Урок 6. Сила. Вес и сила тяжести - Материалы к изучению

На предыдущих занятиях вы познакомились с такими физическими величинами, как скорость, перемещение и время.  А также плотность, масса и объем. 

Сегодня на уроке вы познакомитесь еще с одной очень важной физической величиной – силой, и изучите два наиболее часто встречающиеся вида сил – силу тяжести и вес тела. В повседневной жизни мы часто используем слово «сильный». Сильный ветер. 

Или сильный человек.

В науке сила - это физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое. Для обозначения большинства сил используется буква латинского алфавита F, а единица измерения силы названа в честь знаменитого английского физика Исаака Ньютона.

Силы могут быть как очень большими по значению, так и очень маленькими. 

К примеру, сила, с которой дом действует на поверхность земли, может достигать нескольких миллионов ньютон. Тогда как сила, с которой наэлектризованная расческа притягивает волосы, составляет всего лишь сотые доли ньютона.

Для записи больших сил используют кратные приставки кило или мега, а для малых сил - дольную приставку милли.  

 1 килоньютон равен тысяче ньютон.

1 меганьютон – это миллион ньютон.

миллиньютон – это одна тысячная ньютона.

Как вы видели из предыдущих примеров, сила имеет направление и поэтому является векторной величиной. Изображаются силы с помощью стрелок, указывающих направление действия силы: дом действует на землю, а расческа – на волосы.

В природе существуют различные виды сил. Например, сила упругости. Когда вы прыгаете на батуте, именно она помогает вам так высоко подлететь вверх. Или, к примеру, сила Архимеда, которая позволяет плавать кораблям. Но самая распространенная сила, которая действует на все тела на нашей планете – это сила тяжести. 

По преданию, Исаак Ньютон во время прогулки по саду увидел, как с дерева упало яблоко. Размышления об этом явлении привели его к выводу, что падение всех тел вызвано притяжением Земли.

Сила, с которой тела притягиваются к Земле, называется силой тяжести.

Сила тяжести направлена всегда к центру Земли вдоль ее радиуса. 

Так как она действует на всё тело, точкой приложения силы тяжести считают центр масс тела. Сила тяжести пропорциональна массе тела. То есть, чем больше масса тела, тем больше действующая на него сила тяжести, и наоборот – тело меньшей массы Земля притягивает к себе с меньшей силой. Коэффициент пропорциональности в соотношении силы тяжести и массы тела является одинаковым для всех объектов, находящихся вблизи земной поверхности.

Этот коэффициент обозначается латинской буквой g = 9.8 Н/кг

Для упрощения расчетов часто используют округленное значение этого коэффициента – 10 Н/кг.

Для того, чтобы рассчитать силу тяжести необходимо массу тела умножить на коэффициент пропорциональности g.

Давайте определим силу, с которой Земля притягивает к себе яблоко массой 200 грамм. Воспользуемся формулой F=mg. Важно помнить, что перед расчетами нужно перевести единицы измерения в систему СИ. В данном случае 200 грамм – это 0,2 килограмма. Итак, подставим числа: F=0, 2кг * на 10 Н/кг = 2 Ньютона. 

Благодаря тому, что тела притягиваются к земле, они оказывают воздействие на другие тела своим весом.Вес тела – это сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие своего притяжения к Земле. В отличие от большинства других сил, вес обозначают не буквой F, а буквой Р, но, как и все остальные силы, вес измеряется в Ньютонах.

Но что же такое вес? Давайте рассмотрим пример. 

Мальчик лежит на диване. На него действует со стороны Земли сила тяжести. 

Мальчик, в свою очередь, действует на диван с некоторой силой. Эта сила - вес мальчика.

Или представим себе люстру, висящую на потолке. На нее тоже действует сила тяжести, поэтому люстра, в свою очередь, действует своим весом на крепление в потолке. 

Важно помнить, что в жизни мы часто взаимозаменяем вес и массу тела, но в физике это две разные физические величины. Но как же определить вес тела? Существует два способа: 

Вес можно измерить. 

Или его можно рассчитать.

Измеряют вес с помощью динамометра – прибора для измерения силы. Для этого достаточно подвесить к крючку динамометра тело, вес которого нужно определить.

Чтобы рассчитать вес неподвижного тела или тела, движущегося равномерно, используют формулу P = mg, где Р – вес тела, m – его масса, а g – коэффициент земного притяжения.

Несмотря на то, что в большинстве случаев вес тела равен его силе тяжести, между весом и силой тяжести имеются определенные различия и некоторые другие сходства. Начнем с того, что у них общего: 

-И вес, и сила тяжести являются силами.

-Обе силы направлены вертикально вниз.

-Обе эти величины измеряются в Ньютонах.

-Для измерения обеих сил можно использовать динамометр.

-В состоянии покоя или при равномерном движении вес тела численно равен его силе тяжести

А теперь рассмотрим различия:

-Эти силы имеют разные точки приложения. Сила тяжести приложена к самому телу. Тогда как вес этого тела приложен к его опоре или подвесу. 

-На одной и той же высоте над Землей у тела всегда одна и та же сила тяжести.

Но вес у тела может меняться, если оно движется по вертикали с переменной скоростью. 

-У любого тела, находящегося в пределах земли, всегда есть сила тяжести. Однако, вес у тела в некоторых ситуациях может отсутствовать. Например, когда тело свободно падает вместе со своей опорой, то оно не оказывает никакого воздействия на свою опору. То есть в это момент тело испытывает состояние невесомости.

Для того, чтобы испытать состояние, близкое к невесомости, не обязательно лететь в космос. Его можно испытать в течение нескольких секунд, когда мы катаемся на аттракционах или прыгаем с вышки в воду.