Snaga. Newtonovi zakoni. Interakcija tijela. Težina. Kompletne lekcije - Primjer hipermarketa znanja iz praktičnog života

Šta je razlog za kretanje tela? Odgovor na ovo pitanje daje grana mehanike koja se zove dinamika.
Kako možete promijeniti brzinu tijela, natjerati ga da se kreće brže ili sporije? Samo u interakciji sa drugim telima. U interakciji, tijela mogu mijenjati ne samo brzinu, već i smjer kretanja i deformirati se, mijenjajući tako oblik i volumen. U dinamici je uvedena veličina koja se zove sila da bi se pružila kvantitativna mjera interakcije tijela jedno na drugo. A promjenu brzine tijekom djelovanja sile karakterizira ubrzanje. Sila je uzrok ubrzanja.

Koncept snage

Sila je vektorska fizička veličina koja karakterizira djelovanje jednog tijela na drugo, što se očituje u deformaciji tijela ili promjeni njegovog kretanja u odnosu na druga tijela.

Sila je označena slovom F. Jedinica mjerenja SI je Njutn (N), koja je jednaka sili pod čijim utjecajem tijelo teško jedan kilogram dobija ubrzanje od jednog metra u sekundi na kvadrat. Sila F je potpuno definirana ako su dati njena veličina, smjer u prostoru i tačka primjene.
Za mjerenje sila koristi se poseban uređaj koji se zove dinamometar.

Koliko sila postoji u prirodi?

Snage se mogu podijeliti u dvije vrste:

Djeluju direktnom interakcijom, kontaktom (elastične sile, sile trenja);
Djelujte na daljinu, na daljinu (sila privlačenja, gravitacija, magnetska, električna).

Tokom direktne interakcije, na primjer, hica iz pištolja igračke, tijela doživljavaju promjenu oblika i volumena u odnosu na prvobitno stanje, odnosno deformaciju kompresije, istezanja i savijanja. Opruga pištolja se stisne prije pucanja, a metak se deformiše kada udari u oprugu. IN u ovom slučaju sile djeluju u trenutku deformacije i nestaju zajedno s njom. Takve sile se nazivaju elastičnim. Sile trenja nastaju iz direktne interakcije tijela kada se kotrljaju i klize jedno u odnosu na drugo.

Primjer sila koje djeluju na daljinu je kamen bačen uvis, zbog gravitacije će pasti na Zemlju, oseke i oseke koje se javljaju na obalama okeana. Kako se udaljenost povećava, takve sile se smanjuju.
U zavisnosti od fizičke prirode interakcije, sile se mogu podeliti u četiri grupe:

slab;
jaka;
gravitacioni;
elektromagnetna.

Sve vrste ovih sila susrećemo u prirodi.
Gravitacijske ili univerzalne sile su najuniverzalnije sve što ima masu sposobno je doživjeti ove interakcije. Oni su sveprisutni i prodorni, ali vrlo slabi, pa ih ne primjećujemo, posebno na velikim udaljenostima. Gravitacijske sile velikog dometa vezuju sva tijela u Univerzumu.

Elektromagnetne interakcije nastaju između nabijenih tijela ili čestica djelovanjem elektromagnetnog polja. Elektromagnetne sile nam omogućavaju da vidimo objekte, budući da je svjetlost oblik elektromagnetnih interakcija.

Slabe i jake interakcije postale su poznate kroz proučavanje strukture atoma i atomskog jezgra. Snažne interakcije se javljaju između čestica u jezgrima. Slabe karakteriziraju međusobne transformacije elementarnih čestica jedna u drugu, djeluju tokom termonuklearnih fuzijskih reakcija i radioaktivnih raspada jezgara.

Šta ako na tijelo djeluje više sila?

Kada na tijelo djeluje više sila, ovo djelovanje se istovremeno zamjenjuje jednom silom jednakom njihovom geometrijskom zbroju. Sila koja se dobije u ovom slučaju naziva se rezultantna sila. On tijelu daje isto ubrzanje kao i sile koje istovremeno djeluju na tijelo. To je takozvani princip superpozicije sila.

Prema klasičnoj fizici, u svijetu koji poznajemo, tijela i čestice u stalnoj interakciji jedni s drugima. Čak i ako posmatramo objekte u mirovanju, to ne znači da se ništa ne dešava. To je zahvaljujući silama držanja između molekula, atoma i elementarne čestice možete vidjeti predmet u obliku materije fizičkog svijeta koji nam je dostupan i razumljiv.

Interakcija tijela u prirodi i životu

Kao što znamo iz vlastitog iskustva, kada padneš na nešto, udariš se u nešto, sudariš se s nečim, to ispadne neugodno i bolno. Guraš auto ili se nepažljivi prolaznik zaleti u tebe. Na ovaj ili onaj način komunicirate sa svijetom oko sebe. U fizici je ovaj fenomen definiran kao „interakcija tijela“. Razmotrimo detaljno na koje ih tipove moderna klasična nauka dijeli.

Vrste interakcije između tijela

U prirodi postoje četiri vrste interakcije između tijela. Prva, dobro poznata, je gravitaciona interakcija tijela. Masa tijela određuje koliko je jaka gravitacija.

Mora biti dovoljno velika da to primijetimo. Inače, posmatranje i snimanje ove vrste interakcije je prilično teško. Svemir je mjesto gdje se mogu uočiti gravitacijske sile na primjeru kosmičkih tijela ogromne mase.

Odnos između gravitacije i tjelesne mase

Direktno, energija interakcije između tijela je direktno proporcionalna masi i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. To je prema definiciji moderne nauke.

Privlačnost vas i svih objekata na našoj planeti je zbog činjenice da postoji sila interakcije između dva tijela s masom. Prema tome, predmet bačen prema gore privlači se natrag na površinu Zemlje. Planeta je prilično masivna, pa je sila djelovanja primjetna. Gravitacija uzrokuje interakciju tijela. Masa tijela omogućava njeno ispoljavanje i registraciju.

Priroda gravitacije nije jasna

Priroda ovog fenomena danas izaziva mnogo kontroverzi i nagađanja, osim stvarnih opažanja i vidljivog odnosa između mase i privlačenja, sila koja uzrokuje gravitaciju nije identificirana. Iako se danas provodi niz eksperimenata vezanih za detekciju gravitacionih talasa u svemiru. Tačniju pretpostavku je jednom dao Albert Ajnštajn.

Formulirao je hipotezu da je gravitaciona sila proizvod zakrivljenosti tkiva prostor-vremena od strane tijela koja se nalaze u njemu.

Nakon toga, kada je prostor istisnut materijom, ona teži da vrati svoj volumen. Ajnštajn je predložio da postoji inverzna veza između sile i gustine materije.

Primjer jasne demonstracije ove ovisnosti su crne rupe, koje imaju nevjerovatnu gustoću materije i gravitaciju koja može privući ne samo kosmička tela, ali i lagan.

Zahvaljujući utjecaju prirode gravitacije, sila interakcije između tijela osigurava postojanje planeta, zvijezda i drugih svemirskih objekata. Osim toga, iz istog razloga je prisutna rotacija nekih objekata oko drugih.

Elektromagnetne sile i napredak

Elektromagnetska interakcija tijela donekle podsjeća na gravitacionu interakciju, ali mnogo jača. Interakcija pozitivno i negativno nabijenih čestica razlog je njegovog postojanja. Zapravo, to uzrokuje pojavu elektromagnetnog polja.

Proizvodi ga tijelo(a) ili ga apsorbira ili uzrokuje interakciju nabijenih tijela. Ovaj proces igra veoma važnu ulogu u biološkoj aktivnosti žive ćelije i preraspodeli supstanci u njoj.

Osim toga, jasan primjer elektromagnetne manifestacije sila je obična električna struja, magnetsko polje planete. Čovječanstvo koristi ovu moć prilično ekstenzivno za prijenos podataka. To su mobilne komunikacije, televizija, GPRS i još mnogo toga.

U mehanici se to manifestira u obliku elastičnosti i trenja. Svima je poznat jasan eksperiment koji pokazuje prisustvo ove sile školski kurs fizike. Ovo je trljanje police od ebonita svilenom krpom. Čestice s negativnim nabojem koje se pojavljuju na površini pružaju privlačnost lakim objektima. Svakodnevni primjer su češalj i kosa. Nakon nekoliko pokreta plastike kroz kosu, između njih se javlja privlačnost.

