Взаимодействие тел в физике

Содержание
  1. Взаимодействие тел. Определение и виды
  2. Взаимодействие
  3. Взаимодействие тел | Фізика — легко!
  4. Измерение массы
  5. [m] = 1 кг
  6. Причина возникновения силы упругости
  7. Закон Гука
  8. «Разновидности» силы упругости
  9. 2. деформация тела
  10. Задача №1. Прямоугольная металлическая пластинка длиной 5 см, шириной 3 см и толщиной 5 мм имеет массу 85 г. Из какого материала она может быть иготовлена?
  11. Задача №2. Медный шар объёмом 200 см3 имеет массу 1,6 кг. Определите, цельный этот шар или пустой. Если шар пустой, то определите объём полости
  12. Взаимодействие тел. Сила. Масса. урок. Физика 7 Класс
  13. Изменение скорости тела
  14. Инертность
  15. Модель эксперимента
  16. Что значит символΔ
  17. Эталон массы
  18. Инерциальная и гравитационная массы
  19. Средняя плотность
  20. Ускорение
  21. «Есть женщины в русских селеньях»
  22. Взаимодействие тел в физике
  23. Что такое сила?
  24. Измерение силы
  25. Единицы измерения массы

Взаимодействие тел. Определение и виды

Взаимодействие тел в физике

Взаимодействие – это действие, которое взаимно. Все тела способны между собой взаимодействовать при помощи механического движения, инерции, силы, плотности вещества и, собственно, взаимодействия тел.

В физике действие двух тел или системы тел друг на друга называется взаимодействием. Известно, что при сближении тел меняется характер их поведения. Эти изменения носят взаимный характер.

При разведении тел на значительные расстояния взаимодействия исчезают.

При взаимодействии тел его результат всегда ощущают на себе все тела (ведь при воздействии на что-то всегда следует отдача). Так, например, в бильярде при ударе кием по шару последний отлетает намного сильнее, чем кий, что объясняется инертностью тел.

Виды и мера взаимодействия тел определяются именно этой характеристикой. Одни тела менее инертны, другие более. Чем больше масса тела, тем больше его инертность. Тело, при взаимодействии изменяющее свою скорость медленнее, имеет большую массу и более инертно.

Тело, быстрее изменяющее свою скорость, имеет меньшую массу и является менее инертным.

Сила — это мера, измеряющая взаимодействие тел. Физика выделяет четыре вида взаимодействий, не сводящихся друг к другу: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое. Чаще всего взаимодействие тел совершается при их соприкосновении, которое ведет к изменению скоростей данных тел в инерциальной системе отсчета, что измеряется действующей между ними силой.

Так, чтобы привести в движение заглохший автомобиль, подталкиваемый руками, необходимо приложить силу. Если его необходимо толкать в гору, то делать это гораздо тяжелее, поскольку для этого понадобится большая сила. Лучшим вариантом при этом будет прикладывание силы, направленной вдоль дороги.

В данном случае указываются величина и направление силы (отметим, сила является векторной величиной).

Взаимодействие тел происходит также под действием механической силы, следствием которой является механическое перемещение тел или их частей. Сила не является предметом созерцания, она причина движения. Всякое действие одного тела по отношению к другому проявляет себя в движении.

Примером действия механической силы, порождающей движение, служит так называемый эффект «домино». Искусно расставленные костяшки домино падают одна за другой, передавая движение дальше по ряду, если толкнуть первую костяшку.

Происходит передача движения от одной инертной фигурки к другой.

Взаимодействие тел при соприкосновении может приводить не только к замедлению или ускорению их скоростей, но и к их деформации — изменению объема или формы. Ярким примером может служить лист бумаги, сжатый в руке. Действуя на него силой, мы приводим к ускоренному движению частей данного листа и его деформации.

Любое тело сопротивляется деформации, когда его пытаются растянуть, сжать, согнуть. Со стороны тела начинают действовать силы, препятствующие этому (упругость). Сила упругости проявляется со стороны пружины в момент ее растяжения или сжимания. Груз, который тянут по земле за веревку, ускоряется, потому что действует сила упругости растянутого шнура.

Взаимодействие тел во время скольжения вдоль разделяющей их поверхности не вызывает их деформации. В случае, например, скольжения карандаша по гладкой поверхности стола, лыж или санок по утрамбованному снегу, действует сила, препятствующая скольжению. Это сила трения, зависящая от свойств поверхностей взаимодействующих тел и от прижимающей их друг к другу силы.

Взаимодействие тел может происходить и на расстоянии. Действие сил притяжения, называемых также гравитационными, происходит между всеми телами вокруг, что может быть заметно лишь тогда, когда тела имеют размеры звезд или планет.

Сила тяжести формируется из гравитационного притяжения любого астрономического тела и центробежных сил, которые вызваны их вращением.

Так, Земля притягивает к себе Луну, Солнце притягивает Землю, поэтому Луна совершает обороты вокруг Земли, а Земля, в свою очередь, вращается вокруг Солнца.

На расстоянии действуют также электромагнитные силы. Несмотря на отсутствие касания какого-либо тела, стрелка компаса всегда будет поворачиваться вдоль линии магнитного поля.

Примером действия электромагнитных сил является и статическое электричество, нередко возникающее на волосах при расчесывании. Разделение зарядов на них происходит из-за силы трения. Волосы, заряжаясь положительно, начинают отталкиваться друг от друга.

Подобная статика часто возникает при надевании свитера, ношении головных уборов.

Теперь вы знаете о том, что такое взаимодействие тел (определение оказалось довольно развернутым!).

Источник: https://FB.ru/article/74299/vzaimodeystvie-tel-opredelenie-i-vidyi

Взаимодействие

Взаимодействие тел в физике

Взаимодействие в физике — это воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к из­менению их движения.

Близкодействие и дальнодействие (или действие на расстоянии). О том, как осуществляется взаимодействие тел, в физике издавна существовали две точки зрения.

Первая из них предпола­гала наличие некоторого агента (например, эфира), через который одно тело передает свое влия­ние на другое, причем с конечной скоростью. Это теория близкодействия.

Вторая предполагала, что взаимодействие между телами осуществляется через пустое пространство, не принимающее никакого участия в передаче взаимодействия, причем передача происходит мгновенно. Это тео­рия дальнодействия.

Она, казалось бы, окончательно победила после открытия Ньютоном зако­на всемирного тяготения. Так, например, считалось, что перемещение Земли должно сразу же приводить к изменению силы тяготения, действующей на Луну. Кроме самого Ньютона, позднее концепции дальнодействия придерживались Кулон и Ампер.

После открытия и исследования электромагнитного поля (см.

Электромагнитное поле) тео­рия дальнодействия была отвергнута, так как было доказано, что взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно, а с конечной скоростью (равной скорости света: с = 3 • 108 м/с) и перемещение одного из зарядов приводит к изменению сил, действующих на дру­гие заряды, не мгновенно, а спустя некоторое время. Возникла новая теория близкодействия, которая была затем распространена и на все другие виды взаимодействий. Согласно теории близ­кодействия взаимодействие осуществляется посредством соответствующих полей, окружающих тела и непрерывно распределенных в пространстве (т. е. поле является тем посредником, который передает действие одного тела на другое). Взаимодействие электрических зарядов — посредством электромагнитного поля, всемирное тяготение — посредством гравитационного поля.

На сегодняшний день физике известны четыре типа фундаментальных взаимодействий, существующих в природе (в порядке возрастания интенсивности): гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия.

Фундаментальными называются взаимодействия, которые нельзя свести к другим типам вза­имодействий.

Основные характеристики фундаментальных взаимодействий
ВзаимодействиеВзаимодействующие частицы' ОтносительнаяРадиус действия, минтенсивность
ГравитационноеВсе001
СлабоеВсе, кроме фотона10 1710 32
ЭлектромагнитноеЗаряженные частицы0010 зб
СильноеАдроны10 1510 38

Фундаментальные взаимодействия отличаются интенсивностью и радиусом действия (см. табл. 1.1). Под радиусом действия понимают максимальное расстояние между частица­ми, за пределами которого их взаимодействием можно пренебречь.

По радиусу действия фундаментальные взаимодействия делятся надальнодействуюгцие {гра­витационное и электромагнитное) икороткодействующие (слабое и сильное) (см. табл. 1.1).

Гравитационное взаимодействие универсально: в нем участвуют все тела в природе — от звезд, планет и галактик до микрочастиц: атомов, электронов, ядер. Его радиус действия равен бесконеч­ности.

Однако как для элементарных частиц микромира, так и для окружающих нас предметов макромира силы гравитационного взаимодействия настолько малы, что ими можно пренебречь (см. табл. 1.1).

Оно становится заметным с увеличением массы взаимодействующих тел и потому определяющим в поведении небесных тел и образовании и эволюции звезд.

Слабое взаимодействие присуще всем элементарным частицам, кроме фотона. Оно отвечает за большинство ядерных реакций распада и многие превращения элементарных частиц.

Электромагнитное взаимодействие определяет структуру вещества, связывая электроны и ядра в атомах и молекулах, объединяя атомы и молекулы в различные вещества. Оно определяет хими­ческие и биологические процессы.

Электромагнитное взаимодействие является причиной таких явлений, как упругость, трение, вязкость, магнетизм и составляет природу соответствующих сил.

На движение макроскопических электронейтральных тел оно существенного влияния не оказывает.

Сильное взаимодействие осуществляется между адронами, именно оно удерживает нуклоны в ядре.

В 1967 г. Шелдон Глэшоу, Абдус Салам и Стивен Вайнберг создали теорию, объединяющую электромагнитное и слабое взаимодействия в единое электрослабое взаимодействие с радиусом действия 10~17 м, в пределах которого исчезает различие между слабым и электромагнитным вза­имодействиями .

В настоящее время выдвинута теория великого объединения, согласно которой существуют лишь два типа взаимодействий: объединенное, куда входятсильное, слабое и электромагнитное взаимодействия, и гравитационное взаимодействие.

Есть также предположение, что все четыре взаимодействия являются частными случаями про­явления единого взаимодействия.

В механике взаимное действие тел друг на друга характеризуется силой (см.Сила). Более общей характеристикой взаимодействия является потенциальная энергия (см. Потенциальная энергия).

Силы в механике делятся на гравитационные, упругости и трения. Как уже упоминалось выше, природа механических сил обусловлена гравитационным и электромагнитным взаимодейс­твиями. Только эти взаимодействия можно рассматривать как силы в смысле механики Ньютона.

Сильные (ядерные) и слабые взаимодействия проявляются на таких малых расстояниях, при ко­торых законы механики Ньютона, а вместе с ними и понятие механической силы теряют смысл. Поэтому термин «сила» в этих случаях следует воспринимать как «взаимодействие».

Источник: https://ibrain.kz/fizika/vzaimodeystvie

Взаимодействие тел | Фізика — легко!

Взаимодействие тел в физике

Все физические тела вокруг нас обладают некоторыми общими свойствами. Одним из таких свойств является свойство тел притягиваться к другим телам благодаря гравитационному взаимодействию. Мерой этого свойства является физическая величина, которая называется массой тел.

Также ни одно из тел не может изменить скорость своего движения мгновенно. В результате одинакового воздействия одни тела изменяют свою скорость достаточно быстро, а другие — намного медленнее.

 Например, чтобы придать определённоую скорость тенисному мячу, нужно меньше времени, чем для придания такой же скорости металлическому шару. В таком случае говорят, что металлический шар более инертный.

Мерой такого свойства тела как инетртность является — масса.

Таким образом, масса тела – это физическая величина, которая  является мерой инертного и гравитационного свойств тела.

Понятие массы – одно из самых сложных в физике, и при дальнейшем изучении физики это понятие будет расширяться.
На данный момент достаточно уяснить, что каждое физическое тело – человек, пушинка, Луна, микрочастица и т.д. – имеет массу.

Измерение массы

Поскольку масса – физическая величина, то её можно измерить. Чтобы измерить массу любого тела, его необходимо сравнить с телом, массу которого взята за единицу.
За единицу массы в Международной системе единиц (СИ) взят килограмм.

[m] = 1 кг

Кроме килограмма, допускается использование при необходимости, других единиц массы: тонны (т), центнера (ц), грамма (г), миллиграмма (мг)

Кратные единицы: 1 т = 1000 кг1 ц = 100 кг1 кг = 1000 г

Дольные единицы:

1 г = 0,001 кг1 мг = 0,001 г

1 мг = 0,000 001 кг

Поскольку масса — это одна из основных единиц СИ, поэтому для неё существует эталон. Эталон массы был создан в 1880 году и представлял собой 1 л чистой воды при температуре +4ºС. Однако такой эталон был неудобен. Эталон килограмма изготовлен из платиново-иридиевого сплава, имеет форму цилиндра высотой 39 мм и диаметром 39 мм.

Хранится во Франции, в городе Севре в Международном бюро мер и весов . С эталона изготовлены точные копии, которые есть во многих странах, в частности в Украине (в г. Харькове в Национальном научном центре «Институт метрологии»).

20 мая 2019 года было принято новое определение килограмма. Ученые заменили эталон килограмма и больше не будут измерять массу с помощью физического предмета.

Теперь единица массы определяется с помощью постоянной Планка.

И хотя на повседневные большинства людей это никак не скажется, для научного мира и промышленности, где требуются максимально точные измерения, такой шаг имеет большое значение.

1. Уравновесить весы.2. Положить взвешиваемое тело на левую чашку весов, а гири – на правую.3. Добиться равновесия весов с телом и гирями на чашках.4. Взвешиваемое тело и гири опускать на чашки осторожно.5. Взвешивать грузы массой, не превышающей предельную нагрузку.6. Мелкие гири брать пинцетом.

При измерении массы сыпучего вещества на чаши весов подложить бумагу для избежания загрязнения чаши.

Тема: Взаємодія тіл

  1. Яке явище називають інерцією?
  2. Що таке інертність тіла? Від чого вона залежить?
  3. Який зв’язок між масою тіла та інертністю?
  4. Що таке маса? Її позначення, одиниця вимірювання, прилад для вимірювання
  5. Що таке густина речовини? Її позначення, одиниця вимірювання, формула.
  6. Що таке взаємодія? Що є результатом взаємодії?
  7. Що називають силою? Як її охарактеризувати? Її позначення, одиниця вимірювання, прилад для вимірювання
  8. Що таке результуюча сила?
  9. Додавання та віднімання сил, що діють на тіло вздовж однієї прямої.
  10. Що називають деформацією? Дією яких сил обумовлена диформація? Які є види деформації?
  11. Яка різниця між пластичними й пружними деформаціями?
  12. Що таке сила пружності? Чим вона характеризується? Яка природа сили пружності? Як вона напрямлена? Яку точку прикладання має? Зробити пояснювальний рисунок.
  13. Який зміст закону Гука? Формула.
  14. Яку силу називають силою нормальної реакції опори? Як вона напрямлена? Яку точку прикладання має? Зробити пояснювальний рисунок.
  15. Яку силу називають силою натягу нитки? Як вона напрямлена? Яку точку прикладання має? Зробити пояснювальний рисунок.

Давление – это скалярная величина, которая равна отношению силы, которая действует перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

S — площадь поверхности или опоры тела;
F — сила давления (любая сила, которая действует на тело перпендикулярно поверхности, чаще всего это вес тела).

Единица давления – паскаль (Па). Названа в честь французского учёного Блеза Паскаля.

[р] = 1 Па = 1Н/м2

Паскаль – давление, которое создаёт нормальная сила в 1 Н на площадь 1 м2.

Из формулы видно, что результат действия силы на поверхность зависит не только от ее величины, но и от площади опоры давящего тела. На картинке видно, что человек в ботинках идёт по снегу, глубоко проваливаясь при каждом шаге.

Но если он наденет лыжи, то может идти не проваливаясь в снег. На лыжах и без человек действует на снег с одной и той же силой, которая равна его весу.

Но действие этой силы различно в обоих случаях, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек.

Площадь подошвы примерно в 10 раз меньше площади поверхности лыжи, поэтому человек на лыжах давит на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой в десять раз меньшей.

Задача

Расчитайте давление конькобежца массой 60 кг на лёд, если ширина лезвия конька 4 мм, а длина лезвия, соприкасающегося со льдом, 30 см? Конькобежец стоит на обоих ногах.

На практике используются также единицы давления килопаскали (кПа) и гектопаскали (гПа):1 кПа = 1000 Па

1 гПа = 100 Па

Если на середину доски, лежащей горизонтально на двух опорах поставить груз, то под действием силы тяжести некоторое время груз будет двигаться вниз, прогибая доску, а затем остановится.

Эту остановку можно объяснить тем, что кроме силы тяжести, направленной вниз, на доску подействовала другая сила, направленная вверх.

При движении вниз доска деформируется, при этом возникает сила, с которой опора действует на тело, лежащее на ней, эта сила направленна вверх, то есть в сторону, противоположную силе тяжести. Такую силу называют силой упругости.

 Когда сила упругости становится равной силе тяжести, действующей на тело, опора и тело останавливаются.

Причина возникновения силы упругости

Причиной возникновения сил упругости является взаимодействие молекул тела. На малых расстояниях молекулы отталкиваются, а на больших – притягиваются. Конечно речь идёт о расстояниях сравнимых с размерами самих молекул.

В недеформированном теле молекулы находятся на таком расстоянии, при котором силы притяжения и отталкивания уравновешиваются.

При деформации тела (при растяжении или сжатии) расстояния между молекулами изменяются – начинают преобладать либо силы притяжения, либо – отталкивания.

В результате и возникает сила упругости, которая всегда направлена так, чтобы уменьшить величину деформации тела.

Закон Гука

Если к пружине повесить одну гирьку, то мы увидим, что пружина деформировалась — удлинилась на некоторую величину х. Если к пружине подвесить две одинаковые гирьки, то увидим, что удлинение стало в два раза больше. Удлинение пружины пропорционально силе упругости.

Сила упругости, возникающая при деформации тела, по модулю пропорциональна удлинению тела и направлена так, что стремится уменьшить величину деформации тела.

Закон Гука справедлив только для упругих деформаций, то есть таких видов деформации, которые исчезают, когда деформирующая сила перестаёт действовать!!!

Закон Гука можно записать в виде формулы:

где k — жёсткость пружины;
х — удлинение пружины (х = l – l0 , где l0 – начальная длина пружины (до деформации, l – конечная длина пружины (после деформации));
знак «–» показывает, что сила упругости всегда направлена в противоположную сторону деформирующей силы.

«Разновидности» силы упругости

Силу упругости, которая действует со стороны опоры, называют силой нормальной реакции опоры. Нормальная от слова «нормаль», то есть реакция опоры всегда перпендикулярна поверхности.

Силу упругости, которая действует со стороны подвеса, называют силой натяжения нити (подвеса).

В окружающем нас мире действие одного тела на другое не может быть односторонним. Существует только взаимодействие.

2. деформация тела

Рассмотрим явление, в результате которого тело меняет свою скорость.Тележка находится в состоянии покоя относительно стола. Прикрепим к тележке упругую пластину, которая согнута и связана нитью. Если эту нить разрезать, то пластина резко выпрямится, но тележка останется на прежнем месте.

Если поставить рядом от согнутой пластины ещё одну такую же тележку, то после разрезания нити обе тележки придут в движение и разъедутся в разные стороны.

То есть для изменения скорости тележки потребовалось второе тело — вторая тележка.

При взаимодействии тел изменяются скорости тел.

Рассмотрим случаи, когда результатом взаимодействия тел является деформация тел.

На первом рисунке приведён пример, когда теннисный мяч взаимодействует с ракеткой. При этом происходит деформация как сетки ракетки, так и самого мяча.

На втором рисунке показано, что если сжимать тело, то оно при этом деформируется, также как и пальцы руки.

На третьем рисунке показана деформация сетки батута.

При взаимодействии результат зависит от того, на сколько «сильным» будет взаимодействие: сильнее толнёте тележку — тележка наберёт бОльшую скорость;  сильнее ударите по мячу — сильнее его «деформируете» и мяч наберёт большую скорость и т.д.

Для количественного определения меры действия одного тела на другое служит физическая величина — сила.

Деформация — это изменение размеров или формы тела.

При контакте взаимодействующих тел приходят в движение отдельные части тела, вследствие чего оба тела деформируются. В зависимости от того как именно части тела смещаются относительно друг друга, различают деформации растяжения, сжатия, кручения, изгиба, сдвига.

Деформация продолжается до тех пор, пока возникшая сила упругости не уравновесит внешние силы — тогда движение частей тела прекратится.

Плотность — физическая величина, характеризующая физические свойства вещества, которая равна отношению массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) можно расчитать по формуле:

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность».

Все вещества состоят из молекул, следовательно масса всякого тела складывается из масс его молекул. Это подобно тому, как масса пакета с конфетами складывается из масс всех конфет в пакете. Если все конфеты одинаковы, то массу пакета с конфетами можно было бы определить, умножив массу одной конфеты на число конфет в пакете.

Молекулы чистого вещества одинаковы. Поэтому масса капли воды равна произведению массы одной молекулы воды на число молекул в капле.

Плотность вещества показывает, чему равна масса 1 м³ этого вещества.

Плотность воды равна 1000 кг/м³, значит, масса 1 м³ воды равна 1000 кг. Это число можно получить, умножив массу одной молекулы воды на число молекул, содержащихся в 1 м³ его объёма.Плотность льда равна 900 кг/м³, это означает, что масса 1 м³ льда равна 900 кг.

Иногда используют единицу измерения плотности г/см³, поэтому ещё можно сказать, что масса 1см³ льда равна 0,9 г.

Каждое вещество занимает некоторый объём. И может оказаться, что объёмы двух тел равны, а их массы различны. В этом случае говорят, что плотности этих веществ различны.

Также при равенстве масс двух тел их объёмы будут различны. Например, объём льда почти в 9 раз больше объёма железного бруса.

Плотность вещества зависит от его температуры.

При повышении температуры обычно плотность уменьшается. Это связано с термическим расширением, когда при неизменной массе увеличивается объём.

При уменьшении температуры плотность увеличивается.

Хотя существуют вещества, плотность которых в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе. Например, вода, бронза, чугун.

 Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Источник

Задача №1.
Прямоугольная металлическая пластинка длиной 5 см, шириной 3 см и толщиной 5 мм имеет массу 85 г. Из какого материала она может быть иготовлена?

Анализ физической проблемы. Чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо определить плотность вещества, из которого изготовлена пластинка. Затем, воспользовавшись таблицей плотностей, определить – какому веществу соответствует найденое значение плотности. Эту задачу можно решить в данных единицах (т.е. без перевода в СИ).

Задача №2.
Медный шар объёмом 200 см3 имеет массу 1,6 кг. Определите, цельный этот шар или пустой. Если шар пустой, то определите объём полости

Анализ физической проблемы. Если объём меди меньше объёма шара Vмед

Источник: https://www.easyphysics.in.ua/category/7class/the_interaction_of_bodies/

Взаимодействие тел. Сила. Масса. урок. Физика 7 Класс

Взаимодействие тел в физике

Легко ли разогнаться с места с ведром в руке? Если ведро пустое, то легко. Если в ведре вода, то труднее. Если песок – еще труднее.

А если уже бежишь с ведром, то продолжать движение несложно, сложнее разогнаться или затормозить. То есть тела сопротивляются не только разгону, а вообще изменению скорости, и сопротивляются по-разному. Что же поменялось в ведре, что заставило нас прикладывать больше усилий? То, что изменилось, называется массой.

Изменение скорости тела

Скорость – это перемещение за единицу времени. Перемещение – векторная величина. Чтобы сказать, куда переместилось тело, важно знать, в каком направлении оно переместилось. Тогда мы будем знать, где находится тело.

Если перемещение (а это вектор) разделить на время, то получим вектор – скорость. Важно не только то, как быстро движется тело, а и в какую сторону.

Например, вы катите тележку в супермаркете со скоростью 1 м/с, а потом поворачиваете. Даже если величина скорости останется прежней, 1 м/с, это будет уже не та же скорость, у нее изменится направление.

В этом случае ее будет заносить, вы почувствуете, как тележка сопротивляется изменению скорости, проявится инертность. Если не приложить усилий, то она поедет по прямой, не повернув.

И чем больше тележка загружена, тем более она инертна: тем труднее ее разогнать, остановить или завернуть.

Масса – физическая величина, ее можно измерить, сравнить с массой другого тела. А само свойство тел сопротивляться разгону назвали инертностью: ведро с водой более инертно, чем пустое. То есть масса – мера инертности.

Инертность

Термин “инертность” происходит от латинского inertis – бездеятельный. Так говорят о человеке, который ничего не хочет менять и заставить его что-либо делать довольно трудно. В физике похожая ситуация: тело имеет большую инертность, это значит его скорость изменить тяжело. Тело «сопротивляется» изменениям.

Нам кажется, что тяжело поднять предмет и тяжело разогнать – это одно и то же. Допустим, вы погрузили тело в воду.

Вам станет легче его поднимать, оно вообще может держаться на воде, однако разогнать или остановить его будет так же тяжело, как и раньше. Например, супертанкер (см. рис.

1) имеет массу от 320 000 тонн, он настолько инертен, что начинает тормозить за несколько километров до порта, когда еще не видно берега.

Рис. 1. Супертанкер

Представьте, что вы на космическом корабле, где-то, где земного притяжения совсем нет, и там тяжелые предметы всё равно будет трудно разогнать или остановить.

Ведро с водой более инертное, чем пустое ведро. Однако, для решения задач этого недостаточно. Нужна точность: насколько одно тело «более инертное» или «менее инертное», чем другое. Поскольку масса – мера инертности, то необходимо научиться измерять массу тел.

Как мы измеряем физические величины? Измерение — это сравнение с эталоном. Как мы измеряют длину? Берут объект эталонной длины, например, 1 см, и смотрят, во сколько раз больше или меньше измеряемая длина. Возьмем эталонную массу, например, литр воды. Массу тела можно измерить, сравнив его с телом эталонной массы.

