8_Силы_проявляющиеся_придеформации_и_взаимодействия_тела_с_опорой

1.

СИЛЫ В МЕХАНИКЕ
Силы при деформации
и взаимодействии тела
с опорой или подвесом
груз
Почему пружина растягивается,
Физика • СПО • занятие на 90 минут
а стол удерживает книгу?

2.

Зачем нам эта тема?
• Почему матрас прогибается под человеком?
• Почему резинка возвращается к прежней длине?
книга
• Почему книга не проваливается сквозь стол?
• Почему лампа держится на подвесе?
• Объясним знакомые ситуации с помощью сил и простых
формул.
Стол действует
на книгу
2

3.

План занятия • 90 минут
• 1. Наблюдаем явления и вспоминаем силы — 10 мин
• 2. Деформация и сила упругости — 20 мин
• 3. Закон Гука и задача — 15 мин
• 4. Сила тяжести и вес тела — 15 мин
• 5. Реакция опоры и натяжение подвеса — 15 мин
• 6. Жизненные задачи, проверка и итог — 15 мин
3

4.

Что такое сила?
• Сила характеризует действие одного тела на другое.
• Она может изменить скорость или вызвать деформацию.
• Сила — вектор: имеет модуль и направление.
F→
ящик
• Единица силы — ньютон (Н).
толчок
4

5.

Что такое деформация?
• Деформация — изменение формы или размеров тела под
действием силы.
ДО
ПОСЛЕ
• Растяжение: резинка становится длиннее.
• Сжатие: губка или пружина укорачивается.
• Изгиб: линейка прогибается.
• Кручение: скручиваем полотенце.
изменение длины
5

6.

Упругая и пластическая деформация
• Упругая: после снятия нагрузки тело возвращается к
исходной форме.
• Пластическая: изменение формы сохраняется.
• Примеры: пружина (упругая при небольшой нагрузке),
смятая банка (пластическая).
губка
возвращается
банка
форма осталась
• Если воздействие слишком велико, даже упругое тело
может повредиться.
6

7.

Сила упругости
• При деформации возникает сила, которая стремится
вернуть телу исходную форму.
• Обозначение: Fупр.
• Она направлена против деформации: растянутую пружину
тянет обратно, сжатую — разжимает.
груз
Fупр ↑
7

8.

Закон Гука
Fупр = k · |Δl|
• Fупр — модуль силы упругости, Н.
• k — жёсткость пружины, Н/м.
• Δl — изменение длины: Δl = l − l₀, м.
• Чем больше k, тем труднее растянуть пружину на одинаковую длину.
8

9.

Что означает жёсткость k?
• Жёсткость показывает, насколько трудно растянуть или
сжать пружину.
МЯГКАЯ
ЖЁСТКАЯ
• Большое k — жёсткая пружина; малое k — мягкая.
• Для одинакового растяжения жёсткой пружине нужна
большая сила.
легче
труднее
9

10.

Задача 1. Растянутая резинка
• В учебном опыте резинка растянулась на 2 см.
• Для модели известно: k = 50 Н/м.
Δl = 2 см
• Найдите модуль силы упругости.
• Подсказка: сантиметры переведите в метры.
k = 50 Н/м
10

11.

Разбор задачи 1
Δl = 0,02 м → Fупр = 50 · 0,02 = 1 Н
• Ответ: сила упругости равна 1 Н.
• В законе Гука удлинение обязательно выражаем в метрах.
11

12.

Сила тяжести: почему предметы падают?
• Земля притягивает находящиеся рядом тела.
• Сила тяжести направлена вниз, к центру Земли.
мяч
• Обозначение: Fтяж.
• Рядом с поверхностью Земли: Fтяж = mg.
Fтяж = mg ↓
12

13.

Масса и сила тяжести — не одно и то же
Fтяж = mg
• m — масса, измеряется в килограммах.
• g ≈ 9,8 Н/кг; в простых задачах часто берём 10 Н/кг.
• Сила тяжести измеряется в ньютонах.
• Пример: m = 3 кг → Fтяж ≈ 3 · 10 = 30 Н.
13

14.

Что такое вес тела?
Fтяж на книгу ↓
• Вес P — сила, с которой тело вследствие притяжения к
Земле действует на опору или растягивает подвес.
• Книга давит на стол — это вес книги.
• Сила тяжести действует на книгу, а вес — со стороны книги
на стол.
• Это разные силы, приложенные к разным телам.
книга
стол
P: книга давит на стол
14

15.

Сила тяжести и вес: сравним
P на опору
• Fтяж действует на тело со стороны Земли.
• P — сила действия тела на опору или подвес.
• При покое на горизонтальной опоре без других
вертикальных сил: P = Fтяж = mg по модулю.
• Но это не одна и та же сила.
тело
Fтяж
15

16.

Сила реакции опоры N
• Стол немного деформируется и действует на предмет
ответной силой.
• Сила реакции опоры N направлена перпендикулярно
поверхности.
• На горизонтальном столе в простом случае покоя N = mg
по модулю.
N↑
книга
P↓
• N действует на тело, а вес P — со стороны тела на опору.
16

17.

Задача 2. Пакет продуктов на весах
• Масса пакета — 4 кг. Он неподвижно стоит на
горизонтальных весах.
• Найдите силу тяжести и силу реакции опоры.
4 кг
• Примите g = 10 Н/кг.
весы
17

18.

Разбор задачи 2
Fтяж = mg = 4 · 10 = 40 Н; N = 40 Н
• Сила тяжести равна 40 Н.
• Реакция опоры по модулю тоже 40 Н, поскольку пакет покоится на горизонтальной поверхности.
18

19.

Натяжение нити или подвеса
• Подвес удерживает груз и не даёт ему упасть.
• Сила натяжения T направлена вдоль нити, от груза к точке
крепления.
T↑
лампа
• Для груза, висящего неподвижно, T = mg по модулю.
• Примеры: лампа, груз на крючке, неподвижные качели.
Fтяж ↓
19

20.

Задача 3. Подвесная лампа
• Лампа массой 2 кг висит неподвижно на потолке.
• Найдите силу тяжести и силу натяжения подвеса.
• Примите g = 10 Н/кг.
2 кг
T вверх, Fтяж вниз
20

21.

Разбор задачи 3
Fтяж = mg = 2 · 10 = 20 Н; T = 20 Н
• Лампа покоится, поэтому силы уравновешены.
• Ответ: Fтяж = 20 Н; T = 20 Н.
• Если лампа ускоряется вверх, натяжение становится больше mg.
21

22.

Почему опора не проваливается?
• Когда мы стоим на полу, мы давим на него.
• Пол немного деформируется и действует на нас силой
реакции опоры N.
• Если пол достаточно прочный, силы уравновешены и мы
остаёмся в покое.
• Так работают стул, мост, полка и лестница.
N↑
22

23.

Силы взаимодействуют парами
стол → книга
• По третьему закону Ньютона тела действуют друг на друга
силами, равными по модулю и противоположными по
направлению.
книга
• Книга давит на стол; стол действует на книгу.
• Это две разные силы, приложенные к разным телам.
• Не путайте их с силами, уравновешивающими друг друга
на одном теле.
книга → стол
23

24.

Не путай: какая сила куда направлена?
N/T↑
• Fтяж — действует на тело, вниз, к Земле.
• N — действует на тело со стороны опоры,
перпендикулярно поверхности.
тело
• T — действует на тело со стороны нити, вдоль нити.
• P — сила, с которой тело действует на опору или
растягивает подвес.
Fтяж ↓
24

25.

Задача 4. Полка и книги
• На полке лежат книги общей массой 6 кг.
• Найдите силу тяжести и реакцию опоры, если книги
неподвижны.
N↑
книги: 6 кг
• Примите g = 10 Н/кг.
• Почему тяжёлые предметы нельзя ставить на непрочную
полку?
P↓
25

26.

