Понятия взаимодействия, инертности, массы, силы

Типовые задачи

1. На горизонтальном участке пути маневровый тепловоз толкнул вагон. Какие тела действуют на вагон во время толчка и при свободном качении? Обозначьте силы, которые действуют на вагон со стороны этих тел. Как будет двигаться вагон под влиянием этих тел?

2. 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.

3. При колке дров в полене застрял топор. Как лучше ударить о твердую опору: вниз поленом или вниз обухом топора, чтобы расколоть полено?

Краткая теория:

Все тела взаимодействуют друг с другом. Взаимодействие может быть различным: электрическим, химическим, тепловым, еще каким-нибудь. Среди разного рода взаимодействий выделим механическое взаимодействие. При механическом взаимодействии появляется ускорение тел и их деформация, то есть изменяется скорость и форма.
Изменение скорости происходит не мгновенно. Тело как бы сопротивляется воздействию. Это свойство называется инертностью тел. Характеристикой инертности является масса. Чем больше масса, тем более инертно тело. Тела с маленькой массой чувствительны к внешним воздействиям. В системе СИ масса измеряется в килограммах.
Скорость тела изменяется при взаимодействии с другими телами. Если тело не взаимодействует с другими, то оно будет сохранять свою скорость. Это явление называется инерцией.
При взаимодействии тела действуют друг на друга. Характеристикой действия является сила. Чем больше действие, тем больше сила. Чем больше сила, тем больше ускорение тела и деформация (для одного и того же тела). В системе СИ сила измеряется в ньютонах. Сила - величина векторная. Это означает, что она характеризуется не только своей величиной, но и направлением. Точку приложения силы можно переносить по линии действия силы.

Формулы для решения:

Где "a" - ускорение, "x" - деформация, "f" - сила.

Алгоритм решения типовой задачи:

1. Кратко записать условие задачи.
2. Изобразить условие графически в произвольной системе отсчета. Нарисовать взаимодействующие тела, обозначить силы, действующие на интересующее нас тело (точку).
3. Записать ответ.

Примеры решения:

Задача 1.

На горизонтальном участке пути маневровый тепловоз толкнул вагон. Какие тела действуют на вагон во время толчка и при свободном качении? Обозначьте силы, которые действуют на вагон со стороны этих тел. Как будет двигаться вагон под влиянием этих тел?

Решение.

1. Краткая запись условия в этом случае не нужна.
2. Изображаем условие графически

Ответ: На вагон в момент удара действует маневровый тепловоз, Земля и рельсы. Тепловоз толкает вагон, Земля притягивает его, рельсы не дают проваливаться. Под влиянием маневрового тепловоза вагон начнет двигаться в ту сторону, куда был направлен удар.

Задача 2.

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.

Решение.

а)

Ответ: в момент удара на мяч действуют две силы: сила удара и сила тяжести. Сила удара больше силы тяжести.

б)

Ответ: во время полета мяча вверх на него действует сила тяжести, поэтому скорость полета мяча вверх уменьшается.

в)

Ответ: во время полета мяча вниз на него действует сила тяжести, поэтому скорость полета мяча вниз увеличивается.

г)

Ответ: при ударе мяча о землю на него действует сила со стороны земли, препятствующая его проникновению вглубь.

Задача 3.

При колке дров в полене застрял топор. Как лучше ударить о твердую опору: вниз поленом или вниз обухом топора, чтобы расколоть полено?

Решение.

При ударе о твердую опору, находящийся наверху предмет (топор или полено) будет двигаться по инерции, раскалывая или раскалываясь. Чем больше будет инерция, тем сильнее будет раскалывание. Инерция, в свою очередь, больше у более массивного тела. Таким образом, все зависит от соотношения массы топора и полена: если масса топора больше, то он должен быть сверху, то есть бить о твердую опору надо поленом, если масса полена больше, то бить надо обухом топора, чтобы полено было сверху.