Раз масса – это мера того, как тело сопротивляется изменению скорости, то и сравнивать массы мы будем по изменению скорости тел. Одно и то же тело разгоняется с разной скоростью, если его толкать по-разному, поэтому при сравнении надо толкать тела одинаково сильно.

Возьмем пружину. Если ее растянуть, она подействует на руку, будет тянуть ее противоположно растяжению:

Рис. 2. Растягивание пружины

 Причем чем больше растягиваешь, тем сильнее тянет. Одна и та же пружина, одинаково растянутая, будет тянуть одинаково сильно. Так что возьмем пружину и будем с помощью нее разгонять разные тела, следя за тем, чтобы растяжение пружины не менялось.

Модель эксперимента

Если толкать или тянуть тела одной и той же одинаково растянутой пружиной, можно сравнивать изменения скоростей за определенный промежуток времени.

Скорость может изменить направление, такое изменение сложнее рассчитать, поэтому тела двигают вдоль одной прямой, чтобы можно было измерять модуль скорости.

Пружина может ослабнуть, потерять свои свойства. На тела действует не только пружина, движению может препятствовать трение, может влиять наклон поверхности. Выделяется модель: разгон тел под действием пружины.

Поэтому всё остальное отбрасываем и в эксперименте сводим к минимуму: толкаем тела по скользкой горизонтальной поверхности или помещаем в очень легкую тележку, пружину берем прочную и растягиваем ее не настолько сильно, чтобы она потеряла упругие свойства, и т.д.

Если скорости тел изменились одинаково за один и тот же промежуток времени, значит, массы тел одинаковые.

Пусть у одного тела изменение скорости оказалось в несколько раз больше, чем у другого. Это значит, что масса первого тела во столько же раз меньше:

Рис. 3. Скорость движения тел с разными массами

Что значит символ Δ

Этот символ , греческая буква «дельта», ею обычно обозначают изменение физической величины. Например,  – это изменение скорости. Если у тела была скорость , а после изменения стала ,то изменение скорости равно .

Если скорость увеличивалась, то есть она стала больше, чем была изначально, то  получится положительным. Если скорость уменьшается, то  будет отрицательным.

Так что знак , плюс или минус, означает, какое именно это изменение: увеличение или уменьшение.

https://www.youtube.com/watch?v=0cd_jxb0Ieo

Таким образом, мы можем сравнивать массы. А как найти численное значение массы тела? Для этого его сравнивают с телом, масса которого принята за эталон. В интернациональной системе это 1 кг. И если мы говорим, что масса купленных яблок 2 кг, это значит, что их масса в 2 раза больше массы эталонного тела.

Эталон массы

Тело, имеющее эталонную массу, часто называют просто “эталон”. Сначала эталоном массы в 1 кг была принята вода объемом 1 дм3 (1 литр).

Для оценки массы тел это было удобно – легко можно достать воду и отмерить 1 литр. Но для точных измерений такой способ не подходил. Масса литра воды зависит от примесей в ней и от температуры.

Ведь, например, при увеличении температуры, 1 кг воды расширится и его объем станет больше 1 литра.

Для точных измерений необходим был один образец эталона. Жидкость для этого не очень подходила. Можно договориться брать именно дистиллированную воду при определенной температуре, но эти требования тоже непросто удовлетворить. Поэтому было принято решение сделать эталон из твердого тела.

Теперь эталон массы – это цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Прототип этого цилиндра хранится в Международном бюро мер и весов. Его копии хранятся в национальных метрологических учреждениях по всему миру. Периодически проводятся сравнения массы копий с оригиналом, чтобы обеспечить единство измерений массы относительно эталона.

Инерциальная и гравитационная массы

У массы есть еще одно проявление, она одновременно является мерой другого свойства тел — способности притягиваться. Любые два тела притягиваются, и сила притяжения зависит от масс обоих тел. Такое взаимодействие называют гравитационным.

Получается, масса является мерой одновременно инертных и гравитационных свойств, иногда даже говорят отдельно об инерциальной и гравитационной массах, подчеркивая, о какой мере говорят. Что это одна и та же физическая величина – вопрос спорный.

Тем не менее, при самом точном, какое только может позволить современная техника, измерении массы по инертным и по гравитационным свойствам получается один и тот же результат. Поэтому взвешивая, по гравитационным свойствам тела, мы тоже правильно определим массу.

Кстати, в невесомости, когда гравитационные свойства тел не проявляются, рычажные весы не работают.

Обычно чем больше тело, тем оно тяжелее. Но не всегда, например: ведро с песком и с водой, объемы одинаковые, а массы разные.

Возьмем однородное вещество, например, железо. В этом случае во сколько раз больше объем, во столько раз больше и масса, и отношение массы к объему для данного вещества постоянно. Это отношение назвали плотностью вещества, обозначают её чаще всего греческой буквой  – «ро»:

Это масса одной единицы объёма – одного кубометра вещества, или литра, или миллилитра, смотря в каких единицах считать. Например, масса каждого кубического сантиметра железа равна 7,8 г, другими словами, плотность железа равна  в СИ. И если объем железной детали равен , то ее масса равна 78 г.

Средняя плотность

Возьмем однородное тело, которое состоит из одного вещества. Разделим его массу на объем и получим плотность этого вещества. А что, если тело неоднородное, например, в железном предмете есть внутри пустота, заполненная воздухом? Разделим массу этого предмета на его объем и получим плотность.

