Presentación sobre el tema: "Las leyes de Newton Lección general. ¿Cómo se mueve un cuerpo si sobre él no actúan otras fuerzas? Cuerpo".

¿Cómo se mueve un cuerpo si sobre él no actúan otras fuerzas? ¿Cómo se mueve un cuerpo si sobre él no actúan otras fuerzas? El cuerpo se mueve uniformemente en línea recta. ¿Esto cambia su velocidad? El cuerpo se mueve uniformemente en línea recta. ¿Esto cambia su velocidad? ¿Cómo se lee la primera ley de Newton? ¿Cómo se lee la primera ley de Newton? ¿Es inercial un sistema de referencia que se mueve con aceleración relativa a un sistema inercial? ¿Es inercial un sistema de referencia que se mueve con aceleración relativa a un sistema inercial? ¿Cuál es el motivo del movimiento acelerado de los cuerpos? ¿Cuál es el motivo del movimiento acelerado de los cuerpos?

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Completa los espacios en blanco: Completa los espacios en blanco: Por la acción de una fuerza, el cuerpo se mueve... Por la acción de una fuerza, el cuerpo se mueve... Si, con una masa constante del cuerpo, la fuerza aumenta por 2 veces, luego la aceleración... por... veces. Si, con una masa corporal constante, la fuerza aumenta 2 veces, entonces la aceleración ... en ... veces. Si la masa de un cuerpo se reduce 4 veces y la fuerza que actúa sobre el cuerpo aumenta 2 veces, entonces la aceleración ... por ... veces. Si la masa de un cuerpo se reduce 4 veces y la fuerza que actúa sobre el cuerpo aumenta 2 veces, entonces la aceleración ... por ... veces. Si la fuerza aumenta 3 veces y la masa ..., entonces la aceleración permanecerá sin cambios. Si la fuerza aumenta 3 veces y la masa ..., entonces la aceleración permanecerá sin cambios.

Se dan gráficas de la dependencia de la proyección de la velocidad y la aceleración con el tiempo para el movimiento rectilíneo. Indicar en qué zonas se compensan las acciones de los cuerpos circundantes. ¿Cuál es la dirección de la fuerza resultante en relación con la dirección del movimiento? Se dan gráficas de la dependencia de la proyección de la velocidad y la aceleración con el tiempo para el movimiento rectilíneo. Indicar en qué zonas se compensan las acciones de los cuerpos circundantes. ¿Cuál es la dirección de la fuerza resultante en relación con la dirección del movimiento? v una

Consideremos el movimiento de un automóvil. Por ejemplo, si un automóvil recorre 15 km cada cuarto de hora (15 minutos), 30 km cada media hora (30 minutos) y 60 km cada hora, se considera que se mueve uniformemente.

Movimiento desigual.

Si un cuerpo recorre distancias iguales en intervalos de tiempo iguales, su movimiento se considera uniforme.

El movimiento uniforme es muy raro. La Tierra se mueve casi uniformemente alrededor del Sol; cada año la Tierra hace una revolución alrededor del Sol.

Un conductor de automóvil casi nunca logra mantener un movimiento uniforme: por diversas razones tiene que acelerar o disminuir la velocidad. El movimiento de las manecillas del reloj (minutos y horas) sólo parece uniforme, lo cual es fácil de verificar observando el movimiento del segundero. Ella se mueve y luego se detiene. Las otras dos flechas se mueven exactamente de la misma manera, sólo que lentamente, por lo que sus tirones no son visibles. Las moléculas de gas que chocan entre sí se detienen por un momento y luego se aceleran nuevamente. Durante las colisiones posteriores con otras moléculas, vuelven a ralentizar su movimiento en el espacio.

Todos estos son ejemplos de movimiento desigual. Así se mueve el tren, saliendo de la estación, pasando por vías cada vez más grandes en iguales periodos de tiempo. Un esquiador o patinador recorre distancias iguales en diferentes tiempos en las competiciones. Así despega un avión, se abre una puerta o se mueve un copo de nieve que cae.

Si un cuerpo recorre diferentes caminos en intervalos de tiempo iguales, entonces su movimiento se llama desigual.

El movimiento desigual se puede observar experimentalmente. La imagen muestra un carro con un gotero del que caen gotas a intervalos regulares. Cuando el carro se mueve bajo la influencia de una carga, vemos que las distancias entre las huellas de las gotas no son las mismas. Y esto significa que en los mismos periodos de tiempo el carro recorre caminos diferentes.

Velocidad. Unidades de velocidad.

A menudo decimos que algunos cuerpos se mueven más rápido y otros más lento. Por ejemplo, un turista camina por la carretera, un automóvil corre, un avión vuela en el aire. Supongamos que todos se mueven uniformemente, sin embargo, el movimiento de estos cuerpos será diferente.

Un automóvil se mueve más rápido que un peatón y un avión se mueve más rápido que un automóvil. En física, la cantidad que caracteriza la velocidad del movimiento se llama velocidad.

Supongamos que un turista recorre 5 km en 1 hora, un coche 90 km y la velocidad de un avión es 850 km por hora.

La velocidad durante el movimiento uniforme de un cuerpo muestra qué distancia ha viajado el cuerpo por unidad de tiempo.

Así, utilizando el concepto de velocidad, ahora podemos decir que el turista, el coche y el avión se mueven a velocidades diferentes.

En un movimiento uniforme, la velocidad del cuerpo permanece constante.

Si un ciclista recorre una distancia de 25 m en 5 segundos, entonces su velocidad será 25m/5s = 5m/s.

Para determinar la velocidad durante el movimiento uniforme, la distancia recorrida por el cuerpo en un cierto período de tiempo debe dividirse por este período de tiempo:

velocidad = camino/tiempo.

La velocidad se denota por v, la trayectoria por s, el tiempo por t. La fórmula para encontrar la velocidad se verá así:

La velocidad de un cuerpo durante el movimiento uniforme es una cantidad igual a la relación entre el camino y el tiempo durante el cual se recorre este camino.

En el Sistema Internacional (SI), la velocidad se mide en metros por segundo (m/s).

Esto significa que la unidad de velocidad se toma como la velocidad de un movimiento tan uniforme que en un segundo el cuerpo recorre una distancia de 1 metro.

La velocidad de un cuerpo también se puede medir en kilómetros por hora (km/h), kilómetros por segundo (km/s), centímetros por segundo (cm/s).

Ejemplo. Un tren, moviéndose uniformemente, recorre una distancia de 108 km en 2 horas. Calcula la velocidad del tren.

Entonces, s = 108 kilómetros; t = 2 h; v=?

Solución. v = s/t, v = 108 km/2 h = 54 km/h. Sencilla y fácilmente.

Ahora, expresemos la velocidad del tren en unidades del SI, es decir, convertiremos kilómetros a metros y horas a segundos:

54 km/h = 54000 m/ 3600 s = 15 m/s.

Respuesta: v = 54 km/h, o 15 m/s.

De este modo, El valor numérico de la velocidad depende de la unidad seleccionada.

La velocidad, además de su valor numérico, tiene una dirección.

Por ejemplo, si necesita indicar dónde estará un avión que sale de Vladivostok en 2 horas, entonces debe indicar no solo el valor de su velocidad, sino también su destino, es decir, su dirección. Las cantidades que, además de un valor numérico (módulo), también tienen dirección, se denominan vectores.

La velocidad es una cantidad física vectorial.

Todas las cantidades vectoriales se designan con las letras correspondientes con una flecha. Por ejemplo, la velocidad se indica con el símbolo v con una flecha y el módulo de velocidad se indica con la misma letra, pero sin la flecha v.

Algunas cantidades físicas no tienen dirección. Se caracterizan únicamente por un valor numérico. Estos son tiempo, volumen, longitud, etc. Son escalares.

Si, cuando un cuerpo se mueve, su velocidad cambia de una sección del camino a otra, entonces dicho movimiento es desigual. Para caracterizar el movimiento desigual de un cuerpo, se introdujo el concepto de velocidad media.

Por ejemplo, un tren de Moscú a San Petersburgo viaja a una velocidad de 80 km/h. ¿A qué velocidad se refieren? Después de todo, la velocidad del tren en las paradas es cero, después de detenerse aumenta y antes de detenerse disminuye.

En este caso, el tren se mueve de manera desigual, lo que significa que la velocidad de 80 km/h es la velocidad promedio del tren.

Se determina casi de la misma manera que la velocidad durante el movimiento uniforme.

Para determinar la velocidad promedio de un cuerpo durante un movimiento desigual, la distancia total recorrida debe dividirse por el tiempo total de movimiento:

Debe recordarse que sólo con movimiento uniforme la relación s/t será constante durante cualquier período de tiempo.

En caso de movimiento desigual del cuerpo, la velocidad media caracteriza el movimiento del cuerpo durante todo el período de tiempo. No explica cómo se movió el cuerpo en diferentes momentos durante este período.

La Tabla 1 muestra las velocidades promedio de movimiento de algunos cuerpos.

tabla 1

Velocidades medias de movimiento de algunos cuerpos, velocidad del sonido, ondas de radio y luz.

Cálculo de la ruta y tiempo de movimiento.

Si se conocen la velocidad de un cuerpo y el tiempo durante el movimiento uniforme, entonces se puede encontrar la distancia recorrida.