Vrijedi spomenuti kompas i Zemljino magnetsko polje. Strelica je magnetizirana i ima krajeve s pozitivno i negativno nabijenim česticama, kao rezultat toga, reagira na magnetsko polje planete. Okreće svoj „pozitivni“ kraj u pravcu negativne čestice i obrnuto.

Male veličine, ali ogromne snage

U vezi jaka interakcija, onda njegova specifičnost donekle podsjeća na elektromagnetni tip sila. Razlog tome je prisustvo pozitivnih i negativno nabijenih elemenata. Kao i elektromagnetna sila, prisustvo suprotnih naelektrisanja dovodi do interakcije tela. Masa tijela i udaljenost između njih su vrlo male. Ovo je područje subatomskog svijeta gdje se takvi objekti nazivaju česticama.

Ove sile djeluju u području atomskog jezgra i osiguravaju komunikaciju između protona, elektrona, bariona i drugih elementarnih čestica. S obzirom na njihovu veličinu, u poređenju sa velikim objektima, interakcija naelektrisanih tela je mnogo jača nego kod elektromagnetnog tipa sile.

Slabe sile i radioaktivnost

Slaba vrsta interakcije direktno je povezana sa raspadom nestabilnih čestica i praćena je oslobađanjem različite vrste zračenje u obliku alfa, beta i gama čestica. U pravilu se tvari i materijali sličnih karakteristika nazivaju radioaktivnim.

Ova vrsta sile naziva se slabom zbog činjenice da je slabija od elektromagnetne i jake vrste interakcije. Međutim, to je moćnije od gravitacijske interakcije. Udaljenosti u ovaj proces između čestica su vrlo male, oko 2·10−18 metara.

Činjenica otkrivanja sile i njenog određivanja među fundamentalnim dogodila se sasvim nedavno.

Sa otkrićem 1896. Henri Becquerel fenomena radioaktivnosti supstanci, posebno soli uranijuma, počelo je proučavanje ove vrste interakcije sila.

Četiri sile su stvorile svemir

Čitav Univerzum postoji zahvaljujući četiri otkrivene fundamentalne sile moderna nauka. Oni su iznjedrili svemir, galaksije, planete, zvijezde i razne procese u obliku u kojem to posmatramo. U ovoj fazi, definicija fundamentalnih sila u prirodi se smatra završenom, ali možda ćemo s vremenom naučiti o prisutnosti novih sila, a znanje o prirodi svemira će nam postati korak bliže.

4.1. Interakcija tijela– djelovanje tijela jedno na drugo, tj. Djelovanje tijela jedno na drugo uvijek je dvosmjerno djelovanje.

primjeri:

Interakcija je prikazana strelicama:

∙ kocka djeluje na površinu - površina na kocku,

∙ lopta na konac – konac na klupko,

∙ vučna sila motora kroz točkove deluje napred - sila trenja puta deluje unazad kroz točkove,

4.2. Posljedica interakcije je – poremećaj mirovanja tijela, promjena njegove brzine ili deformacije, tj. promjena oblika tijela.

Ilustrativan primjer:

Zaključak iz iskustva:

Što je veća masa to je tijelo inertnije.

Što se brzina tijela više mijenja tokom interakcije, tijelo se jače opire poremećaju mirovanja i promjeni brzine.

Primjer iz praktičan život:

Sa istom silom udara teže je promijeniti brzinu masivnog tijela, tj. vozom.

4.3. Inercija fizičkog tijela– ovo je svojstvo fizičkog tijela da održava mir ili brzinu.

primjeri:(Vidi u 4.2.)

4.4. Tjelesna težina– fizička veličina koja je mjera inercije tijela: što je veća masa tijela, to je tijelo inertnije.

Jedinice mase: 1 kg (SI)– jednaka masi međunarodnog prototipa kilograma, koji se dobija poređenjem sa masom 1 litre vode pod određenim uslovima.

komentar: prototip od 1 kg pohranjen je u Sevresu u blizini Pariza, u Međunarodnoj komori za tegove i mjere.

Nesistemske jedinice mase:

1t = 1000kg = 10³kg,

1g = 0,001kg = 10¯³kg,

1 mg = 0,000 001 kg = 10¯⁶kg.