Разбор задачи 4
Fтяж = mg = 6 · 10 = 60 Н; N = 60 Н
• Ответ: сила тяжести — 60 Н; реакция полки по модулю — 60 Н.
• Прочность полки ограничена: слишком большая нагрузка может вызвать деформацию или
поломку.
26

27.

Что происходит в лифте?
• Когда лифт стоит или движется равномерно, показание
весов обычно равно mg.
• При ускорении лифта вверх реакция опоры и кажущийся
вес больше mg.
N↑
• При ускорении вниз — меньше mg.
• Показание весов может меняться, хотя масса человека не
меняется.
человек
Fтяж ↓
кабина лифта
27

28.

Задача 5. Чемодан в лифте
• Масса чемодана — 10 кг. Лифт неподвижен.
• Найдите силу тяжести и реакцию опоры.
• Дополнительно: что изменится, если лифт начнёт
ускоряться вверх?
• Примите g = 10 Н/кг.
10 кг
пол лифта
28

29.

Разбор задачи 5
Fтяж = mg = 10 · 10 = 100 Н
• При покое: Fтяж = 100 Н и N = 100 Н.
• При ускорении вверх: N > 100 Н.
• При ускорении вниз: N < 100 Н (если тело сохраняет контакт с полом).
29

30.

Как решать задачи на силы?
• 1. Определите тело, для которого рассматриваете силы.
• 2. Нарисуйте тело и стрелками покажите силы, действующие на него.
• 3. Запишите данные и переведите единицы в СИ.
• 4. Если тело покоится, проверьте, уравновешены ли силы.
• 5. Подставьте значения в формулу и запишите единицы ответа.
30

31.

Мини-проверка
• 1. Что называют деформацией?
• 2. Чем упругая деформация отличается от пластической?
• 3. Запишите закон Гука и поясните величины.
• 4. Чем сила тяжести отличается от веса?
• 5. Куда направлена реакция опоры?
• 6. Как направлена сила натяжения подвеса?
31

32.

Ответы для самопроверки
• 1. Изменение формы или размеров тела.
• 2. Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки; пластическая сохраняется.
• 3. Fупр = k|Δl|; k — жёсткость, Δl — изменение длины.
• 4. Сила тяжести действует на тело; вес — сила действия тела на опору или подвес.
• 5. Перпендикулярно поверхности, от опоры на тело.
• 6. Вдоль нити, от тела к точке крепления.
32

33.

Самостоятельная работа
• А. Пружина жёсткостью 200 Н/м растянута на 3 см. Найдите силу упругости.
• Б. Рюкзак массой 5 кг покоится на полу. Найдите Fтяж и N (g = 10 Н/кг).
• В. Горшок массой 1,5 кг неподвижно висит на подвесе. Найдите Fтяж и T (g = 10 Н/кг).
33

34.

Ответы к самостоятельной работе
• А. Δl = 0,03 м; Fупр = 200 · 0,03 = 6 Н.
• Б. Fтяж = 50 Н; N = 50 Н.
• В. Fтяж = 15 Н; T = 15 Н.
34

35.

Главное, что нужно запомнить
• Деформация — изменение формы или размеров тела.
• Сила упругости: Fупр = k|Δl|.
• Сила тяжести: Fтяж = mg.
• Вес P — сила действия тела на опору или подвес.
• Реакция опоры N и натяжение T действуют на тело со стороны опоры и подвеса.
• Сначала определяем, на какое тело действует сила, затем выбираем формулу.
35

36.

Рефлексия и домашнее задание
• Закончите фразы: «Теперь я понимаю…», «Мне было сложно…», «В жизни я замечал(а)…».
• Выписать 4 основные формулы с пояснениями величин.
• Придумать бытовой пример силы упругости, реакции опоры или натяжения подвеса.
• Дополнительно: объяснить, почему показания весов в ускоряющемся лифте могут меняться.
36