kliknij

Siły w przyrodzie
Oddziaływania
Wszystkie oddziaływania są wzajemne – jeżeli jedno ciało
działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.
Występujące w przyrodzie rodzaje oddziaływań dzielimy na:
- oddziaływania bezpośrednie (mechaniczne) – wymagające
bezpośredniego kontaktu,
- oddziaływania „na odległość” – nie wymagają
bezpośredniego kontaktu.
Oddziaływania „na
odległość”
Do oddziaływań „na odległość” zaliczamy:
- oddziaływania grawitacyjne,
- oddziaływania magnetyczne i elektromagnetyczne,
- oddziaływania elektrostatyczne.
Skutki oddziaływań
Skutki wzajemnego oddziaływania ciał mogą być:
- statyczne (odkształcenie ciała),
- dynamiczne (zmiana prędkości: jej wartości, kierunku
lub zwrotu)
Siły wewnętrzne i zewnętrzne
Siły wewnętrzne – siły, którymi ciała tworzące układ
oddziałują wzajemnie.
Siły zewnętrzne – siły, pochodzące od ciał, które nie wchodzą
w skład wybranego układu.
Zmiana prędkości ciała
Prędkość ciała może ulec zmianie tylko na skutek działania
innego ciała (działania siły, której źródłem jest inne ciało).
Gdzie zaczepić siłę?
1.
Siłę przyłożoną w dowolnym punkcie ciała możemy
przesuwać wzdłuż kierunku jej działania. Nie powoduje to
zmian w skutkach działania siły.
Siły równoważące się
Jeżeli dwie siły działające na ciało leżą na jednej prostej,
mają jednakowe wartości i przeciwne zwroty, to siły te
wzajemnie się równoważą.
Ciało na które działają siły równoważące się jest w stanie
równowagi.
Siła wypadkowa
Siłę, która działając na ciało powoduje taki sam skutek, jak
kilka sił przyłożonych do tego ciała, nazywamy siłą
wypadkową.
Siły, które zastępuje siła wypadkowa nazywamy siłami
składowymi.
Suma sił
Wypadkowa dwóch sił działających wzdłuż tej samej prostej
i mających zgodne zwroty ma wartość równą sumie wartości
sił składowych, kierunek zgodny z kierunkiem tych sił, a zwrot
zgodny z kierunkiem sił składowych.
F = F2 + F3
Różnica sił
Wypadkowa dwóch sił działających wzdłuż tej samej prostej
i mających przeciwne zwroty ma wartość równą różnicy
wartości sił składowych, kierunek zgodny z kierunkiem tych
sił, a zwrot zgodny z kierunkiem siły o większej wartości.
F = F2 – F1
Rysujemy wektor siły
Rysując wektor siły:
- pamiętaj, by przyczepić go do ciała, na które działa siła,
- zastanów się, jakie ciało jest źródłem siły, którą graficznie
przedstawiasz.
Spoczynek
Ciało pozostaje w spoczynku, gdy nie działają na nie
żadne siły lub działające siły wzajemnie się równoważą.
Pierwsza zasada dynamiki
Pierwsza zasada dynamiki Newtona
Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły
wzajemnie się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku
lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Równoważenie sił
Jeżeli na ciało działają siły o kierunku poziomym i pionowym
ich równoważenie się rozpatrujemy oddzielnie.
Bezwładność (inercja)
Bezwładnością (inercją) nazywamy zjawisko zachowania
przez ciało prędkości, gdy nie działają na nie żadne siły lub
gdy działające siły wzajemnie się równoważą.
Zakrzywienie toru

v
r
Zmiana kierunku prędkości ciała (objawiająca się zakrzywieniem
toru) wymaga działania siły.
III zasada dynamiki
Trzecia zasada dynamiki Newtona:
Jeśli jedno ciało działa siłą na drugie ciało, to drugie ciało
działa siła na pierwsze.
Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same
wartości, ten sam kierunek , przeciwne zwroty i różne
punkty przyłożenia.
III zasada dynamiki
lub wektorowo:
Siła
działa na ciało B, a pochodzi od ciała A.
Siła
działa na ciało A, a pochodzi od ciała B.
Znak „−” oznacza, że siły mają przeciwne zwroty.
Akcja i reakcja
Siła akcji i reakcji nie równoważą się wzajemnie, bo każda
działa na inne ciało.
Siła oporu powietrza
Wartość siły oporu powietrza wzrasta wraz ze wzrostem
szybkości ciała i zależy od kształtu ciała.
Podział tarcia
Tarcie
statyczne
kinetyczne
poślizgowe
toczne
Podział tarcia
Tarcie kinetyczne – występuje podczas ruchu jednego ciała
po drugim.
Ze względu na sposób przemieszczania się jednego ciała po
drugim rozróżniamy tarcie poślizgowe i toczne.
Tarcie poślizgowe i toczne
Siła tarcia poślizgowego jest większa od siły tarcia tocznego.