Primjeri masa:

M s = 1,99 ∙ 10³° KG,

m E = 9,11 ∙ 10¯³¹KG.

Dva načina mjerenja tjelesne težine

4.5. Formula za odnos masa i brzina tokom interakcije(Slika u 4.2.):

M₁ − … m₂− … ₁ − … ₂ − …

4.6. Mjerenje tjelesne mase pomoću interakcije dvaju tijela, od kojih jedno ima referentnu masu, tj. poznata masa:

Već znate da bi se tijela, da na njih ne djeluju druga tijela, trenje i otpor zraka, stalno kretala ili mirovala.
Hajde da napravimo eksperiment.
Savijamo ploču pričvršćenu za kolica i vežemo je koncem. Ako zapalite konac, ploča će se ispraviti, ali će kolica završiti na istom mjestu.
Ponovimo ovaj eksperiment sa dva identična kolica. Još jedna slična kolica ćemo pričvrstiti na savijenu ploču. Nakon što konac izgori i ploča se ispravi, kolica će se pomaknuti jedna od druge. Kada jedno tijelo djeluje na drugo, njegova brzina se mijenja.
Dakle, tijela mijenjaju svoju brzinu samo u interakciji, odnosno kada jedno tijelo djeluje na drugo.
Gledajte partiju bilijara ili karlinga. Kada jedno tijelo djeluje na drugo, odnosno tokom njihove interakcije, brzina se mijenja za oba tijela.
Sjetite se poznatog crtanog filma “Avanture kapetana Vrungela”. Uz pomoć boca šampanjca, mogao je da nastavi svoje putovanje na jahti “Trouble”. Tokom interakcije čepa šampanjca i same boce, oba ova tijela su se kretala u suprotnim smjerovima, dajući tako jahti kretanje naprijed.
Uradimo još jedan eksperiment sa kolicima. Sada stavimo dodatno opterećenje na jedno od kolica. Pogledajmo kako se mijenjaju brzine kolica u takvim uvjetima.
Mnogi od vas, koristeći svoja životna iskustva, već su pretpostavili šta će se dogoditi.
Nakon što konac izgori, kolica će se pomaknuti na određenu udaljenost. Naravno, kolica s dodatnim teretom manje će promijeniti brzinu nego bez njih. Uspoređujući promjenu brzina nakon interakcije, možemo procijeniti njihove mase: ako je brzina jedne kolica tri puta veća, onda će njena masa, prema tome, biti tri puta manja.
Pogledajmo primjere.
Putem se kreću dva automobila ista brzina. Jedan je kamion, drugi putnički automobil. Koji će trajati duže da se zaustavi?
Očigledno je da će kamionu trebati više vremena da se zaustavi.
Koja kolica je teže premjestiti: prazna ili potpuno natovarena? Teže je premjestiti natovarena kolica.
Zaključimo: tijelo veće mase je inertnije, odnosno ono duže „pokušava“ da zadrži svoju brzinu nepromijenjenom. Tijelo manje mase je manje inertno, jer mu se brzina više mijenja.
Dakle, mjera inercije tijela je masa tijela.
Masa tijela je fizička veličina koja je mjera inercije tijela.
Masu tijela možemo pronaći ne samo upoređivanjem promjena brzina tijela tokom njihove interakcije, već i vaganjem.
Masa je označena slovom m "em".
U međunarodnom sistemu jedinica SI, jedan kilogram se uzima kao jedinica mase.
Kilogram je masa standarda. Međunarodni standard kilograma čuva se u Francuskoj. U skladu sa standardom napravljeno je 40 tačnih kopija, od kojih se jedna čuva u Rusiji, odnosno u Sankt Peterburgu u Institutu za metrologiju.
Za mjerenje mase koriste se i druge jedinice: tona, gram, miligram.
1t=1000kg
1 kg=1000g
1kg=1,000,000mg
1g=0,001kg
1 mg=0,000001kg
Tjelesna težina se može odrediti pomoću vage. Jeste li se sreli u životu razne vrste težine:
-poluga,
- proljeće,
-elektronski.
Koristićemo laboratorijske vage. Nazivaju se i vage s polugom. Princip vaganja na vagi s polugom je balansiranje. Tijelo čija se masa mora znati stavlja se na jedan dio vage. Tegovi čija nam je masa poznata stavljaju se na drugu posudu vage.
U stanju ravnoteže, ukupna masa utega će biti jednaka masi tijela koje se vaga.
Prilikom vaganja potrebno je poštovati određena pravila:
1. Provjerite vagu prije početka vaganja: moraju biti u ravnoteži.
2. Stavite tijelo koje želite vagati na lijevu vagu, a utege na desnu.
3. Nakon balansiranja obje posude, izračunajte ukupnu masu utega koji vam je potreban.
Zapamtite da kada dva tijela stupe u interakciju, njihove brzine se mijenjaju. Brzina se više mijenja za tijelo čija je masa manja i obrnuto. Mjerenjem brzine možemo izračunati masu tijela. Tjelesnu težinu možemo odrediti i pomoću vage.