Como v = s/t, el camino está determinado por la fórmula

Para determinar la distancia recorrida por un cuerpo durante un movimiento uniforme, es necesario multiplicar la velocidad del cuerpo por el tiempo de su movimiento.

Ahora, sabiendo que s = vt, podemos encontrar el tiempo durante el cual el cuerpo se movió, es decir

Para determinar el tiempo durante un movimiento desigual, la distancia recorrida por el cuerpo debe dividirse por la velocidad de su movimiento.

Si un cuerpo se mueve de manera desigual, entonces, conociendo su velocidad promedio de movimiento y el tiempo durante el cual ocurre este movimiento, encuentre el camino:

Con esta fórmula, puedes determinar el momento en que el cuerpo se mueve de manera desigual:

Inercia.

Las observaciones y experimentos muestran que la velocidad de un cuerpo por sí sola no puede cambiar.

Experiencia con carros. Inercia.

Un balón de fútbol yace en el campo. Con una patada, el futbolista la pone en movimiento. Pero la bola en sí no cambiará su velocidad y no comenzará a moverse hasta que otros cuerpos actúen sobre ella. Una bala insertada en el cañón de un arma no saldrá despedida hasta que sea expulsada por los gases de la pólvora.

Así, tanto la pelota como la bala no tienen velocidad propia hasta que otros cuerpos actúan sobre ellas.

Un balón de fútbol que rueda por el suelo se detiene debido a la fricción con el suelo.

Un cuerpo reduce su velocidad y no se detiene por sí mismo, sino bajo la influencia de otros cuerpos. Bajo la influencia de otro cuerpo, la dirección de la velocidad también cambia.

Una pelota de tenis cambia de dirección después de golpear la raqueta. Después de golpear el palo del jugador de hockey, el disco también cambia su dirección de movimiento. La dirección del movimiento de una molécula de gas cambia cuando choca con otra molécula o con las paredes de un recipiente.

Medio, un cambio en la velocidad de un cuerpo (magnitud y dirección) se produce como resultado de la acción de otro cuerpo sobre él.

Hagamos un experimento. Coloquemos el tablero en ángulo sobre la mesa. Coloque un montón de arena sobre la mesa, a poca distancia del final del tablero. Coloque el carro sobre el tablero inclinado. El carro, rodando por la tabla inclinada, se detiene rápidamente y golpea la arena. La velocidad del carro disminuye muy rápidamente. Su movimiento es desigual.

Nivelemos la arena y liberemos nuevamente el carro de la altura anterior. El carro ahora recorrerá una distancia mayor a través de la mesa antes de detenerse. Su velocidad cambia más lentamente y su movimiento se vuelve más uniforme.

Si elimina completamente la arena del camino del carro, el único obstáculo para su movimiento será la fricción sobre la mesa. El carro llega a la parada aún más lento y viajará más lejos que la primera y la segunda vez.

Entonces, cuanto menor sea el efecto de otro cuerpo sobre el carro, más tiempo se mantendrá la velocidad de su movimiento y más cercana será a la uniformidad.

¿Cómo se moverá un cuerpo si otros cuerpos no actúan sobre él en absoluto? ¿Cómo se puede establecer esto experimentalmente? G. Galileo fue el primero en llevar a cabo experimentos exhaustivos para estudiar el movimiento de los cuerpos. Permitieron establecer que si otros cuerpos no actúan sobre un cuerpo, entonces está en reposo o se mueve en línea recta y uniformemente con respecto a la Tierra.

El fenómeno de mantener la velocidad de un cuerpo en ausencia de la acción de otros cuerpos sobre él se llama inercia.

Inercia- del latín inercia- inmovilidad, inactividad.

Así, el movimiento de un cuerpo en ausencia de la acción de otro cuerpo sobre él se denomina movimiento por inercia.

Por ejemplo, una bala disparada con un arma aún volaría, manteniendo su velocidad, si no actuara sobre ella otro cuerpo: el aire (o más bien, las moléculas de gas que se encuentran en él). Como resultado, la velocidad de la bala disminuye. El ciclista deja de pedalear y continúa moviéndose. Podría mantener la velocidad de su movimiento si la fuerza de fricción no actuara sobre él.

Entonces, Si otros cuerpos no actúan sobre el cuerpo, entonces se mueve a una velocidad constante.

Interacción de cuerpos.

Ya sabes que cuando se mueve de manera desigual, la velocidad de un cuerpo cambia con el tiempo. Un cambio en la velocidad de un cuerpo se produce bajo la influencia de otro cuerpo.

Experiencia con carros. Los carros se mueven con respecto a la mesa.

Hagamos un experimento. Adjuntaremos una placa elástica al carro. Luego lo doblamos y lo atamos con hilo. El carro está en reposo con respecto a la mesa. ¿Se moverá el carro si la placa elástica se endereza?

Para ello cortaremos el hilo. El plato se enderezará. El carrito permanecerá en el mismo lugar.

Luego colocaremos otro carro similar cerca de la placa doblada. Volvamos a quemar el hilo. Después de eso, ambos carros comienzan a moverse con respecto a la mesa. Van en diferentes direcciones.

Para cambiar la velocidad del carro se necesitaba un segundo cuerpo. La experiencia ha demostrado que la velocidad de un cuerpo cambia sólo como resultado de la acción de otro cuerpo (el segundo carro) sobre él. En nuestra experiencia observamos que el segundo carro también empezó a moverse. Ambos comenzaron a moverse con respecto a la mesa.

Experiencia en barco. Ambos barcos comienzan a moverse.

Carros actuar el uno sobre el otro, es decir, interactúan. Esto significa que la acción de un cuerpo sobre otro no puede ser unilateral, ambos cuerpos actúan entre sí, es decir, interactúan.

Consideramos el caso más simple de interacción de dos cuerpos. Antes de la interacción, ambos cuerpos (carros) estaban en reposo entre sí y con respecto a la mesa.

Experiencia en barco. El barco se aleja en dirección opuesta al salto.

Por ejemplo, la bala también estaba en reposo con respecto al arma antes de ser disparada. Al interactuar (durante un disparo), la bala y el arma se mueven en diferentes direcciones. El resultado es un fenómeno de retroceso.

Si una persona sentada en un bote empuja otro bote lejos de él, entonces se produce una interacción. Ambos barcos comienzan a moverse.

Si una persona salta de un bote a la orilla, entonces el bote se mueve en la dirección opuesta al salto. El hombre actuó en el barco. A su vez, el barco también afecta a la persona. Adquiere una velocidad que se dirige hacia la orilla.

Entonces, Como resultado de la interacción, ambos cuerpos pueden cambiar su velocidad.

Masa corporal. Unidad de masa.

Cuando dos cuerpos interactúan, las velocidades del primer y segundo cuerpo siempre cambian.

Experiencia con carros. Uno es más grande que el otro.

Después de la interacción, un cuerpo adquiere una velocidad que puede diferir significativamente de la velocidad de otro cuerpo. Por ejemplo, tras disparar con un arco, la velocidad de la flecha es mucho mayor que la velocidad que adquiere la cuerda del arco tras la interacción.

¿Por qué está pasando esto? Realicemos el experimento descrito en el párrafo 18. Sólo que ahora tomemos carros de diferentes tamaños. Una vez quemado el hilo, los carros se alejan a diferentes velocidades. Un carro que se mueve más lento después de la interacción se llama mas masivo. ella tiene mas peso. Un carro que se mueve a mayor velocidad después de la interacción tiene menos masa. Esto significa que los carros tienen diferentes masas.

Se pueden medir las velocidades adquiridas por los carros como resultado de la interacción. Estas velocidades se utilizan para comparar las masas de los carros que interactúan.

Ejemplo. Las velocidades de los carros antes de la interacción son cero. Después de la interacción, la velocidad de un carro pasó a ser de 10 m/s y la velocidad del otro de 20 m/s. Dado que la velocidad adquirida por el segundo carro Si la velocidad del primero es 2 veces mayor, entonces su masa es 2 veces menor que la masa del primer carro.

Si, después de la interacción, las velocidades de los carros inicialmente estacionarios son las mismas, entonces sus masas son las mismas. Así, en el experimento representado en la Figura 42, después de la interacción los carros se separan a velocidades iguales. Por tanto, sus masas eran las mismas. Si después de la interacción los cuerpos adquieren diferentes velocidades, entonces sus masas son diferentes.

Kilogramos estándar internacional. En la imagen: el estándar del kilogramo estadounidense.

Cuántas veces la velocidad del primer cuerpo es mayor (menor) que la velocidad del segundo cuerpo, cuántas veces la masa del primer cuerpo es menor (mayor) que la masa del segundo.

Cómo la velocidad del cuerpo cambia menos al interactuar, más masa tiene. Un cuerpo así se llama más inerte.

Y viceversa que la velocidad del cuerpo cambia más durante la interacción, cuanto menos masa tiene, más menosél inerte.

Esto significa que todos los cuerpos tienen la propiedad característica de cambiar su velocidad de manera diferente al interactuar. Esta propiedad se llama inercia.

La masa corporal es una cantidad física que caracteriza su inercia.

Debes saber que cualquier cuerpo: la Tierra, el hombre, el libro, etc. - tiene masa.

La masa se designa con la letra m. La unidad de masa del SI es el kilogramo ( 1 kg).

