Билет № 21. 2. Сила. Действие сил тяжести, упругости, трения.

1. Закон Ома для участка цепи. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.

Из формулы определения напряжения (U = A/q) легко получить выражение для расчета работы по переносу электрического заряда A = Uq; так как сила тока связана с зарядом соотношением q = It, то работа тока: A = UIt, или .

Мощность по определению N = A/t, следовательно, .

Русский ученый X. Ленц и английский учены Д. Джоуль опытным путем в середине XIX в. установили независимо друг от друга закон, который называется законом Джоуля—Ленца и читается так: при прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившееся в проводнике, прямо пропорцинально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока:

Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источник тока (рис. 17). Как один из участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним, r.

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщались дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС — электродвижущая сила источника. ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к величине этого заряда .

Пусть за время t через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать так: . Согласно определению силы тока, q = It, поэтому . При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых R и r, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля—Ленца оно равно: . Согласно закону сохранения энергии, А = Q. Следовательно, . Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: . Эту зависимость опытным путем получил Георг Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

2. Сила. Действие сил тяжести, упругости, трения.

1. Сила характеризуется величиной и направлением. Сила характеризует действие на данное тело других тел.

2. Результат действия силы на тело зависит не только от ее величины и направления, но и от точки приложения силы.

3. Равнодействующая – одна сила, результат действия которой будет таким же, каким бы был результат действия всех реальных сил. Если силы сонаправлены, равнодействующая равна их сумме и направлена в ту же сторону. Если же силы направлены в противоположные стороны, то равнодействующая равна их разности и направлена в сторону большей силы. Сила упругости - это сила, которая возникает внутри тела в результате деформации и препятствует изменению формы. В зависимости от того, как изменяется форма тела, выделяют несколько видов деформации, в частности, растяжение и сжатие, изгиб, сдвиг и срез, кручение. Чем больше изменяют форму тела, тем больше возникающая в нем сила упругости.
Динамометр – прибор для измерения силы: измеряемую силу сравнивают с силой упругости, возникающей в пружине динамометра.
Сила трения покоя - это сила, которая мешает сдвинуть тело с места.
Причина возникновения трения в том, что любые поверхности имеют неровности, которые зацепляются друг за друга.
Если же поверхности отшлифованы, то причиной трения являются силы молекулярного взаимодействия.
Когда тело движется по горизонтальной поверхности, сила трения направлена против движения и прямо пропорциональна силе тяжести:
F = μmg
Сила трения скольжения - это сила сопротивления при скольжении одного тела по поверхности другого.
Сила трения качения - это сила сопротивления при качении одного тела по поверхности другого; она значительно меньше силы трения скольжения.
Если трение полезно, его усиливают; если вредно - уменьшают.
Сила тяжести - это сила, с которой тело притягивается к Земле вследствие Всемирного тяготения.
Все тела во Вселенной притягиваются друг к другу, причем, чем больше их массы и чем ближе они расположены, тем притяжение сильнее.
Чтобы вычислить силу тяжести, следует массу тела умножить на коэффициент, обозначаемый буквой g, приближенно равный 9,8Н/кг. Таким образом, сила тяжести рассчитывается по формуле
F = mg
Вес тела - это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес из-за притяжения к Земле.
Если тело не имеет ни опоры, ни подвеса, то тело не имеет и веса – оно находится в состоянии невесомости.