3866. По заданным на рисунке 16 графикам сать уравнения vx = vx(t).

3867. На рисунке 17 показан вектор скорости в начальный момент времени и вектор ускорения материальной точки. Написать уравнение Vy = Vy(t) и построить его график для первых 6 с движения, если vq *= 30 м/с, а = 10 м/с2. Найти скорости через 2, 3, 4 с.

3868. Скорость поезда за 20 с уменьшилась с 72 до 54 км/ч. Написать формулу зависимости скорости от времени vx(t) и построить график этой зависимости.

3869. Пользуясь графиком проекции скорости (рис. 15), найти начальную скорость, скорости в начале четвертой и в конце шестой секунд. Вычислить ускорение и написать уравнение vx=v(t)

3870. За какое время автомобиль, двигаясь с ускорением 0,4 м/с2, увеличит свою скорость с 12 до 20 м/с?

3871. Зависимость скорости от времени при разгоне автомобиля задана формулой vx = 0,8t. Построить график скорости и найти скорость в конце пятой секунды.

3872. Велосипедист движется под уклон с ускорением 0,3 м/с2. Какую скорость приобретет велосипедист через 20 с, если его начальная скорость равна 4 м/с?

3873. Поезд через 10 с после начала движения приобретает скорость 0,6 м/с. Через сколько времени от начала движения скорость поезда станет равна 3 м/с?

3874. При ударе кузнечного молота по заготовке ускорение при торможении молота было по модулю равно 200 м/с2. Сколько времени длится удар, если начальная скорость молота была 10 м/с?

3875. На рисунке 14 воспроизведено со стробоскопической фотографии движение шарика. Найти среднюю скорость движения шарика на участке АВ и мгновенную скорость в точке С, зная, что частота съемки 50 раз в 1 с. Натуральная длина спичечного коробка, изображенного на фотографии, равна 50 мм. Движение по горизонтальному участку считать равномерным.

3876. Автомобиль проехал первую половину пути со скоростью v1 = 10 м/с, а вторую половину пути со скоростью v1 = 15 м/с. Найти среднюю скорость на всем пути. Доказать, что средняя скорость меньше среднего арифметического значений v1 и v2.

3877. В системе отсчета, связанной с землей, трамвай движется со скоростью v = 2,4 м/с (рис. 13), а три пешехода — с одинаковыми по модулю скоростями v1 = v2 — v3 = 1 м/с. Найти а) модули скоростей пешеходов в системе отсчета, связанной с трамваем; б) проекции векторов скоростей пешеходов на оси координат в этой системе отсчета.

3878. В безветренную погоду вертолет двигался со скоростью 90 км/ч точно на север. Найти скорость и курс вертолета, если подул северо-западный ветер под углом 45° к меридиану. Скорость ветра 10 м/с.

3879. Лодка, движущаяся со скоростью v1 в системе отсчета, связанной с водой, должна переправиться через реку по кратчайшему пути. 1. Какой курс2 должна держать лодка, если скорость течения реки v2? 2. Какова скорость лодки v относительно земли? 3. Сколько времени займет переправа, если ширина реки s?

3880. На токарном станке вытачивают деталь в форме усеченного конуса (рис. 12). Какова должна быть скорость поперечной подачи резца, если скорость продольной подачи 25 см/мин? Размеры детали (в миллиметрах) указаны на рисунке.

3881. Катер, переправляясь через реку, движется перпендикулярно течению реки со скоростью 4 м/с в системе отсчета, связанной с водой. На сколько метров будет снесен катер течением, если ширина реки 800 м, а скорость течения 1 м/с?

3882. Вертолет летел на север со скоростью 20 м/с. С какой скоростью и под каким углом к меридиану будет лететь вертолет, если подует западный ветер со скоростью 10 м/с?

3883. Скорость продольной подачи резца токарного станка 12 см/мин, а поперечной подачи 5 см/мин. Какова скорость резца в системе отсчета, связанной с корпусом станка?

3884. Судну (лодке, катеру и т.д.) необходимо проехать расстояние s туда и обратно один раз по реке, а другой раз по озеру. Скорость течения воды v1. Скорость судна относительно воды v2. На сколько больше времени займет движение по реке, чем по озеру?

