Как найти силу от которой зависит ускорение

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 10 класс>>Физика: Связь между ускорением и силой

   После того как мы научились измерять силу и знаем, как определять ускорение, можно ответить на главный вопрос: как зависит ускорение тела от действующих на него сил?
   Экспериментальное определение зависимости ускорения от силы. Установить на опыте связь между ускорением и силой с абсолютной точностью нельзя, так как любое измерение дает только приблизительное значение измеряемой величины. Но подметить характер зависимости ускорения от силы можно с помощью несложных опытов. Уже простые наблюдения показывают, что, чем больше сила, тем быстрее меняется скорость тела, т. е. больше его ускорение. Естественно предположить, что ускорение прямо пропорционально силе. Ускорение, конечно, может зависеть от силы и гораздо более сложным образом, но сначала надо посмотреть, не справедливо ли самое простое предположение.
   Проще всего изучить поступательное движение тела, например металлического бруска, так как только при поступательном движении ускорение всех точек одинаково и мы можем говорить об определенном ускорении тела в целом. Однако в этом случае сила трения о стол довольно велика и, главное, ее трудно точно измерить. Поэтому возьмем установленную на рельсы тележку с легкими колесами. Тогда сила трения будет сравнительно невелика, а массой колес можно пренебречь по сравнению с массой тележки (рис.3.8).

   Пусть на тележку действует постоянная сила со стороны нити, к концу которой прикреплен груз. Модуль силы измеряется пружинным динамометром. Эта сила постоянна, но не равна при движении силе тяжести, действующей на подвешенный груз. Измерить ускорение тележки непосредственно, определяя изменение ее скорости за малый интервал времени, весьма затруднительно. Но его можно оценить, измеряя время, затрачиваемое тележкой на прохождение пути s.
   Предполагая, что при действии постоянной силы ускорение тоже постоянно, так как оно однозначно определяется силой, можно использовать кинематические формулы для равноускоренного движения. При начальной скорости, равной нулю,

где x₀ и x₁ — начальная и конечная координаты тела. Отсюда

   Тщательные измерения модулей сил и ускорений показывают прямую пропорциональность между ними: . Векторы и  направлены по одной прямой в одну и ту же сторону.
  Если на тело одновременно действуют несколько сил, то ускорение тела будет пропорционально геометрической сумме всех этих сил. Иначе говоря, если:

то
   Это положение иногда называют принципом суперпозиции (наложения) сил. Отметим, что действие каждой силы не зависит от наличия других сил.
  Что такое инерция? Итак, согласно механике Ньютона сила однозначно определяет ускорение тела, но не его скорость. Это нужно очень отчетливо представлять себе. Сила определяет не скорость, а то, как быстро она меняется. Поэтому покоящееся тело приобретает заметную скорость под действием силы лишь за некоторый интервал времени.
   Ускорение возникает сразу, одновременно с началом действия силы, но скорость нарастает постепенно. Даже очень большая сила не в состоянии сообщить телу сразу значительную скорость. Для этого нужно время. Чтобы остановить тело, опять-таки нужно, чтобы тормозящая сила, как бы она ни была велика, действовала некоторое время.
   Именно эти факты имеют в виду, когда говорят, что тела инертны. Приведем примеры простых опытов, в которых очень отчетливо проявляется инертность тел.
   1. На рисунке 3.9 изображен массивный шар, подвешенный на тонкой нити. Внизу к шару привязана точно такая же нить. Если медленно тянуть за нижнюю нить, то, как и следует ожидать, порвется верхняя нить: ведь на нее действуют и шар своей тяжестью, и сила, с которой мы тянем шар вниз. Однако если за нижнюю нить очень быстро дернуть, то оборвется именно она, что на первый взгляд довольно странно.