Плотность чего мы получим? Плотность железа? Нет, этот предмет будет легче такого же сплошного, в нем есть легкий воздух. Мы получим среднюю плотность этого тела.

Это не будет плотность железной части или плотность воздуха – это будет плотность чего-то среднего, как если бы весь предмет был сделан из какого-то материала легче железа.

Почему плавает железный корабль? Плотность железа больше плотности воды, казалось бы, корабль должен тонуть. В воду погружено не просто железо, а объемный корабль с воздухом внутри, и средняя плотность корабля меньше плотности воды, поэтому он плавает.

Представим кусок пенопласта. Его плотность около , он плавает на воде. Теперь представим, что весь пенопласт спрессовали изнутри к его стенкам, да так, что у него стала такая же плотность, как у железа:

Рис. 4. Пенопласт, спрессованный до плотности железа

В таком случае перестанет ли он плавать на воде? Нет, средняя плотность куска (масса всего куска делить на его объем) останется прежней.

Величина, показывающая, насколько сильно действуют на тело, называется силой. Обозначается обычно буквой F (англ. – force), измеряется в СИ в ньютонах. Сравнивать силы мы также будем по изменению скорости.

Для этого подействуем разными силами на одно тело в течение одинакового времени. Во сколько раз больше изменилась скорость тела, во столько раз больше была сила.

Для сравнения сил важно взять одинаковое время действия.

Подведем итоги.

  1. Изменение скорости происходит из-за действия другого тела. Чем больше сила действия, тем больше изменяется скорость за одно и то же время.
  2. Чем больше масса тела, тем меньше изменится его скорость.
  3. Чем дольше действовать на тело, тем больше изменится его скорость.

Получается формула, связывающая рассмотренные величины:

Чаще записывается в виде:

Ускорением называют скорость изменения скорости:

Ускорение

Скорость изменения скорости с течением времени называют ускорением:

Скорость имеет не только численное значение, но и направление. Поэтому ускорение может быть связано как с изменением значения скорости, так и с изменением направления. Машина, стартующая с места, совершающая поворот или тормозящая перед светофором, тележка в супермаркете, которую мы разгоняем, притормаживаем и заворачиваем на поворотах – все это примеры движения с ускорением.

Тогда формула принимает более компактный вид:

Эта формула является одним из способов записи второго закона Ньютона. Закона, который используется для решения любой задачи динамики: от нахождения массы тела с помощью весов до проектирования конструкции моста.

Как представить силу в 1 ньютон?

Обратимся к формуле:

Зная единицы измерения других величин:

Сила в 1 ньютон, действующая на тело массой 1 килограмм, изменяет его скорость в течение 1 секунды на 1 метр за секунду.

Надо засечь изменение скорости за одну секунду. Проще будет представить так:

Рис. 5. Сила в 1 Н

С такой силой давит на вашу руку предмет, масса которого равна приблизительно 100 г.

«Есть женщины в русских селеньях»

Оценим, какая сила должна быть у русской женщины, чтобы остановить на скаку коня. Чтобы остановить за 2 секунды коня массой 400 кг, скачущего на скорости 7 м/с нужна сила:

Такая же сила нужна, чтобы поднять предмет массой 140 кг. А еще учтем, что конь – это не тележка, едущая по полу, он продолжает бежать, отталкиваться от земли, поэтому остановить коня – задача не из легких.

Её можно облегчить. Не обязательно останавливать коня за две секунды. Можно останавливать его постепенно, некоторое время пробежав рядом с ним. Тогда потребуется меньшая сила, это видно из формулы, которой мы пользовались. И если останавливать коня 20 секунд, то сила понадобится 140 Н.

Список рекомендованной литературы

  1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. – 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
  2. Перышкин А.В. Физика: учебник 7 класс. – М.: 2006. – 192 с.

Рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет:

  1. Интернет-портал «files.school-collection.edu.ru» (Источник)
  2. Интернет-портал «files.school-collection.edu.ru» (Источник)

Домашнее задание

  1. Почему тяжелому грузовику нужно придерживаться большой дистанции от едущего впереди автомобиля?
  2. Столкнули два неподвижных шарика A и D. После столкновения шарики откатились в разные стороны с разными скоростями.

    После взаимодействия скорость шарика A равна 8 м/с, а скорость шарика D равна 4 м/с. Определите, какой из шариков более инертен и во сколько раз.

  3. Опишите несколько примеров взаимодействия тел, которые вы можете пронаблюдать в быту.

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/7-klass/vzaimodejstvie-tel/vzaimodeystvie-tel-sila-massa?konspekt

Взаимодействие тел в физике

Взаимодействие тел в физике

Определение 1

Взаимодействие в физике — это воздействие частиц или тел друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения.

Несмотря на разнообразие воздействий тел друг на друга, в природе имеется лишь четыре типа фундаментальных воздействия:

  • гравитационные;
  • слабые взаимодействия;
  • сильные взаимодействия;
  • электромагнитные взаимодействия.

Любые изменения в природе происходят в результате взаимодействия между телами. Чтобы изменить положение вагона на рельсах, железнодорожники направляют к нему локомотив, который смещает вагон с места и приводит его в состояние движения.

Парусник может длительное время стоять у берега, пока не подует попутный ветер, который подействует на его паруса. Колеса игрушечной машины могут вращаться с любой скоростью, но игрушка не изменит своего положения, если под нее не подложить дощечку или линейку.

