Контрольные вопросы

1. Физический смысл ускорения свободного падения. От чего зависит его числовое значение? Как направлено ускорение свободного падения?

2. Запишите и сформулируйте закон Всемирного тяготения.

3. Опишите характер движения тела, брошенного под углом к горизонту. Что такое траектория движения, какая траектория движения, рассматриваемого в данной работе?

4. Дайте определение равнопеременного движения. Запишите кинематические уравнения для равнопеременного движения в поле тяжести Земли. Поясните величины, входящие в данное уравнение.

5. Выведите формулу (9).

Лабораторная работа № 112

Движение тела под действием постоянной силы

Цель работы:

• исследовать движение тела под действием постоянной силы с помощью компьютерной модели

• определить массу тела

• определить коэффициент трения скольжения.

Приборы и принадлежности:

• персональный компьютер

• компьютерные модели «Открытая физика 1.1».

Краткая теория

Динамика изучает движение тел, рассматривая при этом причины вызывающие это движение – силы. Силой называется векторная величина, определяющая меру взаимодействия тел друг на друга. Сила имеет направление, точку приложения и численное значение (модуль вектора силы). Основные законы динамики были сформулированы Ньютоном.

Первый закон Ньютона (закон инерции):

Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на тело не действуют силы или равнодействующая действующих на тело сил равна нулю (силы скомпенсированы).

Систему координат, в которой выполняется первый закон Ньютона, принято называть инерциальной системой. Свойство тел сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения называется инерцией. Величина ускорения, приобретаемого телом, зависит не только от величины силы, приложенной к нему, но и от массы. Масса – основная динамическая характеристика тела – количественная мера его инертности, т.е. способности тела приобретать то или иное ускорение под действием данной силы. В классической механике принимается, что: а) масса тела не зависит от скорости его движения, б) масса изолированной системы тел не изменяется при любых происходящих в ней процессах (закон сохранения массы).

Обобщение приведённых выше опытных фактов составляет содержание второго закона Ньютона:

Ускорение , приобретаемое телом под действием силы, направлено так же, как сила, а по величине пропорционально этой силе и обратно пропорционально массетела, т. е.

, или , (1)

где – коэффициент пропорциональности. В системе измерения СИ (сила измеряется в ньютонах [Н], масса измеряется в килограммах [кг], ускорение измеряется в метрах на секунду в квадрате [м/с²]), =1. Второй закон Ньютона записывается в следующем виде:

. (2)

Если одно тело действует на второе, то в свою очередь второе тело будет действовать на первое. Отношение между силами, приложенным к взаимодействующим телам, описывается третьим законом Ньютона (закон действия и противодействия):

Два взаимодействующих тела действуют друг на друга с силами равными по величине и различными по направлению, т. е.

, (3)

где – сила взаимодействия первого тела на второе,– сила взаимодействия второго тела на первое. Эти силы приложены всегда к разным телам, поэтому не могут уравновешивать друг друга.

Сила, препятствующая скольжению соприкасающихся тел друг относительно друга, называется силой трения. Трение может проявляться статически и динамически. При статическом проявлении сила трения уравновешивает силу, приложенную к одному из соприкасающихся тел, чтобы сдвинуть это тело с места по поверхности другого тела. К статическому трению относится трение покоя. Одной из причин возникновения трения являются макро- и микрошероховатости соприкасающихся поверхностей. Трение, возникающее при скольжении одной поверхности относительно другой, называется трением скольжения. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе , прижимающих её поверхностей:

, (4)

где – коэффициент трения скольжения.

Одним из способов измере-ния коэффициента трения сколь-жения состоит в определении угла наклона плоскости, при котором тело начинает скользить по плос-кости под действием силы тяже-сти. Разложим силу тяжести неко-торого тела, находящегося на нак-лонной плоскости на две состав-ляющие: параллельно наклонной плоскости и перпендикулярно к ней. Первая составляющая равна,, вторая –. Сила трения. Если сила трения больше движущей силы, то тело останется неподвижным. Если увеличивать наклон плоскости, то движущая составляющаябудет возрастать, а сила тренияубывать; при некотором углетело начнёт равномерно двигаться вниз. В этом случае

, (5)

откуда

. (6)

Коэффициент трения равен тангенсу угла наклона плоскости к горизонту.

Трение скольжение уменьшается с увеличением скорости и несколько увеличивается при увеличении давления. Изменение температуры способно сильно влиять на коэффициент трения скольжения.