   Но это легко объяснить. Когда мы тянем за нить медленно, то шар постепенно опускается, растягивая верхнюю нить до тех пор, пока она не оборвется. При быстром рывке с большой силой разрывается нижняя нить. Шар получает большое ускорение, но скорость его не успевает увеличиться сколько-нибудь значительно за тот малый промежуток времени, в течение которого нижняя нить сильно растягивается и обрывается. Верхняя нить поэтому мало растягивается и остается целой.
   2. Интересен опыт с длинной палкой, подвешенной на бумажных кольцах (рис.3.10). Если резко ударить по палке железным стержнем, то палка ломается, а бумажные кольца остаются невредимыми. Этот опыт вы объясните сами.

   3. Наконец, самый, пожалуй, эффектный опыт. Если выстрелить в пустой пластмассовый сосуд, пуля оставит в стенках правильные отверстия, но сосуд останется целым. Если же выстрелить в такой же сосуд, заполненный водой, то сосуд разорвется на мелкие части. Это объясняется тем, что вода малосжимаема и небольшое изменение ее объема приводит к резкому возрастанию давления. Когда пуля очень быстро входит в воду, пробив стенку сосуда, давление резко возрастает. Из-за инертности воды ее уровень не успевает повыситься, и возросшее давление разрывает сосуд на части.
   Законы механики и повседневный опыт. Основное утверждение механики достаточно наглядно и несложно. Ведь мы с рождения живем в мире тел, движение которых подчиняется законам механики Ньютона.
   Но иногда все же приобретенные из жизненного опыта представления могут подвести. Так, слишком сильно укореняется представление о том, что скорость тела будто бы всегда направлена в ту же сторону, куда направлена приложенная к нему сила. На самом же деле это не так. Например, при движении тела, брошенного под произвольным углом к горизонту, сила тяжести направлена вниз, и скорость, касательная к траектории, образует с силой некоторый угол, который в процессе полета тела изменяется.
   Сила является причиной возникновения не скорости, а ускорения тела. С направлением силы совпадает во всех случаях направление ускорения, но не скорости.
   Установлен главный для динамики факт: ускорение тела прямо пропорционально действующей на него силе.

   ???
   1. Как связано ускорение тела с силой?
   2. Что такое инерция! Приведите примеры, демонстрирующие инерцию тел, не указанные в тексте.
   3. В каких случаях направление скорости совпадает с направлением силы?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

_{Материалы по физике, планирование по физике, задания и ответы по классам, планы конспектов уроков по физике для 10 класса}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

Авторські права | Privacy Policy |FAQ | Партнери | Контакти | Кейс-уроки

©  Автор системы образования 7W и Гипермаркета Знаний — Владимир Спиваковский

При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов —
гиперссылка).
edufuture.biz 2008-© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других «взрослых» тем.

Разработка — Гипермаркет знаний 2008-

Ждем Ваши замечания и предложения на email:
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email:

Результирующая
сил, действующих на тело, равна произведению
массы
на ускорение
этого тела, измеренное в инерциальной
системе отсчёта.

Это
утверждение называют вторым законом
Ньютона, который устанавливает связь
между ускорением тела и силой, действующей
на него.

Единицей
измерения массы в системе СИ служит
килограмм (кг). Заметим, что литр воды
при комнатной температуре имеет массу
около 1 кг.

Уравнение
(9.2) является самой популярной формой
записи второго закона Ньютона, из которой
следует, что для придания телу массой
1 кг ускорения 1 м/с²
необходима сила, равная 1 кг.м/с².
Величину силы, равную 1 кг.м/с²,
называют одним Ньютоном (1 Н). Таким
образом, сила 1 Н сообщает телу массой
1 кг ускорение 1 м/с².
В системе СИ единицей измерения силы
выбран Н.

В
повседневной жизни мы часто сталкиваемся
с проявлениями этого закона. Известно,
что чем сильнее толкать тело, тем большее
ускорение можно ему сообщить. С другой
стороны, применяя одну и ту же силу,
легче разогнать пустой автомобиль, чем
гружёный.