Od czego zależy tarcie?
Wartość siły tarcia zależy od:
- wartości siły dociskającej do siebie trące ciała,
- rodzaju powierzchni trących o siebie ciał.
Wartość siły tarcia nie zależy od pola powierzchni styku ciał
przesuwających się względem siebie.
Prawo Pascala
Prawo Pascala
Jeżeli na zamkniętą w zbiorniku ciecz (lub gaz) działamy siłą,
to wytworzone tak dodatkowe ciśnienie jest jednakowe w całej
objętości tej cieczy (gazu).
Wykorzystanie prawa Pascala
Ciśnienie atmosferyczne
i hydrostatyczne
Przyczyną występowania ciśnienia atmosferycznego
i hydrostatycznego jest naciskanie warstw powietrza i cieczy na
warstwy znajdujące się niżej.
Ciśnienie hydrostatyczne wzrasta wraz w
głębokością.
Ciśnienie hydrostatyczne na danej głębokości równe jest sumie
ciśnienia atmosferycznego i ciśnienia pochodzącego od cieczy
znajdującej się powyżej.
Ciśnienie hydrostatyczne zależy również od gęstości cieczy. Im
większa gęstość tym większe ciśnienie.
DOŚWIADCZENIE (OBOWIĄZKOWE)
Cel:
BADAMY, JAKĄ WARTOŚĆ MA SIŁA, KTÓRĄ CIECZ DZIAŁA NA
ZANURZONE W NIEJ
CIAŁO
Konieczne przyrządy:
- siłomierz
- aluminiowy klocek sześcienny o znanej
objętości
- statyw
- naczynie z wodą
Czynności i pomiary:
- odczytanie dokładności i zakresu siłomierza
dokładność = ………………
zakres = od ……….. do ………....
- wieszamy klocek na siłomierzu
i odczytujemy wartość jego ciężaru Fc
Fc = ……………………
- zanurzamy klocek w wodzie i odczytujemy
wskazanie siłomierza
F = ……………………
DOŚWIADCZENIE (OBOWIĄZKOWE) cd
Wynik:
Po zanurzeniu klocka siłomierz wskazał mniejszą wartość,
bo woda działa na klocek zwróconą w górę siłą wyporu F w.
Fw = Fc – F = ………………..
Obliczmy ciężar wypartej wody:
ρw = 1 g/cm3
g = 10 N/kg
V = ………………..
Fc wypartej wody = ρw · g · V = ………………..
Wniosek:
Wartość siły wyporu jest równa ciężarowi wody wypartej
przez zanurzone w niej ciało.
Fw = Fc wypartej wody
Prawo Archimedesa
Prawo Archimedesa
Na każde ciało zanurzone w cieczy działa zwrócona w górę siła
wyporu Fw .
Wartość siły wyporu jest równa wartości ciężaru cieczy
wypartej przez to ciało.
F w = ρc · g · V
ρc – gęstość cieczy
V – objętość zanurzonej części ciała
g = 10 N/kg
– przyspieszenie ziemskie
Pływanie ciał
Warunki pływania ciał:
Fc > Fw
- ciało tonie (ρ > ρc)
Fc = Fw
- ciało pływa zanurzone na dowolnej głębokości
(ρ = ρc)
Fc < Fw
- ciało wynurza się z cieczy do momentu
zrównoważenia się ciężaru i siły wyporu,
a potem pływa po powierzchni częściowo
zanurzone (ρ < ρc);
po ustaleniu równowagi Fc = Fw
Druga zasada dynamiki
Wartość przyspieszenia ciała o masie m jest wprost
proporcjonalna do wartości wypadkowej siły F, działającej na
to ciało, a jego kierunek i zwrot są zgodne z kierunkiem i
zwrotem tej siły:
Jeśli na ciało działa stała siła, to jego przyspieszenie ma
wartość odwrotnie proporcjonalną do masy.
Definicja jednostki siły
Po przekształceniu:
F=ma
Jeden niuton jest to wartość siły, która ciału o masie
1 kg nadaje przyspieszenie o wartości 1
1 N = 1kg ⋅ 1
.
Spadanie swobodne ciał
Swobodne spadanie ciał jest ruchem jednostajnie
przyspieszonym zachodzącym pod wpływem siły ciężkości.
Przyspieszenie ziemskie
Przyspieszenie z jakim porusza się ciało swobodnie
spadające (tzn. w próżni), nazywamy przyspieszeniem
ziemskim.
W Polsce
g = 9,81 m/s2
Przyspieszenie z jakim ciała spadają na Ziemię pod działaniem
siły ciężkości (pomijamy opór powietrza), nie zależy od ich
masy i jest w danym miejscu na Ziemi jednakowe dla
wszystkich ciał.
Szybkość w spadku swobodnym
W swobodnym spadku ciał (vo = 0) szybkość po czasie t
obliczamy ze wzoru: