Główna zawartość
Fizyka - program rozszerzony I
Kurs: Fizyka - program rozszerzony I > Rozdział 3
Lekcja 1: Wprowadzenie do sił i graficzne przedstawienie sił, działających na ciałoPrzypomnienie wiadomości o siłach i o graficznym przedstawieniu sił, działających na dane ciało
Przegląd wiadomości o siłach i o graficznym przedstawieniu sił działających na dane ciało. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości.
Pojęcia kluczowe
| Termin | Wyjaśnienie | |
|---|---|---|
| Siła | Potocznie, czynnik powodujący zmianę ruchu ciała, ściśle wielkość wektorowa bedąca miarą oddziaływań pomiędzy ciałami, których skutkiem jest zmiana pędu tych ciał. Siłę najczęściej oznaczamy symbolem | |
| Siła kontaktowa | Sila, która wymaga bezpośredniego kontaktu, zetknięcia się dwóch obiektów. Siłami kontaktowymi są na przykład napięcie nici, która utrzymuje wiszący ciężar, reakcja powierzchni stołu na nacisk leżącej na niej masy, czy siła tarcia. | |
| Siła długozasięgowa | Siła, która działa na ciało, pomimo że nie jest ono w kontakcie z jej żródłem. Przykładem siły długozasięgowej jest siła przyciągania grawitacyjnego, czyli ciężar ciała. | |
| Rysunek sił działających na ciało | Rysunek, na którym symbolicznie przedstawiono ciało i siły, które na nie działają . Ciało będziemy oznaczać czarnym kółkiem, a siły, które jak wiadomo są wektorami, strzałkami skierowanymi od ciała w odpowiednich kierunkach. |
Różne rodzaje sił, które napotkasz w zadaniach
| Siła jej typowe oznaczenie | Rodzaj siły | Opis |
|---|---|---|
| Ciężar ( | Długozasięgowa | Siła, której źródłem jest pole grawitacyjne. Działa na masę ciała. Czasem nazywana siłą grawitacji. Ma zawsze charakter przyciągający, tzn. działa zawsze w kierunku do źródła, w przypadku przyciągania ziemskiego w dół w kierunku do środka Ziemi. |
| Naprężenie ( | Kontaktowa | Siła, z jaką nić, drut, sznurek, lina lub łańcuch ciągnie za ciało i skierowana w ich kierunku. |
| Siła reakcji podłoża ( | Kontaktowa | Siła, z jaką obiekt, który styka się z ciałem, działa na nie. Działa prostopadle do powierzchni styku obiektu z ciałem. |
| Siła tarcia ( | Kontaktowa | Siła, która przeciwdziała ślizganiu się powierzchni po sobie. Działa równolegle do płaszczyzny styku dwóch ślizgających się po sobie powierzchni. |
Jak systematycznie rozrysować siły, działające na ciało?
- Zacznij od sił kontaktowych. Najprościej sprawdzić jakie inne obiekty dotykają ciało, na które działają analizowane siły, rysując szkic sytuacji (Rysunek 1). Narysuj kropkę w miejscu, w którym zewnętrzny obiekt styka się z ciałem; kropka oznacza co najmniej jedną siłę kontaktową. Naszkicuj za pomocą strzałek wektory sił kontaktowych, tak jak działają one na ciało. Pamiętaj o właściwym zwrocie.
- Jeśli już wszystkie siły kontaktowe zostały zidentyfikowane i oznaczone, zaznacz na kolejnym rysunku kropkę, która będzie oznaczać ciało, którym jesteśmy zainteresowani (Rysunek 2). Siły, które zaznaczamy strzałkami, których początkiem jest ta kropka, oznaczają siły działające na ciało, a zatem sił, którymi ciało działa na otaczające obiekty, nie zaznaczamy.
- Aby wykonać konkretne obliczenia na składowych wektorów, narysuj układ współrzędnych i oznacz dodatnie kierunki osi. Choć formalnie rozwiązać można rozwiązać zadanie w dowolnym układzie współrzędnych, inteligenty wybór układu współrzędnych może uprościć rozumowanie i obliczenia. Na przykład, jeśli ciało znajduje się na równi pochylej, często dobrze jest wybrać układ współrzędnych tak, by jedna z osi była równoległa do powierzchni równi.
- Narysuj siły kontaktowe. Tak jak wspomniano powyżej, siły rysujemy jako strzałki zaczynające się w kropce, oznaczającej ciało i skierowane we właściwym kierunku. Oznacz wszystkie strzałki tak, by było jasne, która strzałka odpowiada jakieś sile. Pamiętaj, że Chodzi o naszkicowanie rysunku, który pomoże Ci zrozumieć, jakie siły działają na ciało, którego ruch analizujemy. Dobrze wykonany rysunek jest często kluczowym czynnikiem, który pomoże Ci prawidłowo rozwiązać zadanie:
- Narysuj i zaznacz długozasięgowe siły działające na ciało. Najczęściej chodzić będzie o ciężar ciała, chyba że w grę wchodzi siła elektrostatyczna lub magnetyczna.
- Narysuj i oznacz wektor przyspieszenia, tak by strzałka zaczynała się nie na samej kropce, ale nieco z boku -- nie dotykając kropki oznaczającej nasze ciało. Jeśli rozumiesz, że przyspieszenie wynosi zero, możesz, zamiast strzałki, napisać po prostu
Na poniższym rysunku (Rysunek 2) znajduje się przykład kawałka sera, leżącego na płaskiej powierzchni stołu i odpowiadający tej sytuacji szkic sił działających na ser. Przyciąganie grawitacyjne Ziemi działa na ser, dając w wyniku jego ciężar (
Często spotykane błędy i nieporozumienia
- Czasem ktoś doda do rysunku sił działających na dane ciało także siły, którymi ciało działa na obiekty w swoim otoczeniu. To błąd, aby prawidłowo napisać i rozwiązać równania wynikające z drugiej zasady dynamiki Newtona, musimy uwzględnić wyłącznie siły działające na dane ciało. Zastanów się, czy w analizie ruchu ciała trzeba uwzględnić siłę przyciągania grawitacyjnego, z którą to ciało przyciąga Ziemię?
- Zdarza się, że trudności sprawia określenie kierunków i zwrotów sił działających na dane ciało. Ciężar jest zawsze skierowany pionowo w dół, siła tarcia działa równolegle do przesuwających się po sobie powierzchni, siła reakcji przedmiotu, na który ciało działa siłą, jest zawsze prostopadła do powierzchni styku, a siła napięcia nici zawsze ciągnie ciało, a nie pcha je.
Dowiedz się więcej
Jeśli chcesz osiągnąć mistrzowskie zrozumienie diagramów sił działających na dane ciało, zajrzyj do ćwiczenia Wprowadzenie do graficznego przedstawienia sił, działających na dane ciało.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji