3. Взаимодействие тел

Определения и обозначения

Взаимодействие тел — взаимное действие тел друг на друга, из-за которого может измениться их движение или форма. Например, рука толкает тележку, а тележка действует на руку. Это понятие помогает объяснить, почему тела начинают двигаться, меняют направление или деформируются.

Сила — величина, характеризующая действие одного тела на другое; её обозначают буквой F. Силой можно описать, насколько сильно и в каком направлении одно тело действует на другое. Это нужно, чтобы сравнивать действия и измерять их, а не просто говорить «сильно» или «слабо».

Деформация — изменение формы или размеров тела при взаимодействии с другими телами. Так происходит, например, когда пружину растягивают или линейку сгибают. Понятие помогает заметить результат действия даже тогда, когда тело почти не сдвинулось с места.

Динамометр — прибор для измерения силы; его показания выражают в ньютонах. Внутри прибора есть пружина, которая растягивается под действием силы. Динамометр нужен, чтобы получить численное значение силы и сравнивать разные действия.

Как это устроено

Взаимодействие всегда происходит между телами: если одно тело действует на другое, второе тоже действует на первое. Например, рука толкает стену, но и стена давит на руку — это можно почувствовать. Действия могут быть не одинаковы по результату для каждого тела, потому что тела различаются по свойствам и могут быть закреплены или свободны. Но участниками взаимодействия в любом случае являются оба тела.

Толчок или удар способен изменить движение тела, потому что при контакте одно тело действует на другое силой. Если толкнуть неподвижную тележку, она начнёт двигаться: её скорость изменится от нулевой до ненулевой. Если толкнуть уже движущуюся тележку, она может поехать быстрее или медленнее. Поэтому силу связывают не только с началом движения, но и с изменением скорости.

При ударе может измениться не только скорость, но и направление движения. Мяч, летящий к стене, во время контакта испытывает её действие и отскакивает в другую сторону. Причина изменения направления — сила со стороны стены, которая действует на мяч в течение удара. В этот короткий момент форма мяча тоже может немного измениться, даже если глаз почти не успевает это заметить.

Действие тела может изменить его форму или размеры: это называют деформацией. При сжатии пружины её витки сближаются, потому что на пружину давят; при сгибании линейки её части смещаются относительно друг друга. Чем сильнее приложенное действие, тем заметнее деформация, если сравнивать одинаковые тела в одинаковых условиях. После прекращения действия некоторые тела возвращаются к прежней форме, а другие могут остаться изменёнными.

Силой описывают действие одного тела на другое, а результат зависит и от величины, и от направления силы. Например, слабый толчок может едва сдвинуть тележку, а более сильный — заметно изменить её скорость. Если толкать в разные стороны, направление движения тоже будет разным. Поэтому при описании силы важно учитывать не только её величину, но и то, куда направлено действие.

Силу измеряют динамометром. Когда к крючку прибора подвешивают груз, груз тянет его пружину вниз и растягивает её. Чем больше сила, тем сильнее растяжение; шкала прибора позволяет связать это растяжение с числом. Показание выражают в ньютонах — так называется единица измерения силы, названная в честь учёного Исаака Ньютона.

Как взаимодействие изменяет тела

В таблице собраны основные результаты взаимодействия. Пользуйся ею так: сначала определи, что изменилось у тела — скорость, направление или форма. Затем найди подходящую строку и сравни её с примером.

Разбор задач

Задача 1. Мальчик толкнул неподвижную тележку. Как изменилось состояние тележки и почему?

1. До толчка тележка была неподвижна, значит, её скорость равнялась нулю.
2. Рука мальчика подействовала на тележку, а тележка тоже подействовала на руку: тела взаимодействовали.
3. После толчка тележка начала двигаться, то есть её скорость изменилась. Значит, действие руки стало причиной изменения движения.

Ответ: тележка пришла в движение, потому что на неё подействовала рука мальчика.

Задача 2. Мяч ударился о стену и отскочил. Указать, что изменилось во время взаимодействия мяча со стеной.

1. До удара мяч двигался в сторону стены, а после удара полетел от неё.
2. Значит, во время взаимодействия изменилось направление движения мяча. Стена действовала на мяч силой, поэтому его движение изменилось.
3. При самом ударе мяч мог на короткое время немного сплющиться. Это изменение формы обычно быстро проходит и может быть почти незаметным.

Ответ: изменилось направление движения мяча; во время удара могла кратковременно измениться и его форма.

Задача 3. Пружину растянули сначала слабо, затем сильнее. Сравнить деформацию и объяснить, как измерить действующую силу.

1. В обоих случаях пружина взаимодействует с тем, кто её растягивает, и изменяет форму.
2. При более сильном растяжении пружина деформируется больше. Это позволяет сравнить действия, если речь идёт об одной и той же пружине.
3. Чтобы узнать величину силы, к пружине подключают динамометр или используют пружину прибора: его растяжение показывает силу по шкале.

Ответ: при более сильном растяжении деформация больше; силу измеряют динамометром, а показание записывают в ньютонах.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что взаимодействует только одно тело. Так можно подумать, потому что заметно, как рука толкает тележку, а ответное действие тележки обычно не видно. Проверка простая: вспомни, чувствуешь ли ты давление на руку при толчке стены; если да, действуют оба тела.

Ошибка — думать, что сила обязательно приводит тело в движение. Иногда тело уже движется, а сила только меняет его скорость или направление; кроме того, действие может изменить форму. Чтобы проверить себя, спроси, изменились ли движение или форма тела, а не только начало ли оно двигаться.

Ошибка — смешивать силу и движение. Движение показывает, как меняется положение тела, а сила описывает действие тел друг на друга. Если тело движется, это само по себе ещё не доказывает, что на него сейчас действует сила; проверь, говоришь ли ты о состоянии тела или о причине его изменения.

Ошибка — считать, что деформация всегда заметна. Изменение может быть очень маленьким или длиться лишь мгновение, например при ударе мяча о стену. Проверить себя можно так: подумать, могло ли тело сжаться, растянуться или согнуться хотя бы ненадолго, даже если глаз этого не различает.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться во взаимодействии, нужно знать, что тела могут покоиться или двигаться. Движение описывают изменением положения тела относительно других тел. Эти знания помогают заметить, что именно изменилось после действия.

Тема связана с изучением движения: взаимодействия объясняют, почему скорость и направление могут меняться. Когда тело действует на другое, его движение иногда становится быстрее, медленнее или направляется иначе. Поэтому наблюдение за движением помогает увидеть результат взаимодействия.

Представление о силе пригодится при изучении тяжести, трения и других видов сил. В дальнейшем можно будет сравнивать, как разные силы действуют на тела. Понятие взаимодействия помогает понять, откуда берётся такое действие.

Что запомнить

• Взаимодействие происходит между телами.
• При взаимодействии тела действуют друг на друга.
• Действие может изменить скорость или направление движения.
• Взаимодействие может вызвать деформацию тела.
• Силой характеризуют действие одного тела на другое.
• Силу измеряют динамометром в ньютонах.