3885. Рыболов, двигаясь на лодке против течения реки, уронил удочку. Через 1 мин он заметил потерю и сразу же повернул обратно. Через сколько времени после потери он догонит удочку? Скорость течения реки и скорость лодки относительно воды постоянны. На каком расстоянии от места потери он догонит удочку, если скорость течения воды равна 2 м/с?

3886. Легковой автомобиль движется со скоростью 20 м/с за грузовым, скорость которого 16,5 м/с. В момент начала обгона водитель легкового автомобиля увидел встречный междугородный автобус, движущийся со скоростью 25 м/с. При каком наименьшем расстоянии до автобуса можно начинать обгон, если в начале обгона легковая машина была в 15 м от грузовой, а к концу обгона она должна быть впереди грузовой на 20 м?

3887. Эскалатор метро поднимает неподвижно стоящего на нем пассажира в течение 1 мин. По неподвижному эскалатору пассажир поднимается за 3 мин. Сколько времени будет подниматься идущий вверх пассажир по движущемуся эскалатору?

3888. Скорость движения лодки относительно воды в n раз больше скорости течения реки. Во сколько раз больше времени занимает поездка на лодке между двумя пунктами против течения, чем по течению? Решить задачу для значений n = 2 и n = 11.

3889. Два поезда движутся навстречу друг другу со скоростями 72 и 54 км/ч. Пассажир, находящийся в первом поезде, замечает, что второй поезд проходит мимо него в течение 14 с. Какова длина второго поезда?

3890. Эскалатор метро движется со скоростью 0,75 м/с. Найти время, за которое пассажир переместится на 20 м относительно земли, если он сам идет в направлении движения эскалатора со скоростью 0,25 м/с в системе отсчета, связанной с эскалатором.

3891. Гусеничный трактор Т-150 движется с максимальной скоростью 18 км/ч. Найти проекции векторов скоростей верхней и нижней части гусеницы на оси X и X1. Ось X связана с землей, ось Х1 — с трактором. Обе оси направлены по ходу движения трактора.

3892. Скорость велосипедиста 36 км/ч, а скорость ветра 4 м/с. Какова скорость ветра в системе отсчета, связанной с велосипедистом; при а) встречном ветре; б) попутном ветре?

3893. Скорость штормового ветра равна 30 м/с, а скорость автомобиля «Жигули» достигает 150 км/ч. Может ли автомобиль двигаться так, чтобы быть в покое относительно воздуха?

404 Cтраница не найдена

Мы используем файлы cookies для улучшения работы сайта МГТУ и большего удобства его использования. Более подробную информацию об использовании файлов cookies можно найти здесь.
Продолжая пользоваться сайтом, вы подтверждаете, что были проинформированы об использовании файлов cookies сайтом ФГБОУ ВО «МГТУ» и согласны с нашими правилами обработки персональных данных.

Размер:

AAA

Изображения

Вкл.
Выкл.

Обычная версия сайта

К сожалению запрашиваемая страница не найдена.

Но вы можете воспользоваться поиском или картой сайта ниже

Уравновешенные и неуравновешенные силы

Первый закон движения Ньютона неоднократно повторялся на протяжении этого урока.

Объект в состоянии покоя остается в состоянии покоя, а объект в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует неуравновешенная сила.

Уравновешенные силы

Но что именно подразумевается под фразой неуравновешенная сила ? Что такое неуравновешенная сила? В поисках ответа мы сначала рассмотрим книгу по физике, покоящуюся на столе. На книгу действуют две силы. Одна сила — гравитационное притяжение Земли — действует вниз. Другая сила — толчок стола по книге (иногда обозначаемый как нормальная сила ) — толкает книгу вверх.

Поскольку эти две силы имеют одинаковую величину и действуют в противоположных направлениях, они уравновешивают друг друга. Говорят, что книга находится в состоянии равновесия . На книгу не действует неуравновешенная сила, и поэтому книга сохраняет свое состояние движения. Когда все силы, действующие на объект, уравновешивают друг друга, объект находится в равновесии; он не ускорится. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно обсуждаться в Уроке 2.)

Рассмотрим другой пример, связанный с уравновешенными силами — человек, стоящий на полу. На человека действуют две силы. Сила тяжести оказывает направленное вниз усилие. Пол оказывает восходящую силу.