Kilogramo- esta es la masa del estándar. El estándar está hecho de una aleación de dos metales: platino e iridio. El kilogramo estándar internacional se almacena en Sevres (cerca de París). Se hicieron más de 40 copias exactas del estándar internacional y se enviaron a diferentes países. Uno de los ejemplares de la norma internacional se encuentra en nuestro país, en el Instituto de Metrología que lleva su nombre. D. I. Mendeleev en San Petersburgo.

En la práctica se utilizan otras unidades de masa: tonelada (t), gramo (GRAMO), miligramo (mg).

1 tonelada	= 1000 kg (10 3 kg)	1 gramo	= 0,001 kg (10 -3 kg)
1 kg	= 1000 g (10 3 g)	1 mg	= 0,001 g (10-3 g)
1 kg	= 1.000.000 mg (10 6 mg)	1 mg	= 0,000001 kg (10 -6 kg)

En el futuro, cuando se estudie física, el concepto de masa se revelará más profundamente.

Medición del peso corporal en básculas.

Para medir el peso corporal, puede utilizar el método descrito en el párrafo 19.

Escalas de entrenamiento.

Comparando las velocidades adquiridas por los cuerpos durante la interacción, determinan cuántas veces la masa de un cuerpo es mayor (o menor) que la masa del otro. Es posible medir la masa de un cuerpo de esta forma si se conoce la masa de uno de los cuerpos que interactúan. De esta manera, en la ciencia se determinan las masas de los cuerpos celestes, así como las de las moléculas y los átomos.

En la práctica, el peso corporal se puede determinar mediante básculas. Existen varios tipos de básculas: educativas, médicas, analíticas, farmacéuticas, electrónicas, etc.

Juego especial de pesas.

Consideremos las escalas de entrenamiento. La parte principal de este tipo de báscula es el balancín. En el centro del balancín hay una flecha, un puntero que se mueve hacia la derecha o hacia la izquierda. Las copas están suspendidas de los extremos del balancín. ¿En qué condiciones estará la balanza en equilibrio?

Coloquemos los carros que se utilizaron en el experimento sobre la balanza (ver § 18). Como durante la interacción los carros adquirieron la misma velocidad, descubrimos que sus masas son las mismas. Por tanto, la balanza estará en equilibrio. Esto significa que las masas de los cuerpos que se encuentran sobre la balanza son iguales entre sí.

Ahora, en un platillo de la balanza, colocamos el cuerpo cuya masa queremos averiguar. Colocaremos pesas cuyas masas se conocen sobre el otro hasta que la balanza esté en equilibrio. En consecuencia, la masa del cuerpo que se pesa será igual a la masa total de las pesas.

Al pesar, se utiliza un juego especial de pesas.

Diferentes básculas están diseñadas para pesar diferentes cuerpos, tanto muy pesados ​​como muy ligeros. Así, por ejemplo, con la ayuda de una báscula para carros se puede determinar la masa de un carro de 50 a 150 toneladas, y con la ayuda de balanzas analíticas se puede determinar la masa de un mosquito, equivalente a 1 mg.

Densidad de la materia.

Pesamos dos cilindros de igual volumen. Uno es de aluminio y el otro de plomo.

Los cuerpos que nos rodean están formados por diversas sustancias: madera, hierro, caucho, etc.

La masa de cualquier cuerpo depende no sólo de su tamaño, sino también de la sustancia que lo compone. Por tanto, los cuerpos que tienen el mismo volumen, pero están formados por sustancias diferentes, tienen masas diferentes.

Hagamos este experimento. Pesemos dos cilindros del mismo volumen, pero compuestos de diferentes sustancias. Por ejemplo, uno es de aluminio y el otro de plomo. La experiencia demuestra que la masa del aluminio es menor que la del plomo, es decir, el aluminio es más ligero que el plomo.

Al mismo tiempo, los cuerpos con la misma masa, compuestos de diferentes sustancias, tienen diferentes volúmenes.

Una viga de hierro que pesa 1 tonelada ocupa 0,13 metros cúbicos. Y el hielo que pesa 1 tonelada tiene un volumen de 1,1 metros cúbicos.

Así, una barra de hierro que pesa 1 tonelada ocupa un volumen de 0,13 m 3 y el hielo con la misma masa de 1 tonelada ocupa un volumen de 1,1 m 3. El volumen del hielo es casi 9 veces el volumen de la barra de hierro. Esto se debe a que diferentes sustancias pueden tener diferentes densidades.

De ello se deduce que los cuerpos con un volumen de, por ejemplo, 1 m 3 cada uno, compuestos de diferentes sustancias, tienen diferentes masas. Pongamos un ejemplo. El aluminio con un volumen de 1 m3 tiene una masa de 2700 kg, el plomo del mismo volumen tiene una masa de 11 300 kg. Es decir, con el mismo volumen (1 m3), el plomo tiene una masa aproximadamente 4 veces mayor que la masa del aluminio.

La densidad muestra la masa de una sustancia tomada en un volumen determinado.

¿Cómo se puede encontrar la densidad de una sustancia?

Ejemplo. Una losa de mármol tiene un volumen de 2 m 3 y su masa es 5400 kg. Es necesario determinar la densidad del mármol.

Entonces sabemos que el mármol con un volumen de 2 m3 tiene una masa de 5400 kg. Esto significa que 1 m 3 de mármol tendrá una masa 2 veces menor. En nuestro caso - 2700 kg (5400: 2 = 2700). Por tanto, la densidad del mármol será de 2700 kg por 1 m 3.

Esto significa que si se conoce la masa de un cuerpo y su volumen, se puede determinar la densidad.

Para encontrar la densidad de una sustancia, es necesario dividir la masa del cuerpo por su volumen.

La densidad es una cantidad física que es igual a la relación entre la masa de un cuerpo y su volumen:

densidad = masa/volumen.

Denotamos con letras las cantidades incluidas en esta expresión: la densidad de la sustancia es ρ (letra griega “rho”), la masa del cuerpo es m, su volumen es V. Luego obtenemos una fórmula para calcular la densidad:

La unidad SI de densidad de una sustancia es kilogramo por metro cúbico (1 kg/m3).

La densidad de una sustancia suele expresarse en gramos por centímetro cúbico (1 g/cm3).

Si la densidad de una sustancia se expresa en kg/m3, entonces se puede convertir a g/cm3 de la siguiente manera.

Ejemplo. La densidad de la plata es de 10.500 kg/m3. Exprésalo en g/cm3.

10.500 kg = 10.500.000 g (o 10,5 * 10 6 g),

1m3 = 1.000.000 cm3 (o 10 6 cm3).

Entonces ρ = 10.500 kg/m 3 = 10,5 * 10 6 / 10 6 g/cm 3 = 10,5 g/cm 3.

Cabe recordar que la densidad de una misma sustancia en estado sólido, líquido y gaseoso es diferente. Por tanto, la densidad del hielo es 900 kg/m3, la del agua es 1000 kg/m3 y el vapor de agua es 0,590 kg/m3. Aunque todos estos son estados de la misma sustancia: el agua.

A continuación se muestran tablas de densidades de algunos sólidos, líquidos y gases.

Tabla 2

Densidades de algunos sólidos (a presión atmosférica normal, t = 20 °C)

Sólido	ρ, kg/m 3	ρ, g/cm 3	Sólido	ρ, kg/m 3	ρ, g/cm 3
Osmio	22 600	22,6	Mármol	2700	2,7
Iridio	22 400	22,4	Vidrio de ventana	2500	2,5
Platino	21 500	21,5	Porcelana	2300	2,3
Oro	19 300	19,3	Concreto	2300	2,3
Dirigir	11 300	11,3	Ladrillo	1800	1,8
Plata	10 500	10,5	azúcar refinada	1600	1,6
Cobre	8900	8,9	Plexiglás	1200	1,2
Latón	8500	8,5	caprón	1100	1,1
Acero hierro	7800	7,8	Polietileno	920	0,92
Estaño	7300	7,3	Parafina	900	0,90
Zinc	7100	7,2	Hielo	900	0,90
Hierro fundido	7000	7	Roble (seco)	700	0,70
Corundo	4000	4	Pino (seco)	400	0,40
Aluminio	2700	2,7	corcho	240	0,24

Tabla 3

Densidades de algunos líquidos (a presión atmosférica normal t=20 °C)

Tabla 4

Densidades de algunos gases (a presión atmosférica normal t=20 °C)

Cálculo de masa y volumen en función de su densidad.

Conocer la densidad de las sustancias es muy importante para diversos fines prácticos. Un ingeniero, al diseñar una máquina, puede calcular de antemano la masa de la futura máquina en función de la densidad y el volumen del material. El constructor puede determinar cuál será la masa del edificio en construcción.

Por tanto, conociendo la densidad de una sustancia y el volumen de un cuerpo, siempre es posible determinar su masa.

Dado que la densidad de una sustancia se puede encontrar usando la fórmula ρ = metro/V, entonces desde aquí puedes encontrar la masa, es decir

metro = ρV.

Para calcular la masa de un cuerpo, si se conocen su volumen y densidad, se debe multiplicar la densidad por el volumen.

Ejemplo. Determine la masa de una pieza de acero con un volumen de 120 cm3.

En la Tabla 2 encontramos que la densidad del acero es 7,8 g/cm 3 . Anotemos las condiciones del problema y resolvámoslo.

Dado:

V = 120 cm3;

ρ = 7,8 g/cm3;

Solución:

metro = 120 cm 3 7,8 g/cm 3 = 936 g.