Из
второго закона Ньютона следует, что
если результирующая сил, действующих
на тело, равна нулю, то его ускорение
тоже равно нулю, а значит, это тело может
либо быть неподвижным, либо двигаться
с постоянной скоростью.

15. Третий закон Ньютона. Единицы массы и силы.

третий
закон Ньютона: тела взаимодействуют
друг с другом силами, равными по модулю
и противоположными по направлению.

Два
тела, взаимодействующие между собой,
всегда действуют друг на друга с силами,
векторы которых равны по модулю,
противоположны по направлению и лежат
на одной прямой.

В
справедливости третьего закона Ньютона
мы убеждаемся на каждом шагу. Действительно,
делая шаг, мы действуем на землю с силой,
направленной вниз. От действия нашей
силы участок земли под ступнёй
деформируется, и возникающие в результате
этого упругие силы земли действуют на
ступню вверх. Стоя на земле, мы давим на
неё вниз с силой, равной силой тяжести,
а она в ответ действует на нас с точно
такой же силой, направленной вверх.

Наглядным
примером, иллюстрирующим третий закон
Ньютона, может служить плавание человека
в воде, когда он движется вперёд, толкая
назад воду руками и ногами. Каждый раз,
когда он с силой толкает воду назад,
такая же по величине сила действует на
него вперёд со стороны воды.

Взаимодействующие
тела действуют друг на друга с равными
по величине силами не только при
непосредственном контакте, но и на
расстоянии. Земля с помощью сил гравитации
притягивает Луну с точно такой же силой,
с какой Луна притягивает Землю. Однако
сила притяжения Луны для Земли очень
мала, так масса Земли в 80 раз больше, чем
у Луны. Поэтому Луна вращается вокруг
Земли, а Земля вокруг Солнца, масса
которого почти в миллион раз больше.
Третий закон Ньютона справедлив также
для электрических и магнитных сил.

16. Понятие о системе единиц.

Система
единиц, совокупность основных и
производных единиц, относящаяся к
некоторой системе величин и образованная
в соответствии с принятыми принципами.

МКС
— система единиц измерения, в которой
основными единицами являются метр,
килограмм и секунда.

МКСА
— система единиц измерения электрических
и магнитных величин, в которой к основным
единицам МКС добавлена четвёртая
основная единица — ампер.

МКСК
— система единиц измерения тепловых
величин, в которой к основным единицам
МКС добавлена четвёртая основная единица
— кельвин.

На
основе МКСА и МКСК в 1960 г. была принята
международная система единиц (СИ),
которая в настоящее время вытеснила
МКС, МКСА и МКСК.

Система
СИ была принята XI Генеральной конференцией
по мерам и весам, некоторые последующие
конференции внесли в СИ ряд изменений.

СИ
определяет семь основных и производные
единицы физических величин (далее —
единицы):

Единицы
системы СИ

Названия
единиц СИ пишутся со строчной буквы,
после обозначений единиц СИ точка не
ставится, в отличие от обычных сокращений.

Длина
метр
metre (meter) м m

Масса
килограмм
kilogram кг kg

Время
секунда
second с s

Сила
тока ампер
ampere А A

Термодинамическая
температура кельвин kelvin
К K

Сила
света кандела
candela кд сd

Количество
вещества моль mole
моль mol

а
также набор приставок. Установлены
стандартные сокращённые обозначения
для единиц и правила записи производных
единиц.

Основные
единицы: килограмм, метр, секунда, ампер,
кельвин, моль и кандела. В рамках СИ
считается, что эти единицы имеют
независимую размерность, т. е. ни одна
из основных единиц не может быть получена
из других.

Производные
единицы получаются из основных с помощью
алгебраических действий, таких как
умножение и деление. Некоторым из
производных единиц в СИ присвоены
собственные названия.

Приставки
можно использовать перед названиями
единиц; они означают, что единицу нужно
умножить или разделить на определённое
целое число, степень числа 10. Например,
приставка «кило» означает умножение
на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки
СИ называют также десятичными приставками.