Поскольку эти две силы имеют одинаковую величину и действуют в противоположных направлениях, они уравновешивают друг друга. Человек находится в равновесии. На человека не действует неуравновешенная сила, и поэтому человек сохраняет свое состояние движения. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно обсуждаться в Уроке 2.)

Неуравновешенные силы

Теперь рассмотрим книгу, скользящую слева направо по столешнице. Где-то в году в предыдущей истории книги его, возможно, толкнули и привели в движение из положения покоя. Или, возможно, он приобрел свое движение, соскальзывая по склону с возвышенности. Как бы то ни было, наше внимание сосредоточено не на истории книги , а на текущей ситуации с книгой, скользящей вправо по столешнице. Книга находится в движении и в данный момент никто не толкает ее вправо. (Помните: сила не нужна, чтобы заставить движущийся объект двигаться вправо.) Силы, действующие на книгу, показаны ниже.

Сила тяжести, тянущая вниз, и сила стола, толкающая книгу вверх, имеют одинаковую величину и противоположные направления. Эти две силы уравновешивают друг друга. Однако силы, уравновешивающей силу трения, нет. Когда книга движется вправо, трение действует влево, замедляя книгу. Существует неуравновешенная сила; и поэтому книга меняет свое состояние движения. Книга не находится в равновесии и впоследствии ускоряется. Неуравновешенные силы вызывают ускорения. В этом случае неуравновешенная сила направлена ​​против движения книги и заставит ее замедлиться. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно обсуждаться в Уроке 2.)

Чтобы определить, являются ли силы, действующие на объект, уравновешенными или неуравновешенными, сначала необходимо провести анализ, чтобы определить, какие силы действуют на объект и в каком направлении. Если две отдельные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление, то говорят, что силы уравновешены. Говорят, что на объект воздействует неуравновешенная сила только тогда, когда существует отдельная сила, которая , а не , уравновешивается силой равной величины и в противоположном направлении. Такой анализ обсуждается в Уроке 2 этого раздела и применяется в Уроке 3.

Люк Аутбело сбрасывает с крыши своего дома коробку с черепицей весом примерно 5,0 кг (вес = 50,0 Н) в плавательный бассейн внизу. При столкновении с бассейном ящик встречает направленную вверх силу сопротивления 50,0 Н (предполагается, что она постоянна). Используйте это описание, чтобы ответить на следующие вопросы. Нажмите на кнопку, чтобы просмотреть правильные ответы.

1. Какой из графиков зависимости скорости от времени лучше всего описывает движение ящика? Подкрепите свой ответ здравой аргументацией.

2. Какая из следующих точечных диаграмм лучше всего описывает движение падающего ящика с момента падения до момента удара о дно бассейна? Стрелки на диаграмме обозначают точку, в которой ящик соприкасается с водой. Подкрепите свой ответ здравой аргументацией.

3. Несколько друзей Люка наблюдали за движением падающего ящика. Будучи «физиками», они начали обсуждать движение и сделали следующие комментарии. Укажите, является ли каждый из комментариев правильным или неправильным? Поддержите свои ответы.

а. Как только коробка упадет на воду, силы уравновесятся, и коробка остановится.

б. При ударе о воду ящик будет ускоряться вверх, потому что вода прикладывает восходящую силу.

 c. При ударе о воду коробка подпрыгнет вверх из-за направленной вверх силы.

4. Если силы, действующие на объект, уравновешены, то объект

а. не должен двигаться.

б. должен двигаться с постоянной скоростью.

в. не должен ускоряться.

д. ни один из этих

Перейти к следующему уроку:

Сила и движение: определение, законы и формулы

Почему футбольный мяч летит по воздуху, когда его пинают? Это потому, что ступня давит на мяч! Силы определяют, как движутся объекты. Следовательно, чтобы делать расчеты и прогнозировать траекторию любого объекта, нам необходимо понимать взаимосвязь между силами и движением. Сэр Исаак Ньютон заметил это и сформулировал три закона, суммирующих влияние силы на движение объекта. Это верно; всего тремя законами мы можем описать все движение. Их точность настолько хороша, что этого было достаточно для расчета траекторий и взаимодействий, позволяющих нам ходить по Луне! Первый закон объясняет, почему объекты не могут двигаться сами по себе. Второй используется для расчета движения снарядов и транспортных средств. Третий объясняет, почему пушки после выстрела отскакивают и почему сгорание с выбросом газов приводит к восходящей тяге ракеты. Давайте подробно рассмотрим эти законы движения и выясним, как их можно использовать для объяснения мира, который мы видим вокруг, на примерах из реальной жизни.

