Момент силы

Момент силы

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.

• Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.

Особенности работы

Любая пружина представляет собой упругое изделие, которое в процессе эксплуатации подвергается статическим, динамическим и циклическим нагрузкам. Основная особенность этой детали – она деформируется под приложенным извне усилием, а когда воздействие прекращается – восстанавливает свою первоначальную форму и геометрические размеры. В период деформации происходит накопление энергии, при восстановлении – ее передача.

Именно это свойство возвращаться к исходному виду и принесло широкое распространение этим деталям: они отличные амортизаторы, элементы клапанов, предупреждающие превышение давления, комплектующие для измерительных приборов. В этих и других ситуациях, благодаря умению упруго деформироваться, они выполняют важную работу, поэтому от них требуется высокое качество и надежность.

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит» реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, «сопротивляются».

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

О массе, силе, весе, рычаге и не только

В 7 классе мы начали изучать физику по УМК Перышкина А.В.

Я спешила познакомиться с этой наукой, потому, что моя мама закончила физический факультет Куйбышевского государственного университета. Она всегда говорит, что физика – это очень интересно и очень увлекательно!

Сейчас я учусь в 9 классе, скоро экзамены. На ОГЭ, кроме математики и русского языка, я выбрала физику. Физика, действительно, очень интересная, увлекательная наука, но и сложная.

В повседневной жизни многие физические понятия используются неверно. Например, очень часто можно услышать: «Мой вес 40 килограмм» или «Этот тортик весит полкило». Но, вес и масса – это два разных понятия! Их нельзя путать.

В учебнике физики Перышкина А.В. за 7 класс в §19 мы найдем определение массы. Масса тела – это физическая величина, которая характеризует его инертность.

А в § 26 найдем определение веса. Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Масса измеряется в килограммах, а вес в ньютонах.

Масса – это вещь постоянная. Массу можно изменить, если от тела, например, отломать кусочек. С весом все гораздо сложнее…

В 7 классе, до изучения второго закона Ньютона, в учебнике говорилось, что если тело и опора покоятся или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела равен силе тяжести и определяется по той же формуле:

Но следовало учитывать, что «сила тяжести действует на тело, а значит, приложена к самому телу, а вес действует на опору или подвес, т.е. приложен к опоре».

А в § 2 для дополнительного чтения, мы впервые узнали, что такое невесомость. В состоянии невесомости вес тела равен нулю, а сила тяжести, как и масса тела, нулю не равны.

Удивительно, но в момент прыжка, когда на нас действует только сила тяжести, а сопротивлением воздуха можно пренебречь, то наш вес равен нулю. Можно считать, что мы находимся в невесомости.

А вот в 9 классе в § 11 был введен второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе.

=

И поэтому, вес тела – это результат совместного решения двух уравнений, составленных в соответствии со вторым и третьим законами Ньютона.

Если тело лежит на неподвижной опоре относительно Земли, то на тело действуют сила тяжести направленная вертикально вниз, и сила нормального давления или сила реакции опоры. Силы, действующие на тело, уравновешивают друг друга. В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на опору с некоторой силой – весом, равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону. Т.е. вес численно равен силе тяжести, это как раз то, о чем мы говорили в 7 классе.

Если же наше тело, будет находиться в лифте, который движется с ускорением, то вес тела может быть больше или меньше силы тяжести. Результат зависит от направления ускорения.

Таким образом, в физике принято строгое различие понятий веса, силы тяжести и массы. С точки зрения физики, приходя на рынок и обращаясь к продавцу, следовало бы говорить: «Дайте, пожалуйста, десять ньютон клубники». Но все уже привыкли к слову вес, как синониму термина «масса».

Но очень важно понимать, что это вовсе не одно и то же!

Однако, массы некоторых тел очень большие. А человеку часто приходится поднимать, двигать тяжелые предметы. С давних пор человек применяет различные вспомогательные приспособления для облегчения своего труда.

В § 55-56 учебника физики для 7 класса мы познакомились с простыми механизмами и в частности – рычагом.

В нашем современном мире рычаги находят широкое применение как в природе, так и в повседневной жизни, созданной человеком. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги.

С помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжелые каменные плиты.

Рычаги позволяю получить выигрыш в силе!

Рычаги встречаются в разных частях тела человека и животных. Это, например, конечности, челюсти. Много рычагов можно увидеть в теле насекомых и птиц.

Рычаги так же распространены и в быту. Это и водопроводный кран, и дверь, и различные кухонные приборы

Правило рычага лежит в основе действия рычажных весов, различного рода инструментов и устройств, применяемых там, где требуется выигрыш в силе или в расстоянии.

Рычаг – это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг точки опоры. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил равна нулю. Момент силы – это величина, равная произведению силы на плечо этой силы. M = Fl. Плечо – это кратчайшее расстояние от точки опоры, до линии, вдоль которой действует сила (перпендикуляр).

Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры.

Среди рычагов 2 рода выделяют рычаги 3 рода, с точкой приложения «входящей» силы ближе к точке опоры, чем нагрузки, что даёт выигрыш в скорости и пути

Примеры: рычаги первого рода — детские качели (перекладина), ножницы; рычаги второго рода — тачка (точка опоры — колесо), приподнимание предмета ломом движением вверх; рычаги третьего рода — задняя дверь багажника или капот легковых автомобилей на гидравлических телескопических упорах, подъём кузова самосвала (с гидроцилиндром в центре), движение мышцами рук и ног человека и животных.

Рычаги очень часто встречаются в живой природе.

В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами.

• у человека – кости рук и ног, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев,
• у кошек рычагами являются подвижные когти;
• у многих рыб – шипы спинного плавника;
• у членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета.

Рычажные механизмы скелета в основном рассчитаны на выигрыш в скорости при потере в силе. Особенно большие выигрыши в скорости получаются у насекомых.

Для осуществления полета крылья должны иметь особое расположение и возможность свободно двигаться. Крыло насекомых можно сравнить с двуплечим рычагом. Короткое плечо представлено его внутренней частью (основанием), которая скрыта под мембраной, а длинное располагается снаружи: собственно, эту видимую часть и принято считать крылом. На внутренней поверхности экзоскелета, сразу под местом сочленения крыла с телом, находится плотный выступ, который называют плейральным столбиком; данная структура играет роль точки опоры при взмахе крыльев.

Также рычажный механизм есть у цветка шалфея. От оси у тычинок шалфейного цветка отходят два плеча: длинное и короткое. На конце длинного, изогнутого, как у коромысла, плеча висит пыльцевой мешочек. А короткое плечо сплющено, оно-то и закрывает вход в глубину цветка. Потянется шмель своим хоботком к нектару и обязательно толкнет короткое плечо. А оно тотчас приведет в движение длинное плечо — коромысло. То в свою очередь ударяет по спине шмеля своими пыльниками — вот и сработал рычаг.

В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами, например, у человека – кости конечностей, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев.

Однажды я увидела в журнале рисунок, который захотелось использовать для оформления стенгазеты. Но рисунок был очень маленьким, а мне хотелось сохранить масштаб при увеличении его размеров. Я задумалась, как можно увеличить рисунок до нужных размеров. Оказывается, это можно сделать либо вручную «методом клеток», либо с помощью приборов: эпидиаскопа, или пантографа.

Пантограф (название происходит от двух греческих слов (pantos) – все и qrapho – пишу) – прибор в виде раздвижного шарнирного параллелограмма для перерисовки рисунков, чертежей, схем в другом (увеличенном или уменьшенном масштабе). В основе работы этого прибора тоже лежит рычаг. Важной особенностью пантографа является простота его конструкции и очень высокая «точность» скопированного изображения. Но купить пантограф в магазине оказалось делом не простым. Тогда я решила его изготовить самостоятельно.

Пантографы широко используются в технике.

Так одним из основных видов городского транспорта является трамвай. Большинство трамваев используют электротягу с подачей электроэнергии через воздушную контактную сеть с помощью токоприёмников, чаще всего токоприёмник изготовлен в виде пантографов.

Очень часто пантографы используют в мебели. В этом случае пантограф по представляет собой штангу с подъемным механизмом. Обеспечивая легкий доступ к верхнему ярусу, пантограф способствует более эффективному использованию внутреннего пространства шкафа и лучшей организации хранения вещей.

Практическая часть

Прежде чем изготовить пантограф, я изготовила качели – рычаги.

Качели с перемещаемым сиденьем

Всем известны обычные детские качели рычажного типа, когда 2 ребёнка садятся по разным концам качелей и качаются, поочерёдно отталкиваясь от земли ногами. Но дети бывают разного веса. И обычно лёгкий ребёнок сидит наверху, а тяжёлый перевешивает его. Последний должен больше работать ногами, чтобы качели хоть как-то качались. Чтобы уравнять работу обоих, можно сделать перемещаемое сиденье на конструкции качелей. Тогда в зависимости от веса ребёнка подбирается длина рычага и у обоих детей уравниваются возможности и количество отталкиваний от земли в единицу времени.

2 модель:
тяжёлый груз перевешивает ребёнка

3 модель: При перемещении сидения равновесие снова устанавливается

Изготовление пантографа

Воспользовавшись описанием изготовления пантографа с сайта «Мир самоделок»[5] я купила пластмассовые линейки, болты и гайки и изготовила свой пантограф.

Я изготовила анимационный материал, ссылка на который представлена: https://cloud.mail.ru/home/ВавилинаЕА.mkv

Работая над этим материалом, я не только повторила основные законы, определения. Я узнала много нового о рычагах. Изготовила пантограф и научилась его использовать. Изготовила небольшой анимационный материал.

Пожалуй, самое удивительное, это то, что когда я начала свою работу над проектом для участия во Всероссийском заочном конкурсе для обучающихся «Я учу физику», посвящённого 115-летию А.В. Пёрышкина, я не знала что получится. Оказывается, физические явления вокруг нас словно цепляются друг за друга. Так и хочется сказать: «Все взаимосвязано! А физика самая интересная и увлекательная наука!»

Заочная физико-математическая школа

Особенностью подхода в обучении является не только то, что школьник получает оценку за выполненную работу, но и развернутый комментарий по своей работе, а также методические рекомендации для ликвидации существующих пробелов.

Школьники, успешно прошедшие обучение, получают приглашение в Летнюю школу СУНЦ НГУ, которая является обязательным этапом отбора для учебы в СУНЦ НГУ.

Качественное образование

За каждым школьником закрепляется преподаватель СУНЦ НГУ или НГУ – второго университета в России согласно международным рейтингам. Преподаватель проверяет работы и дает рекомендации.

Углубленное изучение предметов

Обучение в Заочной школе готовит школьников к самостоятельному решению задач олимпиадного уровня, успешной сдаче ЕГЭ и обучению в ведущих университетах России.

Обучение без границ

Возможность для школьников общеобразовательных школ, расположенных в удаленных от научных центров пунктах и территориях, углубленно заниматься математикой, физикой, химией, биологией, геологией и иностранными языками.

Круглогодичное обучение

Начать обучение в Заочной школе можно в любое время.

Возможность стать учеником СУНЦ НГУ

Школьники, успешно прошедшие обучение в ЗФМШ, получают приглашение в Летную школу СУНЦ НГУ.

Обозначения и термины

Далее будет приведён список понятий и их определение в условиях понятий об измерениях плотности:

• Масса – плотность тела, помноженная на его объём, занимаемый в пространстве. Это также величина, определяющая силу воздействия гравитационного поля на объект.
• Объём – физическая величина, характеризующая количество пространства, занимаемое объектом.
• Плотность определяет то, какое количество вещества умещается в объёме при определённом весе в стандартных условиях.
• Нормальные/стандартные условия в разных организациях имеют свои значения. К таким условиям относятся температура окружающей среды, атмосферное давление и в отдельных случаях прочие параметры.
• Атмосферное давление – понятие, применяемое больше для газов, так как на их объём имеет большое влияние, нежели на твёрдые вещества. Атмосферное давление можно определить как силу, с которой воздействует воздух на Землю под действием гравитационного поля.
• Температура – физический показатель степени нагрева вещества. Чем больше температура, тем больше объём тела.

Что произойдет со спиной, если висеть на турнике каждый день?

Вис на турнике — одно из самых простых и доступных упражнений. Существует мнение, что оно положительно сказывается на здоровье спины, а также развивает силу рук и хват. Действительно ли такая спортивная практика настолько полезна? И как не получить травму во время таких физических нагрузок?

Что происходит с позвоночником

Если выполнять вис правильно и регулярно, то действительно скоро можно заметить изменения в лучшую сторону. Например, такое упражнение укрепит позвоночник и, возможно, даже растянет его, а следовательно, незначительно, но увеличит ваш рост.

Кроме того, многие спортсмены после тренировки уделяют несколько минут этому элементу, так как он помогает растянуть уставшие мышцы и восстановить позвонки после тяжелой нагрузки.

Кому противопоказаны занятия на перекладине

Некоторые эксперты выделяют несколько групп людей, которым лучше не злоупотреблять этим упражнением. К противопоказаниям можно отнести:

• избыточный вес;
• остеохондроз
• остеопороз
• грыжи

Чтобы таким людям обезопасить себя, лучше выполнять полувис с опорой, то есть касаться земли ногами.

Как долго выполнять упражнение

По словам специалиста, точно не стоит руководствоваться правилом «чем дольше, тем лучше». Для начала намного безопаснее ориентироваться на короткие подходы, а затем постепенно увеличивать время. Так, для растяжения в полувисе достаточно нескольких подходов по 30-40 секунд. Чтобы усилить хват, лучше висеть до «победного», но все же не перегружать организм.

Техника выполнения

Для начала необходимо ухватиться за перекладину хватом сверху, расставив руки примерно на ширину плеч. Затем нужно повиснуть и задержаться в таком положении на некоторое время. Крайне важно при выполнении следить за дыханием и крепко держаться за перекладину.