Некоторые
единицы, не входящие в СИ, по решению
Генеральной конференции по мерам и
весам «допускаются для использования
совместно с СИ». Например: минута, час,
сутки, градус, литр, тонна, гектар, морская
миля и др.

Кроме
того, ГОСТ 8.417-2002 разрешает применение
следующих единиц: град, световой год,
парсек, диоптрия, киловатт-час, вольт-ампер,
вар, ампер-час, карат, текс, гал, оборот
в секунду, оборот в минуту. Разрешается
применять единицы относительных и
логарифмических величин, такие как
процент, промилле, миллионная доля, фон,
октава, декада. Допускается также
применять единицы времени, получившие
широкое распространение, например,
неделя, месяц, год, век, тысячелетие.

Другие
единицы применять не разрешается.

Обозначения
единиц печатают прямым шрифтом, точку
как знак сокращения после обозначения
не ставят.

Обозначения
помещают за числовыми значениями величин
через пробел, перенос на другую строку
не допускается. Исключения составляют
обозначения в виде знака над строкой,
перед ними пробел не ставится. Примеры:
10 м/с, 15°.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Второй закон Ньютона это закон который был выведен в результате проведения опытов Ньютоном.

В результате чего были выведена новая формула второго закона ньютона а = F /m, 

Что такое второй закон Ньютона, масса и вес тела

Обобщая результаты опытов Галилея по падению тяжелых тел, астрономические законы Кеплера о движении планет, данные собственных исследований.

Ньютон сформулировал второй закон динамики, количественно связывающий изменение движения тела с силами, вызывающими это изменение.

Чтобы исследовать зависимость между силой и ускорением количественно, рассмотрим некоторые опыты.

Ускорение от величины силы

I. Рассмотрим, как зависит ускорение одного и того же тела от величины силы, действующей на это тело. Предположим, что к тележке прикреплен динамометр, по показаниям которого измеряют силу.

Измерив длину пройденного тележкой пути за какой-нибудь промежуток времени t, по формуле s = (at₂) : 2 определим ускорение a.

Изменяя величину силы, проделаем опыт несколько раз. Результаты измерения покажут, что ускорение прямо пропорционально силе, действующей на тележку

a₁ : a₂ = F₁ : F₂

ИЛИ

а ~ F.

Отношение силы, действующей на тело, к ускорению есть величина постоянная, которую обозначим m. Это отношение назовем массой тела.

Зависимость ускорения от массы

II. Установим зависимость ускорения тела от его массы. Для этого будем действовать на тележку какой-нибудь постоянной силой, изменяя массу (помещая различные грузы на тележку).

Ускорения тележки будем определять так же, как и в первом опыте. Опыт покажет, что ускорение тележки обратно пропорционально массе, то есть

(a₁/a₂) = (m₂/m₁), или а ~ (1/m)

Обобщая результаты опытов, можно заметить, что ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе данного тела (второй закон ньютона формулировка).

Этот вывод называется вторым законом Ньютона. Математически этот закон можно записать так (формула второго закона ньютона):

а = F /m

где а — ускорение, m—масса тела, F — результирующая всех сил, приложенных к телу. В частном случае на тело может действовать и одна сила.

Результирующая сила F равна векторной сумме всех сил, приложенных к телу;

F = mа.

Следовательно, сила равна произведению массы на ускорение.

Второй закон динамики можно записать в иной более удобной форме. Учитывая, что ускорение

а = (υ₂ — υ₁) / (t₂ — t₁)

подставим это выражение в уравнение второго закона Ньютона. Получим

F = ma = (mυ₂ — mυ₁) / (t₂ — t₁) = (∆(mυ))/∆t

Что такое импульс

Импульсом, или количеством движения, называется вектор, равный произведению массы тела на его скорость (тυ).