Силы и движение: определение

Для того, чтобы лучше понять, как связаны силы и движение, нам необходимо ознакомиться с некоторой терминологией, поэтому давайте начнем с объяснения того, что мы называем движением и силой более подробно.

Мы говорим, что объект находится в движении , если он движется. Если он не движется, мы говорим, что он находится в состоянии покоя .

Конкретное значение скорости в данный момент времени определяет состояние движения объекта.

Сила — любое воздействие, которое может вызвать изменение состояния движения объекта.

Силу можно рассматривать как толчок или тягу, воздействующую на объект.

Силы и свойства движения

Очень важно помнить, что скорость и силы являются векторами. Это означает, что нам нужно указать их величину и направление, чтобы определить их.

Рассмотрим пример, где мы можем увидеть важность векторного характера скорости, чтобы говорить о состоянии движения объекта.

Автомобиль движется на запад с постоянной скоростью 40 км/ч. Через час он поворачивает и продолжает движение с той же скоростью, направляясь на север.

Машина всегда в движении . Однако его состояние движения изменяет , даже если его скорость остается неизменной все время, потому что сначала он движется на запад, а в конце концов движется на север.

Сила тоже является векторной величиной, поэтому говорить о силах и движении не имеет смысла, если мы не указываем ее направление и величину. Но прежде чем углубиться в это более подробно, давайте поговорим о единицах силы. Единицы силы в системе СИ равны 9.0009 н евтонов (Н). Один ньютон можно определить как силу, которая производит ускорение один метр в секунду в квадрате в объекте массой один килограмм.

1N = 1 кг мс2

Силы обычно обозначаются символом F. На один и тот же объект может действовать множество сил, поэтому далее мы поговорим об основах работы с несколькими силами.

Основы силы и движения

Как мы увидим позже, силы определяют движение объектов. Поэтому, чтобы предсказать движение объекта, очень важно знать, как бороться с множественными силами. С силы являются векторными величинами, их можно сложить, сложив их величины на основе их направлений. Сумма группы сил называется равнодействующей или чистой силой.

Результирующая сила или результирующая сила — это единственная сила, которая оказывает на объект такое же воздействие, как две или более независимых сил, действующих на него.

Для расчета равнодействующей силы необходимо сложить все силы, действующие на объект, в виде векторов, StudySmarter Originals

Посмотрите на изображение выше. Если две силы действуют в противоположных направлениях, то вектор равнодействующей силы будет разностью между ними, действующими в направлении силы с большей величиной. И наоборот, если две силы действуют в одном направлении, мы можем сложить их величины, чтобы найти результирующую силу, действующую в том же направлении, что и они. В случае с красным прямоугольником результирующая сила равна 20 Н — 10 Н = 10 Н, направленная вправо. С другой стороны, для синего прямоугольника результирующая равна 15 Н + 30 Н = 45 Н вправо.

Говоря о суммах сил, полезно представить, что такое неуравновешенных и уравновешенных сил.

Если равнодействующая всех сил, действующих на объект, равна нулю, то их называют уравновешенными силами и говорят, что объект находится в равновесии .

Поскольку силы компенсируют друг друга, это эквивалентно тому, что сила вообще не действует на объект.

Если результат не равен нулю , у нас есть неуравновешенных сил.

В последующих разделах вы поймете, почему важно проводить это различие. Теперь давайте продолжим рассмотрение связи между силами и движением через законы Ньютона.

Связь между силами и движением: законы движения Ньютона

Ранее мы упоминали, что силы могут изменить состояние движения объекта, но мы не сказали, как именно это происходит. Сэр Исаак Ньютон сформулировал три фундаментальных закона движения, которые описывают взаимосвязь между движением объекта и силами, действующими на него.

Первый закон Ньютона: Закон инерции

Первый закон Ньютона

Объект продолжает находиться в состоянии покоя или двигаться с постоянной скоростью, пока на него не действует внешняя неуравновешенная сила.

Это тесно связано с неотъемлемым свойством каждого объекта с массой, называемым инерцией .

Тенденция объекта продолжать движение или сохранять состояние покоя называется инерцией .

Давайте рассмотрим пример первого закона Ньютона в реальной жизни.

Инерция заставляет вас продолжать движение, когда машина внезапно останавливается. Купите автостраховку

Представьте, что вы пассажир в машине. Автомобиль движется прямолинейно, как вдруг водитель резко останавливается. Вас бросает вперед, даже если вас ничто не толкает! Это инерция вашего тела, сопротивляющегося изменению состояния движения, пытающегося продолжать двигаться вперед по прямой линии. Согласно первому закону Ньютона, ваше тело склонно поддерживать свое состояние движения и сопротивляться изменению — замедлению — вызванному тормозящей машиной. К счастью, пристегнутый ремень безопасности может уберечь вас от резкого выброса вперед в случае такого события!

А как насчет объекта, который изначально находился в покое? Что может сказать нам этот принцип инерции в таком случае? Давайте посмотрим на другой пример.

Мяч остается в покое, потому что на него не действует неуравновешенная сила.

Посмотрите на футбольный мяч на картинке выше. Шар остается в покое до тех пор, пока на него не действует внешняя сила. Однако если кто-то приложит силу, ударив по нему ногой, мяч изменит свое состояние движения — перестанет быть в покое — и начнет двигаться.

При ударе по мячу на него кратковременно действует сила. Эта неуравновешенная сила заставляет мяч отрываться от покоя, и после приложения силы мяч имеет тенденцию продолжать движение с постоянной скоростью. StudySmarter Originals

Но подождите, закон также гласит, что мяч будет продолжать двигаться, пока его не остановит сила. Однако мы видим, что движущийся мяч в конце концов останавливается после удара ногой. Это противоречие? Нет, это происходит потому, что существует множество сил, таких как сопротивление воздуха и трение, которые препятствуют движению мяча. Эти силы в конечном итоге заставляют его остановиться. В отсутствие этих сил шар будет продолжать двигаться с постоянной скоростью.

Из вышеприведенного примера видно, что неуравновешенная сила необходима для создания движения или его изменения. Имейте в виду, что уравновешенные силы эквивалентны полному отсутствию силы! Неважно, сколько сил действует. Если они уравновешены, то не повлияют на состояние движения системы. Но как именно неуравновешенная сила влияет на движение объекта? Можем ли мы это измерить? Ну, второй закон движения Ньютона как раз об этом.

Второй закон Ньютона: Закон массы и ускорения

Второй закон Ньютона

Ускорение, создаваемое объектом, прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально массе объекта.

Ускорение, вызванное силой, прямо пропорционально силе, но обратно пропорционально массе объекта. Theory Labster

Изображение выше иллюстрирует второй закон Ньютона. Поскольку создаваемое ускорение прямо пропорционально приложенной силе, удвоение силы, приложенной к той же массе, также приводит к удвоению ускорения, как показано на (b). С другой стороны, поскольку ускорение также обратно пропорционально массе объекта, удвоение массы при приложении той же силы приводит к уменьшению ускорения вдвое, как показано на (c).

Помните, что скорость — это векторная величина, которая имеет величину — скорость — и направление. Поскольку ускорение возникает всякий раз, когда изменяется скорость, сила, вызывающая ускорение объекта, может:

• Изменять как скорость, так и направление движения. Например, бейсбольный мяч, ударенный битой, меняет скорость и направление.

• Изменение скорости при неизменном направлении. Например, тормозящий автомобиль продолжает двигаться в том же направлении, но медленнее.

• Измените направление, пока скорость остается постоянной. Например, Земля движется вокруг Солнца в движении, которое можно считать круговым. Пока он движется примерно с одной скоростью, его направление постоянно меняется. Это потому, что он подвержен гравитационной силе солнца. На следующих рисунках это показано с помощью зеленой стрелки, обозначающей скорость Земли.

Земля движется примерно с одинаковой скоростью, но ее направление постоянно меняется из-за гравитационной силы Солнца, описывая примерно круговой путь. StudySmarter Originals

Сила и формула движения

Второй закон Ньютона может быть математически представлен следующим образом:

a=Fm

ускорение = результирующая силовая масса результирующая сила, а затем ускорение тела.