Respuesta: metro= 936 gramos

Si se conocen la masa de un cuerpo y su densidad, entonces el volumen del cuerpo se puede expresar mediante la fórmula metro = ρV, es decir. el volumen del cuerpo será igual a:

V = metro/ρ.

Para calcular el volumen de un cuerpo si se conocen su masa y densidad, se debe dividir la masa por la densidad.

Ejemplo. La masa de aceite de girasol que llena la botella es de 930 g. Determine el volumen de la botella.

Según la Tabla 3, encontramos que la densidad del aceite de girasol es de 0,93 g/cm 3 .

Anotemos las condiciones del problema y resolvámoslo.

Dado:

ρ = 0,93 g/cm 3

Solución:

V = 930/0,93 g/cm3 = 1000 cm3 = 1 litro.

Respuesta: V= 1 litro.

Para determinar el volumen, se utiliza una fórmula, por regla general, en los casos en que es difícil encontrar el volumen mediante mediciones simples.

Fuerza.

Cada uno de nosotros se enfrenta constantemente a diversos casos de acción de los cuerpos entre sí. Como resultado de la interacción, la velocidad de movimiento de un cuerpo cambia. Ya sabes que la velocidad de un cuerpo cambia cuanto más pequeña es su masa. Veamos algunos ejemplos que lo demuestran.

Empujando el carro con las manos podemos ponerlo en movimiento. La velocidad del carro cambia bajo la influencia de la mano humana.

Un trozo de hierro que se encuentra sobre un tapón sumergido en agua es atraído por un imán. Un trozo de hierro y un corcho cambian su velocidad bajo la influencia de un imán.

Actuando sobre el resorte con la mano, puedes comprimirlo. Primero, se mueve el final de la primavera. Luego el movimiento se traslada al resto de sus partes. Un resorte comprimido, cuando se endereza, puede, por ejemplo, poner en movimiento una bola.

Cuando se comprimió el resorte, el cuerpo actuante era la mano humana. Cuando un resorte se endereza, el cuerpo que actúa es el propio resorte. Ella pone la pelota en movimiento.

Puedes usar tu raqueta o tu mano para detener o cambiar la dirección del movimiento de una pelota voladora.

En todos los ejemplos dados, un cuerpo, bajo la influencia de otro cuerpo, comienza a moverse, se detiene o cambia la dirección de su movimiento.

De este modo, la velocidad de un cuerpo cambia cuando interactúa con otros cuerpos.

A menudo no se indica qué órgano y cómo actuó sobre este órgano. Simplemente dice que una fuerza actúa sobre un cuerpo o se le aplica una fuerza. Esto significa que se puede considerar la fuerza. como la razón del cambio de velocidad.

Empujando el carro con las manos podremos ponerlo en acción.

Experimente con un trozo de hierro y un imán.

Experimento de primavera. Ponemos la pelota en movimiento.

Experiencia con una raqueta y una pelota voladora.

Una fuerza que actúa sobre un cuerpo no sólo puede cambiar la velocidad de su cuerpo, sino también la de sus partes individuales.

Una tabla apoyada sobre soportes se dobla cuando una persona se sienta sobre ella.

Por ejemplo, si presiona con los dedos una goma de borrar o un trozo de plastilina, se encogerá y cambiará de forma. Se llama deformación.

La deformación es cualquier cambio en la forma y tamaño del cuerpo.

Pongamos otro ejemplo. Una tabla apoyada sobre soportes se dobla si sobre ella se sienta una persona o cualquier otra carga. El centro del tablero se mueve una distancia mayor que los bordes.

Bajo la influencia de una fuerza, la velocidad de diferentes cuerpos al mismo tiempo puede cambiar igualmente. Para ello, es necesario aplicar diferentes fuerzas a estos cuerpos.

Entonces, para mover un camión se necesita más fuerza que para un automóvil. Esto significa que el valor numérico de la fuerza puede ser diferente: mayor o menor. ¿Qué es la fuerza?

La fuerza es una medida de la interacción de los cuerpos.

La fuerza es una cantidad física, lo que significa que se puede medir.

En el dibujo, la fuerza se muestra como un segmento de línea recta con una flecha al final.

La fuerza, como la velocidad, es cantidad vectorial. Se caracteriza no sólo por el valor numérico, sino también por la dirección. La fuerza se denota con la letra F con una flecha (como recordamos, la flecha denota la dirección), y su módulo también se denota con la letra F, pero sin la flecha.

Cuando se habla de fuerza, es importante indicar en qué punto del cuerpo se aplica la fuerza.

En el dibujo, la fuerza se representa como un segmento de línea recta con una flecha al final. El comienzo del segmento: el punto A es el punto de aplicación de la fuerza. La longitud del segmento denota convencionalmente el módulo de fuerza en una escala determinada.

Entonces, El resultado de una fuerza que actúa sobre un cuerpo depende de su módulo, dirección y punto de aplicación.

El fenómeno de la gravedad. Gravedad.

Soltemos la piedra de nuestras manos, caerá al suelo.

Si sueltas una piedra de tus manos, caerá al suelo. Lo mismo ocurrirá con cualquier otro cuerpo. Si se lanza una pelota horizontalmente, no viaja recta y uniformemente. Su trayectoria será una línea curva.

La piedra vuela siguiendo una línea curva.

El satélite terrestre artificial tampoco vuela en línea recta, sino que gira alrededor de la Tierra.

Un satélite artificial se mueve alrededor de la Tierra.

¿Cuál es el motivo de los fenómenos observados? Aquí está la cosa. Sobre estos cuerpos actúa una fuerza: la fuerza de gravedad hacia la Tierra. Debido a la gravedad hacia la Tierra, los cuerpos que se elevan sobre la Tierra y luego bajan caen. Y también, debido a esta atracción, caminamos sobre la Tierra y no volamos al Espacio infinito, donde no hay aire para respirar.

Las hojas de los árboles caen a la Tierra porque la Tierra las atrae. Debido a la gravedad hacia la Tierra, el agua fluye en los ríos.

La Tierra atrae hacia sí cualquier cuerpo: casas, personas, la Luna, el Sol, el agua de los mares y océanos, etc. A su vez, la Tierra se siente atraída por todos estos cuerpos.

La atracción existe no sólo entre la Tierra y los cuerpos enumerados. Todos los cuerpos se atraen entre sí. La Luna y la Tierra se atraen entre sí. La atracción de la Tierra hacia la Luna provoca el flujo y reflujo del agua. Enormes masas de agua se elevan muchos metros dos veces al día en los océanos y mares. Sabe muy bien que la Tierra y otros planetas se mueven alrededor del Sol, atraídos por él y entre sí.

La atracción de todos los cuerpos del Universo entre sí se llama gravedad universal.

El científico inglés Isaac Newton fue el primero en probar y establecer la ley de la gravitación universal.

Según esta ley, Cuanto mayor sea la masa de estos cuerpos, mayor será la fuerza de atracción entre los cuerpos. Las fuerzas de atracción entre cuerpos disminuyen si aumenta la distancia entre ellos.

Para todos los que viven en la Tierra, uno de los valores más importantes es la fuerza de gravedad hacia la Tierra.

La fuerza con la que la Tierra atrae un cuerpo hacia sí misma se llama gravedad.

La gravedad se indica con la letra F con el índice: Fgravity. Siempre está dirigido verticalmente hacia abajo.

El globo está ligeramente aplanado en los polos, por lo que los cuerpos ubicados en los polos se encuentran un poco más cerca del centro de la Tierra. Por tanto, la gravedad en el polo es ligeramente mayor que en el ecuador o en otras latitudes. La fuerza de gravedad en la cima de una montaña es ligeramente menor que al pie de ella.

La fuerza de gravedad es directamente proporcional a la masa de un cuerpo determinado.

Si comparamos dos cuerpos con masas diferentes, entonces el cuerpo con mayor masa es más pesado. Un cuerpo con menos masa es más ligero.

Cuántas veces la masa de un cuerpo es mayor que la masa de otro cuerpo, tantas veces la fuerza de gravedad que actúa sobre el primer cuerpo es mayor que la fuerza de gravedad que actúa sobre el segundo. Cuando las masas de los cuerpos son iguales, entonces las fuerzas de gravedad que actúan sobre ellos también son las mismas.

Fuerza elástica. Ley de Hooke.

Ya sabes que todos los cuerpos de la Tierra se ven afectados por la gravedad.

Un libro que está sobre la mesa también se ve afectado por la gravedad, pero no cae a través de la mesa, sino que está en reposo. Colguemos el cuerpo de un hilo. No caerá.

Ley de Hooke. Experiencia.

¿Por qué descansan los cuerpos acostados sobre un soporte o suspendidos de un hilo? Al parecer, la gravedad está equilibrada por alguna otra fuerza. ¿Qué tipo de poder es este y de dónde viene?

Realicemos un experimento. Coloca un peso en medio de una tabla horizontal, colocada sobre soportes. Bajo la influencia de la gravedad, el peso comenzará a moverse hacia abajo y doblar la tabla, es decir. el tablero está deformado. En este caso surge una fuerza con la que el tablero actúa sobre el cuerpo que se encuentra sobre él. De este experimento podemos concluir que, además de la fuerza de gravedad dirigida verticalmente hacia abajo, otra fuerza actúa sobre el peso. Esta fuerza se dirige verticalmente hacia arriba. Ella equilibró la fuerza de la gravedad. Esta fuerza se llama fuerza elástica.

Entonces, la fuerza que surge en un cuerpo como resultado de su deformación y tiende a devolver el cuerpo a su posición original se llama fuerza elástica.

La fuerza elástica se indica con la letra F con el índice Fup.

Cuanto más se dobla el soporte (tablero), mayor será la fuerza elástica. Si la fuerza elástica se vuelve igual a la fuerza de gravedad que actúa sobre el cuerpo, entonces el soporte y el cuerpo se detienen.

Ahora cuelguemos el cuerpo de un hilo. El hilo (suspensión) se estira. Una fuerza elástica surge tanto en el hilo (suspensión), como en el soporte. Cuando se estira la suspensión, la fuerza elástica es igual a la fuerza de gravedad y luego el estiramiento se detiene. La fuerza elástica ocurre sólo cuando los cuerpos se deforman. Si la deformación del cuerpo desaparece, la fuerza elástica también desaparece.

Experiencia con un cuerpo suspendido de un hilo.

Existen diferentes tipos de deformaciones: tensión, compresión, corte, flexión y torsión.

Ya nos hemos familiarizado con dos tipos de deformación: compresión y flexión. Estudiarás estos y otros tipos de deformaciones con más detalle en la escuela secundaria.

Ahora intentemos averiguar de qué depende la fuerza elástica.

científico inglés Robert Hooke , contemporáneo de Newton, estableció cómo la fuerza de elasticidad depende de la deformación.

Consideremos la experiencia. Tomemos un cordón de goma. Fijaremos un extremo en un trípode. La longitud original del cordón era l 0. Si cuelgas una taza con un peso en el extremo libre del cordón, el cordón se alargará. Su longitud será igual a l. La extensión del cable se puede encontrar así:

Si cambias los pesos de la copa, la longitud del cordón también cambiará y, por tanto, su alargamiento Δl.

La experiencia ha demostrado que el módulo de fuerza elástica al estirar (o comprimir) un cuerpo es directamente proporcional al cambio en la longitud del cuerpo.

Esta es la ley de Hooke. La ley de Hooke se escribe de la siguiente manera:

Fcontrol = -kΔl,

El peso corporal es la fuerza con la que el cuerpo, por atracción de la Tierra, actúa sobre un soporte o suspensión.

donde Δl es el alargamiento del cuerpo (cambio en su longitud), k es el coeficiente de proporcionalidad, que se llama rigidez.

La rigidez de un cuerpo depende de la forma y el tamaño, así como del material del que está fabricado.

La ley de Hooke sólo es válida para deformaciones elásticas. Si después del cese de las fuerzas que deforman el cuerpo, éste vuelve a su posición original, entonces la deformación es elástico.

Estudiarás la ley de Hooke y los tipos de deformaciones con más detalle en la escuela secundaria.

Peso corporal.

El concepto de “peso” se utiliza con mucha frecuencia en la vida cotidiana. Intentemos averiguar cuál es este valor. En los experimentos, cuando se colocaba un cuerpo sobre un soporte, no sólo el soporte era comprimido, sino también el cuerpo, atraído por la Tierra.

Un cuerpo deformado y comprimido presiona sobre el soporte con una fuerza llamada peso corporal . Si un cuerpo está suspendido de un hilo, entonces no sólo se estira el hilo, sino también el cuerpo mismo.

El peso corporal es la fuerza con la que el cuerpo, por atracción de la Tierra, actúa sobre un soporte o suspensión.

El peso corporal es una cantidad física vectorial y se denota con la letra P con una flecha encima de esta letra, dirigida hacia la derecha.

Sin embargo, cabe recordar que la gravedad se aplica al cuerpo y el peso se aplica al soporte o suspensión.

Si el cuerpo y el soporte están estacionarios o se mueven de manera uniforme y rectilínea, entonces el peso del cuerpo en su valor numérico es igual a la fuerza de gravedad, es decir

P = F pesado

Cabe recordar que la gravedad es el resultado de la interacción entre el cuerpo y la Tierra.

Entonces, el peso corporal es el resultado de la interacción del cuerpo y el soporte (suspensión). El soporte (suspensión) y el cuerpo se deforman, lo que provoca la aparición de una fuerza elástica.

Unidades de fuerza. La relación entre la gravedad y el peso corporal.

Ya sabes que la fuerza es una cantidad física. Además del valor numérico (módulo), tiene una dirección, es decir, es una cantidad vectorial.

La fuerza, como cualquier cantidad física, se puede medir y comparar con la fuerza tomada como unidad.

Las unidades de cantidades físicas siempre se eligen arbitrariamente. Por tanto, cualquier fuerza puede tomarse como unidad de fuerza. Por ejemplo, se puede tomar como unidad de fuerza la fuerza elástica de un resorte estirado hasta una determinada longitud. La unidad de fuerza también se puede tomar como la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo.

Lo sabes fuerza Provoca un cambio en la velocidad de un cuerpo. Es por eso que La unidad de fuerza es la fuerza que cambia la velocidad de un cuerpo que pesa 1 kg en 1 m/s en 1 s.

Esta unidad lleva el nombre del físico inglés Newton. Newton (1norte). A menudo se utilizan otras unidades: kilonewtons (kN), milinewtons (Minnesota):

1 kN = 1000 N, 1 N = 0,001 kN.

Intentemos determinar el valor de la fuerza en 1 N. Se ha establecido que 1 N es aproximadamente igual a la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo que pesa 1/10 kg, o más precisamente 1/9,8 kg (es decir, unos 102 gramos).

Hay que recordar que la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo depende de la latitud geográfica en la que se encuentra dicho cuerpo. La fuerza de gravedad cambia a medida que cambia la altura sobre la superficie de la Tierra.

Si sabemos que la unidad de fuerza es 1 N, entonces ¿cómo calcular la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo de cualquier masa?

Se sabe que, cuantas veces la masa de un cuerpo es mayor que la masa de otro cuerpo, tantas veces la fuerza de gravedad que actúa sobre el primer cuerpo es mayor que la fuerza de gravedad que actúa sobre el segundo cuerpo. Así, si un cuerpo que pesa 1/9,8 kg está sujeto a una fuerza de gravedad igual a 1 N, entonces un cuerpo que pesa 2/9,8 kg estará sujeto a una fuerza de gravedad igual a 2 N.

En un cuerpo que pesa 5/9,8 kg - la fuerza de gravedad es 5 N, 5,5/9,8 kg - 5,5 N, etc. En un cuerpo que pesa 9,8/9,8 kg - 9,8 N.

Dado que 9,8/9,8 kg = 1 kg, entonces una fuerza de gravedad igual a 9,8 N actuará sobre un cuerpo que pesa 1 kg. El valor de la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo que pesa 1 kg se puede escribir de la siguiente manera: 9,8 N/kg.

Esto significa que si una fuerza igual a 9,8 N actúa sobre un cuerpo que pesa 1 kg, entonces una fuerza igual a 2 veces mayor actuará sobre un cuerpo que pesa 2 kg. Será igual a 19,6 N, y así sucesivamente.

Así, para determinar la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo de cualquier masa, es necesario multiplicar 9,8 N/kg por la masa de este cuerpo.

El peso corporal se expresa en kilogramos. Entonces obtenemos eso:

Pie = 9,8 N/kg m.

El valor 9,8 N/kg se denota con la letra g, y la fórmula de la gravedad será:

donde m es masa, g se llama aceleración de caída libre. (El concepto de aceleración debida a la gravedad se enseñará en noveno grado).

Al resolver problemas en los que no se requiere gran precisión, g = 9,8 N/kg se redondea a 10 N/kg.

Ya sabes que P = Ftie, si el cuerpo y el soporte están estacionarios o se mueven de manera uniforme y lineal. Por tanto, el peso corporal se puede determinar mediante la fórmula:

Ejemplo. Sobre la mesa hay una tetera con agua que pesa 1,5 kg. Determina la fuerza de gravedad y el peso de la tetera. Muestre estas fuerzas en la Figura 68.

Dado:

gramos ≈ 10 N/kg

Solución:

Ftie = P ≈ 10 N/kg 1,5 kg = 15 N.

Respuesta: Ftie = P = 15 N.

Ahora representemos las fuerzas gráficamente. Elijamos una escala. Sea 3 N igual a un segmento de 0,3 cm de largo, entonces se debe aplicar una fuerza de 15 N con un segmento de 1,5 cm de largo.

Hay que tener en cuenta que la fuerza de la gravedad actúa sobre el cuerpo, y por tanto se aplica al propio cuerpo. El peso actúa sobre el soporte o suspensión, es decir, se aplica sobre el soporte, en nuestro caso sobre la mesa.

Dinamómetro.

El dinamómetro más simple.

En la práctica, muchas veces es necesario medir la fuerza con la que un cuerpo actúa sobre otro. Para medir la fuerza, un dispositivo llamado dinamómetro (del griego dinámica- fuerza, metro- Yo mido).

Los dinamómetros vienen en varios diseños. Su parte principal es un resorte de acero, al que se le dan diferentes formas según el propósito del dispositivo. El diseño de un dinamómetro simple se basa en comparar cualquier fuerza con la fuerza elástica de un resorte.

El dinamómetro más simple se puede fabricar con un resorte con dos ganchos montados en una tabla. Se adjunta un puntero al extremo inferior del resorte y se pega una tira de papel al tablero.

Marquemos en papel con un guión la posición del puntero cuando el resorte no está tensado. Esta marca será la división cero.

Dinamómetro manual - medidor de fuerza.

Luego colgaremos del gancho una carga que pesa 1/9,8 kg, es decir, 102 g. Sobre esta carga actuará una fuerza de gravedad de 1 N. Bajo la influencia de esta fuerza (1 N), el resorte se estirará y la aguja se moverá hacia abajo. Marcamos su nueva posición en papel y ponemos el número 1. Después de eso, colgamos una carga que pesa 204 gy ponemos una marca 2. Esto significa que en esta posición la fuerza elástica del resorte es 2 N. Habiendo suspendido una carga que pesa 306 g, ponemos una marca 3, y así sucesivamente d.

Para aplicar décimas de Newton, es necesario aplicar divisiones: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4, etc. Para ello, las distancias entre cada marca entera se dividen en diez partes iguales. Esto se puede hacer teniendo en cuenta que la fuerza elástica del resorte Fupr aumenta tantas veces a medida que aumenta su alargamiento Δl. Esto se desprende de la ley de Hooke: Fupr = kΔl, es decir, la fuerza elástica de un cuerpo cuando se estira es directamente proporcional al cambio en la longitud del cuerpo.

Dinamómetro de tracción.

Un resorte graduado será el dinamómetro más simple.

Con un dinamómetro se mide no sólo la gravedad, sino también otras fuerzas, como la fuerza elástica, la fuerza de fricción, etc.

Por ejemplo, para medir la fuerza de varios grupos de músculos humanos, se utiliza dinamómetros médicos.

Para medir la fuerza muscular del brazo al cerrar la mano en un puño, se utiliza un manual dinamómetro - medidor de fuerza .

También se utilizan dinamómetros de mercurio, hidráulicos, eléctricos y otros.

Recientemente, los dinamómetros eléctricos se han utilizado ampliamente. Tienen un sensor que convierte la tensión en una señal eléctrica.

Para medir grandes fuerzas, como por ejemplo fuerzas de tracción de tractores, motores primarios, locomotoras, remolcadores marítimos y fluviales, especiales. dinamómetros de tracción . Pueden medir fuerzas de hasta varias decenas de miles de newtons.

En cada uno de estos casos, es posible reemplazar varias fuerzas realmente aplicadas al cuerpo por una fuerza equivalente en su efecto sobre estas fuerzas.

Una fuerza que produce sobre un cuerpo el mismo efecto que varias fuerzas que actúan simultáneamente se llama resultante de estas fuerzas.

Encontremos la resultante de estas dos fuerzas que actúan sobre el cuerpo a lo largo de una línea recta en una dirección.

Pasemos a la experiencia. Colgamos del resorte dos pesas que pesan 102 gy 204 g, una debajo de la otra, es decir, que pesan 1 N y 2 N. Observe la longitud hasta la cual se estira el resorte. Quitemos estos pesos y reemplácelos con un peso, que el resorte estira hasta la misma longitud. El peso de esta carga resulta ser 3 N.

De la experiencia se deduce que: la resultante de fuerzas dirigidas a lo largo de una línea recta en la misma dirección, y su módulo es igual a la suma de los módulos de las fuerzas componentes.

En la figura, la resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo se indica con la letra R y las fuerzas componentes se indican con las letras F 1 y F 2. En este caso

Averigüemos ahora cómo encontrar la resultante de dos fuerzas que actúan sobre un cuerpo a lo largo de una línea recta en diferentes direcciones. El cuerpo es una mesa dinamómetro. Coloquemos un peso de 5 N sobre la mesa, es decir. Actuemos sobre él con una fuerza de 5 N dirigida hacia abajo. Atemos un hilo a la mesa y actuemos sobre él con una fuerza igual a 2 N, dirigida hacia arriba. Entonces el dinamómetro mostrará una fuerza de 3 N. Esta fuerza es la resultante de dos fuerzas: 5 N y 2 N.

Entonces, la resultante de dos fuerzas dirigidas a lo largo de una línea recta en direcciones opuestas está dirigida hacia la fuerza mayor en magnitud, y su módulo es igual a la diferencia en los módulos de las fuerzas componentes(arroz.):

Si se aplican a un cuerpo dos fuerzas iguales y de direcciones opuestas, entonces la resultante de estas fuerzas es cero. Por ejemplo, si en nuestro experimento se tira del extremo con una fuerza de 5 N, entonces la aguja del dinamómetro se pondrá a cero. La resultante de las dos fuerzas en este caso es cero:

El trineo ha rodado montaña abajo y pronto se detiene.

El trineo, rodando montaña abajo, se mueve de manera desigual a lo largo de una trayectoria horizontal, su velocidad disminuye gradualmente y después de un tiempo se detiene. El hombre, habiendo empezado a correr, se desliza sobre el hielo con su patín, pero por muy liso que esté el hielo, el hombre se detiene. La bicicleta también se detiene cuando el ciclista deja de pedalear. Sabemos que la causa de tales fenómenos es la fuerza. En este caso es la fuerza de fricción.

Cuando un cuerpo entra en contacto con otro se produce una interacción que impide su movimiento relativo, lo que se denomina fricción. Y la fuerza que caracteriza esta interacción se llama fuerza de fricción.

Fuerza de fricción- Este es otro tipo de fuerza, diferente de la gravedad y la fuerza elástica discutidas anteriormente.

Otra razón de la fricción es atracción mutua de moléculas de cuerpos en contacto.

La aparición de fuerzas de fricción se debe principalmente a la primera razón, cuando las superficies de los cuerpos son rugosas. Pero si las superficies están bien pulidas, al entrar en contacto algunas de sus moléculas se ubican muy cerca una de la otra. En este caso, la atracción entre las moléculas de los cuerpos en contacto comienza a manifestarse notablemente.

Experimente con un bloque y un dinamómetro. Medimos la fuerza de fricción.

La fuerza de fricción se puede reducir muchas veces si se introduce un lubricante entre las superficies de fricción. Una capa de lubricante separa las superficies de los cuerpos que se frotan. En este caso, no son las superficies de los cuerpos las que entran en contacto, sino las capas de lubricante. En la mayoría de los casos, la lubricación es líquida y la fricción de las capas líquidas es menor que la de las superficies sólidas. Por ejemplo, en los patines sobre hielo, la baja fricción al deslizarse sobre hielo también se debe al efecto de la lubricación. Se forma una fina capa de agua entre los patines y el hielo. En tecnología, se utilizan ampliamente varios aceites como lubricantes.

En corredizo un cuerpo en la superficie de otro experimentará fricción, lo que se llama fricción de deslizamiento. Por ejemplo, esta fricción se producirá cuando los trineos y los esquís se muevan sobre la nieve.

Si un cuerpo no se desliza, sino que rueda sobre la superficie de otro, entonces la fricción que surge en este caso se llama fricción de rodadura . Así, cuando las ruedas de un carruaje o automóvil se mueven, o cuando troncos o barriles ruedan por el suelo, aparece la fricción por rodadura.

Se puede medir la fuerza de fricción. Por ejemplo, para medir la fuerza de fricción por deslizamiento de un bloque de madera sobre una tabla o mesa, es necesario conectarle un dinamómetro. Luego mueva el bloque uniformemente a lo largo del tablero, sosteniendo el dinamómetro horizontalmente. ¿Qué mostrará el dinamómetro? Sobre el bloque actúan dos fuerzas en dirección horizontal. Una fuerza es la fuerza elástica del resorte del dinamómetro, dirigida en la dirección del movimiento. La segunda fuerza es la fuerza de fricción dirigida contra el movimiento. Como el bloque se mueve uniformemente, esto significa que la resultante de estas dos fuerzas es cero. En consecuencia, estas fuerzas son iguales en magnitud, pero opuestas en dirección. El dinamómetro muestra la fuerza elástica (fuerza de tracción), igual en magnitud a la fuerza de fricción.

De este modo, Al medir la fuerza con la que actúa el dinamómetro sobre un cuerpo durante su movimiento uniforme, medimos la fuerza de fricción.

Si coloca una carga sobre un bloque, por ejemplo un peso, y mide la fuerza de fricción utilizando el método descrito anteriormente, resultará ser mayor que la fuerza de fricción medida sin la carga.

Cuanto mayor es la fuerza que presiona el cuerpo contra la superficie, mayor es la fuerza de fricción que surge.

Colocando un bloque de madera sobre palos redondos, se puede medir la fuerza de fricción de rodadura. Resulta ser menor que la fuerza de fricción por deslizamiento.

De este modo, Con cargas iguales, la fuerza de fricción por rodadura es siempre menor que la fuerza de fricción por deslizamiento. . Por eso, ya en la antigüedad, la gente utilizaba rodillos para arrastrar grandes cargas, y posteriormente empezó a utilizar una rueda.

Fricción en reposo.

Fricción en reposo.

Conocimos la fuerza de fricción que surge cuando un cuerpo se mueve sobre la superficie de otro. Pero ¿es posible hablar de la fuerza de fricción entre cuerpos sólidos en contacto si están en reposo?

Cuando un cuerpo está en reposo sobre un plano inclinado, se mantiene sobre él por la fuerza de fricción. De hecho, si no hubiera fricción, el cuerpo se deslizaría hacia abajo por el plano inclinado bajo la influencia de la gravedad. Consideremos el caso en el que el cuerpo está en reposo sobre un plano horizontal. Por ejemplo, hay un armario en el suelo. Intentemos moverlo. Si presiona débilmente el gabinete, no se moverá. ¿Por qué? La fuerza que actúa en este caso se equilibra con la fuerza de fricción entre el suelo y las patas del armario. Dado que esta fuerza existe entre cuerpos en reposo entre sí, esta fuerza se llama fuerza de fricción estática.

En la naturaleza y la tecnología, la fricción es de gran importancia. La fricción puede ser beneficiosa y perjudicial. Cuando es útil, intentan aumentarlo, cuando es perjudicial, intentan disminuirlo.

Sin fricción estática, ni las personas ni los animales serían capaces de caminar sobre el suelo, ya que cuando caminamos nos impulsamos del suelo. Cuando la fricción entre la suela del zapato y el suelo (o el hielo) es baja, por ejemplo, en condiciones de hielo, es muy difícil impulsarse del suelo, los pies resbalan. Para evitar que los pies resbalen, las aceras se rocían con arena. Esto aumenta la fuerza de fricción entre la suela del zapato y el hielo.

Sin fricción, los objetos se le escaparían de las manos.

La fuerza de fricción detiene el coche al frenar, pero sin fricción no podría quedarse quieto, patinaría. Para aumentar la fricción, la superficie de los neumáticos del automóvil está formada por protuberancias acanaladas. En invierno, cuando la carretera está especialmente resbaladiza, se rocía con arena y se limpia de hielo.

Muchas plantas y animales tienen varios órganos que sirven para agarrar (antenas de plantas, trompas de elefante, colas prensiles de animales trepadores). Todos ellos tienen una superficie rugosa para aumentar la fricción.

Insertar. Los insertos están hechos de metales duros: bronce, hierro fundido o acero. Su superficie interior está recubierta con materiales especiales, generalmente babbitt (una aleación de plomo o estaño con otros metales), y lubricada. Los rodamientos en los que el eje se desliza a lo largo de la superficie del revestimiento cuando gira se llaman cojinetes lisos.

Sabemos que la fuerza de fricción por rodadura bajo la misma carga es significativamente menor que la fuerza de fricción por deslizamiento. En este fenómeno se basa el uso de rodamientos de bolas y de rodillos. En estos rodamientos, el eje giratorio no se desliza sobre un semicojinete estacionario, sino que rueda sobre bolas o rodillos de acero.

En la figura se muestra la estructura de los rodamientos de bolas y de rodillos más simples. El aro interior del rodamiento, de acero macizo, está montado en el eje. El anillo exterior está fijado en el cuerpo de la máquina. Cuando el eje gira, el anillo interior rueda sobre bolas o rodillos ubicados entre los anillos. Reemplazar los cojinetes lisos en una máquina con cojinetes de bolas o de rodillos puede reducir la fuerza de fricción entre 20 y 30 veces.

Los rodamientos de bolas y de rodillos se utilizan en una variedad de máquinas: automóviles, tornos, motores eléctricos, bicicletas, etc. Sin rodamientos (utilizan fuerza de fricción), es imposible imaginar la industria y el transporte modernos.

Conceptos básicos de dinámica

Si la cinemática es una rama de la mecánica en la que se describen y estudian los movimientos sin estudiar las causas que los provocan, entonces la dinámica considera el movimiento desde el otro lado.

La dinámica es una rama de la mecánica en la que se aclaran las razones por las que puede cambiar la naturaleza del movimiento de los cuerpos.

La dinámica clásica se basa en las tres leyes de Newton.

Cualquier cuerpo material está influenciado por los cuerpos que lo rodean. Al mismo tiempo, él mismo influye en los cuerpos que lo rodean. En otras palabras, los cuerpos interactuar entre ellos mismos.

La medida cuantitativa de la interacción es la fuerza.

Fuerza- cantidad vectorial. Para determinar una fuerza es necesario indicar su magnitud, dirección de acción, el cuerpo sobre el que se aplica la fuerza y ​​el punto de aplicación.

Todos los cuerpos tienen la propiedad de la inercia.

La inercia consiste en la capacidad de los cuerpos para mantener un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme (mantener inalterada la velocidad que poseen).

La inercia de diferentes cuerpos es diferente.

Una medida cuantitativa de inercia es el peso corporal.

La unidad de masa es kilogramo. Es la unidad básica representada por la masa del prototipo internacional del kilogramo (estándar).

Las observaciones y la experiencia muestran que la velocidad de cualquier cuerpo cambia solo cuando otros cuerpos actúan sobre él (bajo la acción de una fuerza). La velocidad constante sólo es posible si la aceleración es cero.

A principios de los siglos XVI y XVII, Galileo estableció la siguiente ley:

Si ningún otro cuerpo actúa sobre el cuerpo, entonces el cuerpo mantiene un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme.

A finales del siglo XVII Newton lo incluyó en sus leyes de la mecánica como primera ley llamándolo ley de inercia.

La ley de la inercia dice:

Si otros cuerpos no actúan sobre el cuerpo, entonces se encuentra en un estado de reposo o movimiento lineal uniforme, en relación con el sistema de referencia inercial.

De esta ley se deduce que la causa del cambio de velocidad es la fuerza.

Segunda ley de Newton responde a la pregunta de cómo se mueve un cuerpo bajo la influencia de una fuerza. Dado que la velocidad sólo puede cambiar en presencia de aceleración y la causa del cambio es la fuerza, entonces la fuerza es la causa de la aceleración.

La ley establece:

La aceleración adquirida por un punto material (cuerpo) en un sistema de referencia inercial es proporcional a la fuerza que actúa sobre el punto, inversamente proporcional a la masa del punto material y coincide en dirección con la fuerza.

Unidad de fuerza – Newton (H):

La primera y segunda leyes consideran un solo cuerpo. Pero las fuerzas surgen sólo en presencia de dos cuerpos que interactúan y son una medida de esta interacción.

Tercera ley considera ambos cuerpos que interactúan.

La ley establece:

Las fuerzas con las que dos cuerpos actúan entre sí son iguales en magnitud y están dirigidas en direcciones opuestas a lo largo de la línea recta que conecta estos cuerpos.

en contacto directo. En este caso, va acompañado de un cambio en la forma y el volumen de los cuerpos que interactúan. deformaciones. Las fuerzas que surgen en este caso se llaman fuerzas elásticas.

La interacción se puede llevar a cabo en la distancia. En este caso dicen que hay campo de fuerza. Uno de estos campos es el campo gravitacional, y las fuerzas que surgen en él se llaman fuerzas de gravedad.

Cuando los cuerpos entran en contacto directo, además de las fuerzas elásticas, surgen fuerzas de otro tipo, llamadas fuerzas de fricción. Se caracterizan por el hecho de que impiden el movimiento de un cuerpo que se frota con respecto a otro o evitan la aparición misma de este movimiento.

Gravedad, cuya acción a la que estamos acostumbrados en condiciones terrestres, se debe a la atracción (acción del campo gravitacional) de la Tierra. Está determinado cuantitativamente por la fórmula:

gramo - aceleración de la gravedad;

metro– masa del cuerpo considerado;

El hecho de que para todos los cuerpos sobre los que sólo actúan fuerzas de gravedad, la aceleración resultante es la misma e igual gramo , estableció Galileo.

La fuerza de gravedad se aplica al centro de masa del cuerpo y se dirige hacia abajo a lo largo de una plomada.

Fuerzas elásticas surgen como resultado de la interacción de cuerpos que están deformados.

Se ha establecido que la fuerza elástica es proporcional al desplazamiento de partículas desde la posición de equilibrio que se produce durante la deformación del cuerpo y se dirige hacia la posición de equilibrio.

Esta relación fue establecida por primera vez por Robert Hooke, contemporáneo de Newton, y se conoce en física como ley de Hooke.

X– la cantidad de información elástica;

k– rigidez de la carrocería;

La rigidez tiene una dimensión. [Nuevo Méjico]. Depende no sólo del material del cuerpo, sino también de la forma que tenga este cuerpo.

Fuerza de fricción deslizante previene el movimiento de un cuerpo que se frota con respecto a otro y actúa cuando se produce dicho movimiento (deslizamiento). Se dirige tangencialmente a las superficies de fricción en la dirección opuesta al movimiento de un cuerpo determinado con respecto a otro y depende del estado de las superficies de fricción y de la presión de presión.

 – coeficiente de fricción por deslizamiento, según la naturaleza y el estado de los cuerpos en contacto, que no tiene dimensión;

norte– fuerza de presión normal que presiona las superficies de fricción entre sí;

Fuerza de fricción estática. Para que un cuerpo que se frota comience a moverse con respecto a otro, se debe aplicar alguna fuerza. Si la fuerza es menor de la requerida, el movimiento no comenzará. Esto significa que la fuerza aplicada se compensa con alguna fuerza. Este fuerza de fricción estática.

La fuerza de fricción estática se produce cuando aparece una fuerza que tiende a hacer que un cuerpo se deslice sobre otro.

La fuerza de fricción estática es igual en magnitud y de dirección opuesta a la fuerza externa.

La fuerza de fricción estática aumenta al aumentar la fuerza externa hasta un cierto límite, después del cual comienza el deslizamiento.

La fuerza límite de fricción estática en muchos casos excede la fuerza de fricción deslizante.

Fuerza de fricción por rodadura. Si un cuerpo tiene una forma que le permite rodar sobre la superficie de otro cuerpo, entonces surge una fuerza de fricción por rodadura.

La fuerza de fricción por rodadura es menor que la fuerza de fricción por deslizamiento.

La aparición de fricción por rodadura es causada por la deformación de las superficies de ambos cuerpos, por lo que el cuerpo rodante parece rodar cuesta arriba. Al mismo tiempo, se separan de la otra las secciones de una superficie que previamente estaban en contacto.

Esta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.

El ciclista se inclina hacia la curva. La fuerza de gravedad y la fuerza de reacción del soporte de la Tierra proporcionan una fuerza resultante que imparte la aceleración centrípeta necesaria para el movimiento en círculo.

Relación con la segunda ley de Newton

Recordemos la ley de Newton:

La fuerza resultante puede ser igual a cero en el caso de que una fuerza sea compensada por otra, la misma fuerza, pero de dirección opuesta. En este caso, el cuerpo está en reposo o se mueve uniformemente.

Si la fuerza resultante NO es cero, entonces el cuerpo se mueve con aceleración uniforme. En realidad, es esta fuerza la que provoca el movimiento desigual. Dirección de la fuerza resultante Siempre coincide en dirección con el vector de aceleración.

Cuando es necesario representar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, mientras el cuerpo se mueve con aceleración uniforme, significa que en la dirección de la aceleración la fuerza que actúa es más larga que la opuesta. Si el cuerpo se mueve uniformemente o está en reposo, la longitud de los vectores de fuerza es la misma.

Encontrar la fuerza resultante

Para encontrar la fuerza resultante, es necesario: en primer lugar, designar correctamente todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo; luego dibuje ejes de coordenadas, seleccione sus direcciones; en el tercer paso es necesario determinar las proyecciones de los vectores sobre los ejes; escribe las ecuaciones. Brevemente: 1) identificar las fuerzas; 2) seleccionar los ejes y sus direcciones; 3) encontrar las proyecciones de fuerzas sobre el eje; 4) escribe las ecuaciones.

¿Cómo escribir ecuaciones? Si en una determinada dirección el cuerpo se mueve uniformemente o está en reposo, entonces la suma algebraica (teniendo en cuenta los signos) de las proyecciones de fuerzas es igual a cero. Si un cuerpo se mueve uniformemente acelerado en una determinada dirección, entonces la suma algebraica de las proyecciones de fuerzas es igual al producto de la masa por la aceleración, según la segunda ley de Newton.

Ejemplos

Un cuerpo que se mueve uniformemente sobre una superficie horizontal está sujeto a la fuerza de gravedad, la fuerza de reacción del soporte, la fuerza de fricción y la fuerza bajo la cual se mueve el cuerpo.

Denotemos las fuerzas, elijamos los ejes de coordenadas.

Encontremos las proyecciones.

Escribir las ecuaciones

Un cuerpo que está presionado contra una pared vertical se mueve hacia abajo con aceleración uniforme. Sobre el cuerpo actúa la fuerza de gravedad, la fuerza de fricción, la reacción del soporte y la fuerza con la que se presiona el cuerpo. El vector de aceleración se dirige verticalmente hacia abajo. La fuerza resultante se dirige verticalmente hacia abajo.

El cuerpo se mueve uniformemente a lo largo de una cuña cuya pendiente es alfa. Sobre el cuerpo actúan la fuerza de gravedad, la fuerza de reacción del soporte y la fuerza de fricción.

Lo principal para recordar.

1) Si el cuerpo está en reposo o se mueve uniformemente, entonces la fuerza resultante es cero y la aceleración es cero;
2) Si el cuerpo se mueve uniformemente acelerado, entonces la fuerza resultante no es cero;
3) La dirección del vector de fuerza resultante siempre coincide con la dirección de la aceleración;
4) Ser capaz de escribir ecuaciones de proyecciones de fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

Un bloque es un dispositivo mecánico, una rueda que gira alrededor de su eje. Los bloques pueden ser móvil Y inmóvil.

Bloque fijo Se utiliza sólo para cambiar la dirección de la fuerza.

Los cuerpos conectados por un hilo inextensible tienen aceleraciones iguales.

bloque móvil diseñado para cambiar la cantidad de esfuerzo aplicado. Si los extremos de la cuerda que sujeta el bloque forman ángulos iguales con el horizonte, entonces levantar la carga requerirá una fuerza la mitad del peso de la carga. La fuerza que actúa sobre la carga está relacionada con su peso, como el radio del bloque está relacionado con la cuerda del arco rodeado por la cuerda.

La aceleración del cuerpo A es la mitad de la aceleración del cuerpo B.

De hecho, cualquier bloque es brazo de palanca, en el caso de un bloque fijo - brazos iguales, en el caso de uno móvil - con una relación de hombros de 1 a 2. Como para cualquier otra palanca, se aplica la siguiente regla al bloque: la cantidad de veces que ganamos en esfuerzo, la misma cantidad de veces que perdemos en distancia

También se utiliza un sistema formado por una combinación de varios bloques móviles y fijos. Este sistema se llama poliespasto.

Lo sentimos como si nos “presionaran” contra el suelo o como si estuviéramos “colgados” en el aire. Esto se puede sentir mejor al subir a una montaña rusa o en los ascensores de edificios de gran altura, que de repente comienzan a subir y bajar.

Ejemplo:

Ejemplos de aumento de peso:

Cuando el ascensor de repente comienza a subir, las personas que están en él sienten como si las estuvieran “presionando” contra el suelo.

Cuando el ascensor reduce bruscamente su velocidad de descenso, las personas en el ascensor, debido a la inercia, “presionan” con más fuerza sus pies contra el suelo del ascensor.

Cuando una montaña rusa pasa por la parte inferior de la montaña rusa, los ocupantes del carro experimentan una sensación de estar “apretados” en el asiento.

Ejemplo:

Ejemplos de pérdida de peso:

Al andar rápido por pequeñas colinas, el ciclista que se encuentra en la cima de la colina experimenta una sensación de ligereza.

Cuando el ascensor comienza repentinamente a descender, las personas en el ascensor sienten que la presión sobre el suelo disminuye y se produce una sensación de caída libre.

Cuando una montaña rusa pasa por el punto más alto del recorrido, los ocupantes del carrito experimentan la sensación de ser “lanzados” por los aires.

Cuando uno se balancea hasta el punto más alto de un columpio, siente que por un breve momento el cuerpo “cuelga” en el aire.

El cambio de peso está asociado con la inercia: el deseo del cuerpo de mantener su estado inicial. Por tanto, el cambio de peso es siempre opuesto a la aceleración del movimiento. Cuando la aceleración del movimiento se dirige hacia arriba, aumenta el peso del cuerpo. Y si la aceleración del movimiento se dirige hacia abajo, el peso del cuerpo disminuye.

En la figura, las flechas azules muestran la dirección de aceleración del movimiento.

1) Si el ascensor está parado o se mueve uniformemente, entonces la aceleración es cero. En este caso, el peso de la persona es normal, es igual a la fuerza de gravedad y se determina de la siguiente manera: PAG = metro ⋅ gramo.

2) Si el ascensor acelera hacia arriba o disminuye su velocidad cuando baja, entonces la aceleración se dirige hacia arriba. En este caso, el peso de la persona aumenta y se determina de la siguiente manera: PAG = metro ⋅ gramo + a.

3) Si el ascensor acelera hacia abajo o disminuye su velocidad al subir, entonces la aceleración se dirige hacia abajo. En este caso, el peso de la persona disminuye y se determina de la siguiente manera: P = m ⋅ g − a.

4) Si una persona está en un objeto que cae libremente, entonces la aceleración del movimiento se dirige hacia abajo y es la misma que la aceleración de la caída libre: \( a = g\).

En este caso, el peso de la persona es cero: P = 0.

Ejemplo:

Dado: masa humana - \(80 kg\). Un hombre entra en un ascensor para subir. La aceleración del ascensor es \(7\) m s 2 .

Cada etapa de movimiento, junto con las lecturas de medición, se muestra en las siguientes figuras.

1) El ascensor está parado y el peso de la persona es: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 N.

2) El ascensor comienza a subir con aceleración \(7\) m s 2, y el peso de la persona aumenta: P = m ⋅ g a = 80 ⋅ 9,8 7 = 1334 N.

3) El ascensor ha cogido velocidad y se mueve uniformemente, mientras que el peso de la persona es: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 N.

4) Al subir, el ascensor frena con aceleración (desaceleración) negativa \(7\) m s 2, y el peso de la persona disminuye: P = m ⋅ g − a = 80 ⋅ 9,8 − 7 = 224 N.

5) El ascensor se ha detenido por completo, el peso de la persona es: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 N.

Además de imágenes y ejemplos de la tarea, puede ver un vídeo de un experimento realizado por escolares, que muestra cómo cambia el peso corporal de una persona en un ascensor. Durante el experimento, los escolares utilizan una báscula en la que el peso se indica inmediatamente en \(newtons, N\) en lugar de en kilogramos. http://www.youtube.com/watch?v=D-GzuZjawNI.

Ejemplo:

El estado de ingravidez se produce en situaciones en las que una persona se encuentra en un objeto que se encuentra en caída libre. Hay aviones especiales que están diseñados para crear un estado de ingravidez. Se elevan hasta una cierta altura y después el avión entra en caída libre durante unos \(30 segundos\). Durante la caída libre de un avión, las personas que lo transportan experimentan un estado de ingravidez. Esta situación se puede ver en este vídeo.