Билет № 2 Вопрос 1. Явление инерции. Первый закон Ньютона. Сила и сложение сил. Второй закон Ньютона

Вопрос 1. Явление инерции. Первый закон Ньютона. Сила и сложение сил. Второй закон Ньютона.

Чтобы тело, находящееся в покое, изменило положение в пространстве, необходимо оказать на него некоторое воздействие. Поэтому кажется логичным утверждение, что без внешнего воздействия не может быть движения, и чем сильнее воздействие, тем больше скорость тела.

Чем лучше смазаны оси колёс и чем ровнее дорога, тем большее расстояние проходит тележка до остановки. В идеале, когда дорога абсолютно гладкая, т.е. когда исключены все внешние воздействия, тележка будет катиться без остановки по инерции.

Движение по инерции — движение тела, происходящее без внешних воздействий.

В земных условиях такое движение практически не встречается.

Обобщив результаты изучения движения тел при максимальном уменьшении сил трения, Г. Галилей сформулировал принцип инерции.

Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны в том смысле, что они существуют без внешнего воздействия. Кроме того, понятия «движение» и «покой» относительны и зависят от выбора системы отсчета. Например, стол в комнате, неподвижный относительно системы отсчета, связанной с домом, движется вместе с Землей вокруг ее оси и вокруг Солнца, а вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики в расширяющейся Вселенной.

Однако эквивалентность и взаимозаменяемость состояния покоя и равномерного прямолинейного движения возможны лишь в инерциальных системах отсчета, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.

Системы отсчета, в которых принцип инерции не выполняется, называют неинерциальными.

При резком увеличении скорости автобуса пассажир, находящийся в автобусе, отклоняется в сторону, противоположную направлению движения. Следовательно, скорость пассажира относительно автобуса изменяется в отсутствие внешних сил. Система отсчета, связанная с автобусом, является неинерциальной.

Инерциальная система отсчета — система отсчета, в которой тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют один и тот же вид. В этом состоит принцип относительности Галилея.

В 1687 г. принцип инерции Галилея был сформулирован И. Ньютоном в виде первого закона динамики (закона инерции).

Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее (его) изменить это состояние.

Тело движется прямолинейно и равномерно, так как все действующие на него силы скомпенсированы. Пока такая компенсация сохраняется, скорость тела либо постоянна (при прямолинейном равномерном движении), либо равна нулю (в состоянии покоя). Во Вселенной практически невозможно найти тело, не испытывающее внешние воздействия, и непосредственно экспериментально подтвердить первый закон Ньютона. Однако с его помощью можно

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением для данного тела является постоянной величиной, не зависящей от модуля и направления силы. Он характеризует меру инертности тела.

Инертность — физическое свойство, с' ' ' заключающееся в том, что любое тело ока-

зывает сопротивление изменению его скорости (как по модулю, так и по направлению).

Количественной мерой инертности является масса тела.

Масса тела — физическая величина, являющаяся мерой инертности тела.

Чем больше сила, действующая на тело определенной массы, тем большее ускорение оно приобретает.

При прочих равных условиях, чем больше масса тела, тем труднее его сдвинуть.

Чем больше масса тела, тем меньшее ускорение оно приобретает при одной и той же действующей на него силе.

Связь между ускорением тела и силой, действующей на него, „ F

можно представить в виде а = —.

т

Единица силы [.F] = [m][a] = 1 кг • 1 м/с2 = 1 Н.

Единица силы — ньютон (Н). 1 Н — сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы.

Для измерения силы существует прибор, который получил название динамометр.

В механике различают 3 вида сил: сила упругости, сила тяготения и сила трения. В общем случае, если на тело действуют несколько сил, то результирующее ускорение тела определяется суммарной равнодействующей силой.

Y,F = Fl+F2 +.......Fn.

Второй закон Ньютона читается так:

В инерциалъной системе отсчета ускорение тела прямо пропорционально векторной сумме всех действующих на тело

сил и обратно пропорционально массе тела

-

а-——. т

При решении задач динамики второй закон Ньютона удобнее применять в следующей записи

ma = ]T.F.

Произведение массы тела и его ускорения равно векторной сумме всех действующих на него сил.
Законы Ньютона позволяют не только изучать движение, но и управлять ими. Так рассчитываются координаты космических кораблей во время полетов с учётом действующих на них переменных сил, траектории небесных тел. При строительстве дорог учитывается, каким должно быть покрытие, чтобы силы трения были оптимальными как при езде, так и при торможении. Законы Ньютона позволяют не только изучать движение, но и управлять ими. В зимнее время дороги обрабатывают веществами, увеличивающими трение колёс о дорогу для того, чтобы тормозной путь был меньше. При расчёте механических конструкций (особенно, если в этой конструкции есть вращающиеся части) учитывают действие всех сил. Обязательно рассчитывают силы при строительстве любого сооружения с несущими конструкциями. При создании теории атома водорода Н. Бор в своих расчётах применял второй закон Ньютона.

Вопрос 2. Измерение силы тока и напряжения на различных участках цепи при последовательном (параллельном) соединении проводников, анализ полученных результатов.

Для выполнения работы потребуется оборудование: источник питания, 2 низковольтных лампы на подставке (или 2 резистора), ключ, амперметр, вольтметр, соединительные провода.

Соберём электрическую цепь согласно рис. 2.2. Такое соединение называется последовательным.

Измеряя силу тока на различных участках цепи, убеждаемся в том, что сила тока при последовательном соединении на всех участках одинакова.

Измерим напряжение Uu JJ2, U. Из результатов опытов следует, что U = Ut + U2- Напряжение при последовательном соединении сопротивлений равно сумме напряжений на всех участках цепи.

Соберём электрическую цепь согласно рис. 2.3.

Такое соединение сопротивлений называется параллельным. Подсоединим вольтметр, как указано на рис. 2.3.

Измерения показывают, что напряжение на всех участках цепи при параллельном соединении одинаково.

Измерения силы тока на различных участках цепи позволяют сделать вывод, что общая сила тока равна сумме токов на всех участках цепи. 16

Вопрос 3. Задача на расчёт влажности воздуха.

Какова относительная влажность, если температура воздуха равна 20 °С, а его точка росы 10 °С?

Решение:

Относительную влажность воздуха определяем по формуле

<р = £ 100%, Ро

где р — абсолютная влажность воздуха при температуре 20 °С, равная плотности насыщенного водяного пара при температуре точки росы 10 °С; р0 — плотность насыщенного водяного пара при температуре 20° С. Эти данные возьмём из таблицы «Плотность насыщенного водяного пара».