Тогда основной закон динамики можно сформулировать следующим образом: сила равна изменению импульса в единицу времени (второй закон ньютона в импульсной форме)

F = (∆(mυ))/∆t

Это и есть наиболее общая формулировка второго закона Ньютона. Массу тела Ньютон определил как количество вещества, содержащегося в данной теле. Это определение несовершенно.

Из второго закона Ньютона вытекает следующее определение массы. Из равенства 

a₁/a₂= m₂/m₁ 

видно, что чем больше масса тела, тем меньше ускорение получает тело, то есть тем труднее изменить скорость этого тела и наоборот.

Следовательно, чем больше масса тела, тем в большей степени это тело способно сохранять скорость неизменной, то есть больше инертности. Тогда можно сказать, что масса есть мера инертности тела.

Эйнштейн доказал, что масса тела остается постоянной только при определенных условиях. В зависимости от скорости движения тела его масса изменяется по такому закону:

где m — масса тела, движущегося со скоростью υ; m₀ — масса этого же тела, находящегося в покое; с = 3 • 10⁸м/с скорость света в вакууме.

Проанализируем данное уравнение:

1. Если υ«с, то величиной —, как очень малой, можно пренебречь и m = m₀, то есть при скоростях движения, много меньших скорости света, масса тела не зависит от скорости движения;
2. Если υ ≈ с, то υ₂/с₂ ≈ 1, тогда т = m₀/0— отсюда вытекает, что m → ∞.

По мере увеличения скорости тела для его дальнейшего ускорения нужно будет прикладывать все увеличивающиеся силы.

Но бесконечно больших сил, которые потребовались бы для сообщения телу скорости, равной скорости света, в природе не существует.

Таким образом, заставить рассматриваемое тело двигаться со скоростью света принципиально невозможно.

Со скоростями, близкими к скорости света, современная физика встречается: так разгоняются, например, элементарные частицы в ускорителях.

Масса тела с ростом скорости

Масса тела с ростом скорости увеличивается, но количество вещества остается неизменным, возрастает инертность. Поэтому массу нельзя путать с количеством вещества.

Покажем связь между силой тяжести, массой тела и ускорением свободного падения. Любое тело, поднятое над Землей и ничем не поддерживаемое, падает снова на Землю.

Это происходит вследствие того, что между телом и Землей существует притяжение (этот вопрос более подробно рассмотрим позже). 

Сила, с которой тело притягивается к Земле, называется силой тяжести. Падение тел в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести (при υ₀ = 0) называется свободным падением. 

Отметим, что для тел, покоящихся в поле сил тяготения, сила тяжести равна весу тела Р.

Весом тела называется сила, с которой тело давит на горизонтальную подставку, неподвижную относительно Земли, или действует на подвес.

Если Р— сила тяжести, m — масса, g — ускорение силы тяжести (в данной точке Земли оно для всех тел одинаковой среднее его значение равно 9,8м/с²), то применяя второй закон динамики, получим

P = mg.

Выразим с помощью этой формулы веса двух различных тел. Тогда:

P₁ = m₁g и Р₂ = m₂g. Разделив почленно эти два равенства, будем иметь

P₁/P₂ = m₁/m₂

Следовательно, веса тел в данной точке земной поверхности прямо пропорциональны их массам.

Задачи на второй закон ньютона

1. Какая сила F действует на автомобиль массой кгm=1000 кг, если он движется с ускорением мсa=1 м/с².

Дано:
m = 1000 кг
a = 1 м/с²

Найти: F — ?

Решение:

Запишем второй закон Ньютона :

F = mа.

F = 1000 кг • 1 м/с² = 1000 Н

Ответ: 1000 Н.

2. На мяч действует сила F = 70Н, масса мяча m = 0,2 кг, найти его ускорение a.

Дано:

m = 0,2 кг,

F = 70Н

Найти:

a — ?

Решение:

Запишем второй закон Ньютона :

F = mа.

Следовательно а = F / m.

а = 70Н : 0,2 кг = 350 м/с.

Ответ: а = 350 м/с.

Статья на тему Второй закон Ньютона