Ciljevi lekcije:

Razmotrite koncept interakcije između tijela i mase.

Ciljevi lekcije:

Eksperimentalno pokažite kako se mijenjaju brzine tijela kada su u interakciji. Uvesti pojam tjelesne mase kao fizička količina, SI jedinice mase.
Razvijati sposobnost pronalaženja zakona fizike u svijetu oko nas, objašnjavanja pojava i procesa iz svakodnevnog života sa stanovišta fizike. Razvijajte pažnju i logiku.
Negujte tačnost u bilješkama, tačnost u prezentaciji fizičkog materijala, u tekstu uslovi .

Ključni pojmovi:

Interakcija - djelovanje tijela jedno na drugo.
Težina je fizička veličina koja karakterizira inerciju tijela.

NAPREDAK ČASA

Ponavljanje teme "Inercija"

Situaciona igra: Učenici su putnici autobusa. Zamislite situaciju:

Radite u parovima. Djeci se postavljaju pitanja prema opcijama, odgovaraju jedni drugima u parovima, zatim izgovaraju svoje odgovore pred razredom, ispravljaju greške, otklanjaju nedostatke i dopunjuju odgovore svojih drugova:

Interakcija tijela

Već znate da ako drugo tijelo (crvena kugla) djeluje na tijelo (zelena lopta), onda ono mijenja svoju brzinu (slika 4.).
Sada gledajmo crvenu loptu kako se kotrlja iz padobrana. Ispostavilo se da je promenio i brzinu. Kažu da drugo tijelo djeluje na prvo.

Zakotrljajmo kolica jedna prema drugoj, savijajući ploče, i vežemo ih tankim koncem. Ako ga spalite, ploče će se početi ispravljati, gurajući jedna drugu. U tom slučaju, kolica će se razdvojiti, postižući određenu brzinu. Kažu da je došlo do interakcije između kolica. Ovu situaciju možete pogledati u videu broj 1. Ako je masa utega na desnim kolicima mala, onda tokom interakcije postaje velika brzina nego kolica sa telom. I obrnuto: ako su utezi preteški, brzina kolica s njima bit će manja od brzine kolica s tijelom.
Video 1. Interakcija kolica.

Definicija: Djelovanje tijela jedno na drugo naziva se interakcija.

U interakciji oba tijela mijenjaju svoju brzinu.
primjeri:
Čovjek je skočio sa čamca, što znači da je postigao brzinu. Ali i čamac je promijenio brzinu - otplovio je nazad. Slika 6.
Prilikom pucanja iz topa i top i projektil dobijaju brzinu: projektil leti naprijed, top se otkotrlja. Slika 7.

Hajde da saznamo šta određuje promjenu brzine tijela tokom njihove interakcije?
Demonstracija: uređaj za proučavanje zakona održanja impulsa.
Eksperiment 1: Kuglice na cilindrima su iste i njihove brzine tokom interakcije su takođe iste (upoređujemo ih po udaljenostima koje su kuglice preletjele).
Mislite li da će se brzine kuglica promijeniti ako se jedna plastična kugla zamijeni čeličnom? Kako?
Testirajmo našu hipotezu eksperimentalno.

Eksperiment 2: Kuglice su različite i njihove brzine tokom interakcije su takođe različite, a brzina metalne kugle je manja od brzine plastične lopte.
Kažu da je jedno tijelo teže od drugog, inertnije (tj. nastoji da zadrži svoju brzinu duže), jedno tijelo je masivnije od drugog, odnosno ima veću masu.

