Сабақ 6. Күш. Салмағы және ауырлық күші - Оқу материалдары
Алдыңғы сабақтарда жылдамдық, орын ауыстыру және уақыт, сондай-ақ тығыздық, масса және көлем сияқты физикалық шамалармен таныстыңыздар.
Бүгін сабақта тағы бір маңызды физикалық шамамен – күшпен танысасыздар және күштің ең көп таралған екі түрін – ауырлық күші мен дене салмағын үйренесіздер.
Күнделікті өмірде «күшті» деген сөзді жиі қолданамыз. Күшті жел. Немесе күшті адам.
Ғылымда күш дегеніміз-бір дененің екінші денеге әсерін сипаттайтын физикалық шама.
Көптеген күштерге сілтеме жасау үшін латын алфавитінің ЭФ әрпі қолданылады, ал күш бірлігі атақты ағылшын физигі Исаак Ньютонның есімімен аталады.
Күштердің мәні өте үлкен немесе өте аз болуы мүмкін. Мысалыға,
үй жер бетінде әрекет ететін күш бірнеше миллион Ньютонға жетуі мүмкін. Ал электрленген тарақтың шашты тартатын күші Ньютонның жүзден бір бөлігін ғана құрайды. Үлкен күштерді жазу үшін кило немесе мега еселік префикстер қолданылады, ал кіші күштер үшін милли префиксі қолданылады.
1 килоньютон мың Ньютонға тең.
1 меганьютон-миллион ньютон.
Миллиньютон-Ньютонның мыңнан бірі.
Алдыңғы мысалдардан көріп отырғаныңыздай, күштің бағыты бар, сондықтан векторлық шама. Күштер көрсеткілермен бейнеленген: үй жерге, ал тарақ шашқа әсер етеді.
Табиғатта әртүрлі күштер бар. Мысалы, серпімділік күші. Ол батутта секіргенде, жоғарыға ұшуға көмектеседі. Немесе, мысалы, Архимед күші кемелерге жүзуге мүмкіндік береді.
Бірақ біздің планетамыздағы барлық денелерге әсер ететін ең көп таралған күш – ауырлық күші. Аңыз бойынша, Исаак Ньютон бақта серуендеу кезінде ағаштан алма құлап жатқанын көрді. Бұл құбылыс туралы ойлар оны барлық денелердің құлауы жердің тартылыс күшінен туындаған деген қорытындыға әкелді.
Денелердің жерге тартылу күшін - ауырлық күші деп аталады.
Ауырлық күші әрқашан жердің центріне оның радиусы бойымен бағытталған.
Ол бүкіл денеге әсер ететіндіктен, дененің масса орталығы ауырлық күшін қолдану нүктесі болып саналады. Ауырлық күші дене салмағына пропорционалды. Яғни, дене массасы неғұрлым көп болса, соғұрлым оған әсер ететін ауырлық күші көп болады, ал керісінше – жер массасы аз денені өзіне аз күшпен тартады.
Ауырлық күші мен дене салмағының арақатынасындағы пропорционалдылық коэффициенті - жер бетіне жақын орналасқан барлық объектілер үшін бірдей.
Бұл коэффициент латын әрпімен белгіленеді және килограмға бөлінген тоғыз бүтін оннан сегіз Ньютонға тең.
Есептеулерді жеңілдету үшін осы коэффициенттің дөңгелектелген мәні – 10 Н/кг жиі қолданылады. Ауырлық күшін есептеу үшін дене салмағын g пропорционалдылық коэффициентіне көбейту керек.
Жердің салмағы 200 грамм болатын алманы өзіне тартатын күшін анықтайық.
F=mg формуласын қолданайық. Есептеуден бұрын өлшем бірліктерін Си жүйесіне ауыстыру керек екенін есте ұстау қажет. Бұл жағдайда 200 грамм – 0,2 килограммға тең болады.
Сонымен, сандарды ауыстырсақ: ЭФ 0,2 кг-ға тең она 10 Н/кг тең 2 ньютонға көбейту.
Енді салмағы 45 кг болатын балаға әсер ететін ауырлық күшін есептеп көріңіздер. Қандай жауап пайда болды?
Денелер жерге тартылғандықтан, олар салмағы бойынша басқа денелерге әсер етеді.
Дене салмағы - бұл дененің жерге тартылуына байланысты тірекке немесе суспензияға әсер ететін күш. Көптеген басқа күштерден айырмашылығы, салмақ F әрпімен емес, P (Пи) әрпімен белгіленеді, бірақ барлық басқа күштер сияқты салмақ Ньютонмен өлшенеді.
Сонымен салмақ дегеміз не екен? Мысал арқылы қарастырайық. Бала диванда жатыр. Оған Жердің ауырлық күші әсер етеді. Бала өз кезегінде диванға біршама күшпен әрекет етеді. Бұл күш - баланың салмағы.
Өмірде біз салмақ пен төбеге ілулі тұрған люстраны елестетіп көрейік.
Оған да ауырлық күші әсер етеді, сондықтан люстра өз кезегінде салмағын төбеге бекіту үшін әрекет етеді. Дене салмағын жиі алмастырып жатамыз, бірақ физикада бұл екі түрлі физикалық шамалар.
Бірақ дене салмағын қалай анықтауға болады?
Оның екі жол бар:
Салмақты өлшеуге болады.
Немесе оны есептеп шығаруға болады.
Салмақты динамометр көмегімен өлшейді – ол күшті өлшеуге арналған құрылғы. Ол үшін салмақты анықтау керек денені динамометр ілгегіне іліп қою жеткілікті.
Қозғалмайтын дененің немесе біркелкі қозғалатын дененің салмағын есептеу үшін P = mg формуласын қолданамыз, мұндағы P – дене салмағы, m – оның массасы, ал g – жердің тартылу коэффициенті.
Көптеген жағдайларда дене салмағы оның ауырлық күшіне тең болса да, салмақ пен ауырлық күші арасында белгілі бір айырмашылықтар мен басқа да ұқсастықтар бар.
Олардың арасындағы ұқсастықтардан бастасақ:
- Салмақ та, ауырлық та күштер болып табылады.
- Екі күш те тігінен төмен бағытталған.
- Бұл екі шама да Ньютонмен өлшенеді.
- Екі күшті де өлшеу үшін динамометрді пайдалануға болады.
- Тыныштық күйінде немесе бірқалыпты қозғалыста дененің салмағы оның ауырлық күшіне сан жағынан тең.
Ал енді айырмашылықтарын қарастырайық:
Бірінші. Бұл күштердің қолдану нүктелері әртүрлі. Ауырлық күші дененің өзіне қолданылады. Бұл дененің салмағы оның тірегіне немесе суспензиясына қолданылады.
Екінші айырмашылық - дененің жерден бірдей биіктікте, әрқашан бірдей ауырлық күші болады. Бірақ дененің салмағы өзгермелі жылдамдықпен тігінен қозғалса, ол өзгеруі мүмкін.
Үшінші айырмашылық - екіншісінің салдары болып табылады. Жер бетіндегі кез-келген дененің әрқашан ауырлық күші болады. Алайда, кейбір жағдайларда дене салмағы болмауы мүмкін. Мысалы, дене тірегімен еркін құлаған кезде, өзінің тірегіне ешқандай әсер етпейді. Яғни, осы сәтте дене салмақсыздық күйін сезінеді.
Салмақсыздыққа жақын күйді сезіну үшін ғарышқа ұшудың қажеті жоқ. Мұны біз атпен жүргенде немесе мұнарадан суға секіргенде бірнеше секунд ішінде сезінуге болады.
