§ 6. Взаимодействие тел. Сила

Определения и обозначения

Взаимодействие тел — взаимное действие тел друг на друга, при котором изменяются их движение или форма. Например, мяч после удара начинает двигаться, а пружина при сжатии меняет форму. Это понятие нужно, чтобы объяснять причины изменений, а не только описывать результат.

Сила — физическая величина, характеризующая взаимодействие тел и вызывающая изменение скорости или деформацию. Сила может разогнать, затормозить или повернуть тело, а также растянуть, сжать или согнуть его. Поэтому по силе можно судить о действии одного тела на другое.

Ньютон — единица измерения силы, обозначаемая Н. Если в условии сказано, что сила равна 5 Н, это означает её числовое значение в принятой единице. Ньютон не следует путать с килограммом: килограмм служит единицей массы.

Динамометр — прибор для измерения силы. Обычно внутри него находится пружина: под действием силы она растягивается, а её растяжение связано с показанием шкалы. Прибор помогает получить числовое значение силы в ньютонах.

Как это устроено

Взаимодействие проявляется двумя основными способами: изменением движения и деформацией. Если тело получает толчок, его скорость может увеличиться, уменьшиться или изменить направление. Если действие меняет форму тела, это называют деформацией, например растяжением резинки или сжатием мяча.

Действие одного тела не бывает односторонним, потому что тела воздействуют друг на друга. Ладонь давит на стену, но стена давит на ладонь, поэтому ощущается сопротивление. Даже если заметно только изменение одного тела, ответное действие второго всё равно существует.

Силе недостаточно приписать только число, поскольку одинаковое по значению воздействие может быть направлено в разные стороны. Кроме того, результат зависит от места, где сила действует: толчок за край двери поворачивает её иначе, чем толчок около петли. Поэтому силу характеризуют значением, направлением и точкой приложения.

На рисунке силу изображают направленным отрезком, то есть стрелкой. Начало стрелки помещают в точке приложения, а её острие показывает направление действия. Длину отрезка выбирают по масштабу: например, 1 см может соответствовать 2 Н, поэтому большая сила будет показана более длинной стрелкой.

Для измерения силы тело соединяют с крючком динамометра и смотрят, на какую отметку переместилась указательная часть. Пружина растягивается тем сильнее, чем больше действие силы, поэтому шкала позволяет сравнивать воздействия. Результат записывают в ньютонах, а перед измерением проверяют нулевую отметку и не превышают предел прибора.

Характеристики силы

Таблица показывает, какие признаки нужно указать при описании силы. Сначала определите, что именно характеризуется, затем найдите способ изображения или измерения. При разборе рисунка отдельно проверьте длину стрелки, её направление и начало.

Если нужно описать силу полностью, нельзя ограничиваться одной характеристикой. По показанию динамометра находят значение, по стрелке — направление, а по её началу — точку приложения. Результат проверяют наблюдением: изменилось ли движение тела или его форма.

Разбор задач

Примеры взаимодействия тел

Условие. Приведите примеры взаимодействия тел и укажите, как оно проявляется. Нужно назвать не просто два тела рядом, а показать их взаимное действие и заметный результат.

1. Выберем удар ноги по мячу: нога действует на мяч и изменяет его скорость.
2. Рассмотрим сжатие пружины рукой: рука меняет форму пружины, а пружина действует на руку ответно.
3. Возьмём столкновение двух тележек: каждая тележка действует на другую, из-за чего меняются их скорости.

Ответ. Примеры взаимодействия — удар по мячу, сжатие пружины и столкновение тележек. В первом и третьем случаях меняется движение, во втором — форма. Во всех примерах действие является взаимным.

Что означает стрелка силы

Условие. На рисунке сила показана стрелкой определённой длины. Объясните, что обозначают начало стрелки, её направление и длина.

1. Найдём начало стрелки: оно показывает место, где сила приложена к телу.
2. Посмотрим на острие: направление стрелки указывает, куда действует сила.
3. Сравним длину с масштабом: по ней определяют значение силы, например 1 см может соответствовать 2 Н.

Ответ. Начало стрелки обозначает точку приложения, острие — направление действия. Длина направленного отрезка показывает значение силы в выбранном масштабе. Поэтому для чтения рисунка нужны все три признака.

Изображение силы 4 Н

Условие. Динамометр показывает 4 Н. Изобразите силу в выбранном масштабе и укажите её направление и точку приложения. Направление и место приложения должны быть заданы условием рисунка или выбраны явно.

1. Выберем масштаб: 1 см соответствует 1 Н, значит, сила 4 Н будет изображена отрезком длиной 4 см.
2. Поставим начало отрезка в указанной точке тела, например в месте прикрепления крючка.
3. Проведём отрезок в выбранном направлении и поставим стрелку на конце.
4. Подпишем значение: F = 4 Н, чтобы изображение можно было проверить.

Ответ. Нужно начертить стрелку длиной 4 см при масштабе 1 см = 1 Н. Её начало — точка приложения силы, а направление выбирают по условию или указывают словами. При другом масштабе длина изменится, но значение силы останется 4 Н.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что тело может действовать на другое без ответного действия. Так происходит, если наблюдают только один заметный результат. Проверьте себя вопросом: какое действие испытывает первое тело со стороны второго?

Ошибка: называть силой только изменение движения. Силу иногда ошибочно не замечают при сжатии или растяжении неподвижного тела. Проверьте, не изменилась ли форма, даже если скорость осталась прежней.

Ошибка: указывать значение силы без направления и точки приложения. Одно число не показывает, куда и где действует сила, поэтому описание получается неполным. Проверьте, есть ли у вас число, стрелка и её начало.

Ошибка: путать ньютон с массой или килограммом. Причина — обе величины записываются числами, хотя описывают разные свойства. Проверьте единицу: Н относится к силе, кг — к массе.

Связь с другими темами

До этой темы нужно уметь наблюдать движение и деформацию тел, а также различать массу и силу тяжести. Позже сила понадобится для изучения силы тяжести, упругости, трения и условий равновесия. Изображение силы стрелкой станет основой для сложения сил и решения задач по механике.

Что запомнить

• Взаимодействие — взаимное действие тел друг на друга.
• Действие силы проявляется изменением скорости или деформацией тела.
• Сила — физическая величина, характеризующая взаимодействие тел.
• Сила имеет значение, направление и точку приложения.
• Единица силы — ньютон (Н).
• Силу измеряют динамометром.
• На рисунке силу изображают направленным отрезком со стрелкой.