Rice. 10.
Interakcija tijela dovodi do promjene njihove brzine.
Brzine koje postižu tijela nakon interakcije zavise od njihove mase.
Po interakciji tijela može se suditi o njihovoj masi.

Težina

Težina je fizička veličina koja karakterizira inerciju tijela. Što je masa veća, to je ono inertnije.
Svako tijelo ima masu - kap vode, osoba, Sunce, zrnca prašine itd.
Oznaka mase je m.
SI jedinice mase: = 1 kg.
Ostale mjerne jedinice mase: 1 t = 1000 kg; 1 g = 0,001 kg; 1 mg = 0,000001 kg
Maseni standard je napravljen od legure platine i iridijuma, cilindričnog oblika, visine oko 39 mm, i uskladišten je u gradu Sevre u Francuskoj. (Slika 11). Urađene su kopije prema standardu: primjerak br. 12 se čuva u Rusiji, primjerak br. 20 se čuva u SAD.

Znajući masu jednog od tijela, uvijek možete procijeniti masu drugog:
- ako se tokom interakcije brzine tijela mijenjaju jednako, onda su mase tijela jednake.
- ako ne, onda se masa drugog tijela može izračunati iz omjera brzina.

Razmotrimo na slici 13 mjerenje mase metodom interakcije ili vaganjem na vagi.

U videu br. 2 možete pogledati mjerenje tjelesne težine na vagi s polugom.

U videu br. 3 pogledajte zabavnu slagalicu o tome kako izmjeriti tjelesnu težinu

Metode za određivanje tjelesne težine:
Interakcija sa standardom mase (na osnovu primjera iz eksperimenata). Javite nam masu etalona (1 kg), brzinu etalona v1 i brzinu tijela v2. Da biste saznali masu tijela m, potrebno je napraviti jednačinu m1v1 = m2v2, iz koje možete izraziti masu tijela: m2 = m1v1 / v. S obzirom da je m1 = 1 kg, dobijamo m = v1 / v2. Ova metoda, naravno, nije zgodna s praktične tačke gledišta.
Vaganje (proučićemo ga u sledećoj lekciji tokom laboratorijski rad). Ova metoda nam je prikladnija i poznatija.
Proračun prema zakonima fizike pomoću formula (ova metoda se koristi pri izračunavanju masa planeta, zvijezda, itd.). Ovu metodu ćemo učiti u srednjoj školi.

Kontrolni blok

1. Šta karakteriše tjelesnu težinu?
2. Kako možete odrediti uporednu tjelesnu težinu?
3. Kako možete odrediti tačnu masu tijela ako je poznata masa tijela koje s njim djeluje?

Domaći

2. Test
Kako se odnose mase kolica ako su se, nakon što su izgorjeli konac koji drži svjetlosnu oprugu, počela kretati brzinama prikazanim na slici?

a) masa prve kolica je 2 puta veća od mase druge kolica
b) masa prve kolica je 2 puta manja od mase druge kolica
c) mase kolica su iste

... gravitaciono privlačenje Mjeseca i Sunca dovodi do stvaranja plime i oseke u morima i okeanima. Visina plime na otvorenom okeanu je oko 1 m, a uz obalu - do 18 metara (Bay of Fundy u Atlantskom oceanu).
... plime se ne javljaju samo u okeanu, već i na kopnu. Istovremeno se javljaju pokreti zemljine površine do 50 cm.
... inercija vozova je tolika da vreme kočenja voza dostiže 1-2 minuta. Za to vrijeme će voz, škripajući kočnice, preći oko 1-2 km!

Reference

1. Lekcija na temu: „Inercija“ Sarahman I.D., nastavnik fizike, Opštinska obrazovna ustanova Srednja škola br. 8, Mozdoka, Severna Osetija-Alanija.
2. Lekcija na temu: "Interakcija" Shustova L.F., nastavnik fizike, Permska oblast, Nozhovskaya srednja srednja škola.
3. Lekcija na temu: „Masa“ Onkova O.V., nastavnik fizike, Novosibirska oblast, Moškovski okrug, srednja škola RMOU Sokurskaya.
4. Peryshkin A.V. fizika. Udžbenik za opšte obrazovanje obrazovne institucije 7. razred. – M., OJSC „Moskovski udžbenici“, 2008