Форму или размер пружины можно изменить, лишь подвесив к ней грузило или потянув рукой за один из ее концов.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Все тела в природе действуют один на другого или непосредственно через физические поля.

Если тепловоз действует на вагон и меняет его скорость, то скорость тепловоза при этом также меняется в результате обратного действия вагона. Солнце действует на Землю и тела, удерживая ее на орбите.

Но и Земля притягивает Солнце, и в свою очередь меняет его траекторию. Итак, во всех случаях можно говорить лишь о взаимном действие тел — взаимодействие.

При взаимодействии меняются скорости тел или их частей. С другой стороны, взаимодействуя с разными телами, оно по-разному будет изменять свою скорость. Так, парусник может приобрести скорости из-за действия на него ветра.

Но такого же результата можно достигнуть, включив двигатель, размещенный на паруснике. Его может сдвинуть с места и катер, действующий на парусник через трос.

Чтобы не называть каждый раз все взаимодействующие тела, или тела, которые действуют на данное него, все эти действия объединяют одним понятие силы.

Что такое сила?

Сила, воспринимая его как физическое понятие может быть большей или меньшей, а также учитывая вызванные ею изменения в состоянии тела или его частей.

Определение 2

Сила – это физическая величина, которая характеризуется как действие одного тела на другое.

Действие тепловоза на вагон будет значительно интенсивней, чем действие нескольких грузчиков. Под действием тепловоза вагон быстрее сдвинется с места и начнет двигаться с большей скоростью, чем тогда, когда вагон будут толкать грузчики, которые чуть сместят вагон или вовсе не сдвинут с места.

Для того чтобы производить математические расчеты, силу обозначают латинской буквой $F$.

Как и все остальные физические величины, сила имеет определенные единицы. В наши дни наука пользуется единицей, которая называется ньютоном ($H$). Она получила такое название в честь ученого Исаака Ньютона, который внес значительный вклад в развитие физической и математической науки.

И. Ньютон — выдающийся английский ученый, основатель классической физики. Его научные работы касаются механики, оптики, астрономии и математики. Он сформулировал законы классической механики, открыл дисперсии света, разработал дифференциальный и интегральное исчисления и т.д.

Измерение силы

Для измерения силы применяют специальные приборы, которые называются динамометрами. Стоит отметить, что указать числовое значение силы не всегда достаточно для определения данных ее действия. Нужно знать точку ее приложения и направление действия.

Если высокий брусок, что стоит на столе, толкать в нижней части, то он будет скользить на поверхности стола. Если же к нему прилагать силу в верхней его части, то он просто опрокинется.

Понятно, что направление падения бруска зависит от того, в каком направлении будем его толкать. Итак, сила это также направление. От направления силы зависит изменение скорости тела, на которые эта сила действует.

Пользуясь графическом методом, можно проводить различные математические операции с силами. Так, если в одной точке на теле прилагаемые силы $2H$ и $CH$ действуют в одном направлении, то их действие можно заменить одной силой, которая работает в том же направлении, а ее значение равняется сумме значений каждой из сил. Вектор этой силы имеет длину, которая равняется сумме длин обоих векторов.

Равнодействующая сила — это сила, действие которой одинаково действует на нескольких сил, приложенных к телу в определенной точке.

Возможен иной случай, когда силы прилагаемые в одной точке тела, действуют в противоположных напрямую. В таком случае их можно заменить одной силой, движущейся в направлении большей силы, а ее значение равняется разности значений каждой силы. Длина вектора этой силы равняется разницей длины векторов прилагаемых сил.

Инерция — это явление сохранения телами постоянной скорости, когда на них не действуют другие тела. Состоит данное явление в том, что для изменения скорости тела требуется определенное время. Инерцию нельзя измерить, ее можно только наблюдать, или воспроизвести.

Заметим, что в земных условиях нельзя создать обстоятельства, при которых на тело не действуют силы, ведь всегда существует земное притяжение, сила сопротивления двигательные и тому подобное. Явление инерции открыл известный ученый Галилео Галилей.

Единицы измерения массы

Для количественного выражения инертности пользуются физической величиной, называемой массой.

Определение 3

Масса — это физическая величина, характеризующая инертные свойства тела.

Килограмм относится к основным единиц Международной системы единиц (СИ). За единицу массы — килограмма, была принята масса специально изготовленного образца (эталона). Он сделан из сплава иридия и платины, и имеет форму цилиндра. Сохраняется эталон массы в г. Севре (Франция), в Международном бюро мер и весов.

Для килограмма применяют такие производные единицы:

  • 1 г = 0,001 кг (10 3 кг);
  • 1 мг = 0,000001 кг (10 6 кг);
  • 1 т = 1000 кг = (103 кг);
  • 1 ц = 100 кг = (102 кг).

Замечание 1

Стоит отметить, что для прямого измерения массы применяют различные весы. Среди них самые распространенные и самые простые — рычажные.

На этих весах сравнивают взаимодействие с Землей тела и эталонных гирь, возложенных на чашу весов.

На практике применяют и другие весы, которые приспособлены к различным условиям работы и имеют разные конструкции. В данном случае, точность измерения массы имеет большое значение.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/vzaimodeystvie_tel_v_fizike/

Booksm
Добавить комментарий