Второй закон Ньютона также очень часто записывается как F=ma. Это уравнение утверждает, что результирующая сила, действующая на тело, является произведением его массы и ускорения. Ускорение будет направлено силе, действующей на тело. Мы видим, что масса, фигурирующая в уравнении, определяет, какая сила необходима, чтобы вызвать определенное ускорение. Другими словами, масса говорит нам, насколько легко или сложно ускорить объект . Поскольку инерция есть свойство тела сопротивляться изменению своего движения, масса связана с инерцией и является ее мерой. Вот почему масса, фигурирующая в уравнении, известна как инерционной массы.

Инерционная масса определяет, насколько сложно ускорить объект, и определяется как отношение приложенной силы к создаваемому ускорению.

m=Fa

инерционная масса = приложенная сила-ускорение

Теперь мы готовы к окончательному закону движения .

Третий закон движения Ньютона: закон действия и противодействия

Третий закон движения Ньютона

Каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Когда одно тело воздействует на другое с силой (сила действия) , второе тело в ответ оказывает эквивалентную силу в противоположном направлении (сила реакции) .

Обратите внимание, что силы действия и противодействия всегда действуют на разные тела.

Согласно третьему закону Ньютона, когда молоток ударяет по гвоздю, молоток действует на гвоздь, но гвоздь действует на молоток с такой же силой в противоположном направлении. StudySmarter

Представьте плотника, забивающего гвоздь в половицу. Предположим, что молот движется с силой F. Давайте рассмотрим это как сила действия . В течение небольшого промежутка времени, когда молоток и гвоздь соприкасаются, гвоздь реагирует, оказывая равную и противоположную силу реакции на головку молотка.

Как насчет взаимодействия между гвоздем и половицей? Ты угадал! Когда гвоздь ударяет, оказывая силу на половицу, половица оказывает силу реакции на кончик гвоздя. Поэтому при рассмотрении системы гвоздь-половая доска силу действия оказывает гвоздь, а реакцию половая доска.

Примеры силы и движения

Мы уже видели несколько примеров, показывающих, как связаны сила и движение, когда знакомились с законами Ньютона. В этом последнем разделе мы увидим несколько примеров силы и движения в повседневной жизни.

Интуитивно думать, что что-то в покое будет оставаться в покое, пока на него не подействует сила. Но помните, что Первый закон Ньютона также гласит, что движущийся объект остается в одном и том же состоянии движения — с той же скоростью и в том же направлении — до тех пор, пока его не изменит сила. Рассмотрим астероид, движущийся в космосе. Поскольку нет воздуха, который мог бы его остановить, он продолжает двигаться с той же скоростью и в том же направлении.

И, как упоминалось в начале статьи, ракета является прекрасным примером третьего закона Ньютона, где выбрасываемые газы оказывают реактивную силу на ракету, создавая тягу.

Газы, выбрасываемые ракетой, и тяга являются примером пары сил действие-противодействие. StudySmarter Originals

Давайте рассмотрим последний пример и попытаемся определить все законы движения, применимые к данной ситуации.

Рассмотрим книгу, лежащую на столе. Как вы думаете, какие законы движения здесь применяются? Давайте пройдемся по всем вместе. Несмотря на то, что книга находится в состоянии покоя, в ней действуют две силы.

1. Вес книги прижимает ее к столу.
2. По третьему закону Ньютона существует реакция стола на этот вес, действующий на книгу. Это называется нормальной силой .

Стол реагирует на вес прижимаемой к нему книги, создавая нормальную силу, StudySmarter Originals

Когда один объект взаимодействует с другим, вступая в контакт с ним, второй объект создает силу реакции, перпендикулярную его поверхности. Эти силы, перпендикулярные поверхностям взаимодействующих тел, называются нормальные силы.

Нормальные силы называются так не потому, что они «обычны», а потому, что «нормальные» — это еще один способ сказать «перпендикулярные» в геометрии.

Возвращаясь к нашему примеру, поскольку силы, действующие на книгу, уравновешены, результирующая сила равна нулю. Вот почему книга остается в покое и нет движения. Если бы теперь внешняя сила толкнула книгу вправо, согласно второму закону Ньютона, она ускорилась бы в этом направлении, потому что эта новая сила неуравновешена.