✅Таблиця «Скільки сил в природі»
Спочатку здається, що в світі сил велика кількість. Одна з основних сил – сила всесвітнього тяжіння. Всі тіла в будь-якій ситуації притягуються. Сила тяжіння – один із прикладів прояву на землі (і на інших великих космічних об’єктах) всесвітнього тяжіння.
Ця сила визначається масою тіл, значить, маса має, поряд з інертністю, ще й гравітаційними властивостями, тобто притягувати інші маси.
Сила пружності, сила тертя, вага – різні, нібито несхожі, сили, але у них є одне спільне: вони з’являються внаслідок взаємодії молекул, тобто ці сили «родичі».
Молекули складаються з атомів, атоми мають теж складну будову: всередині атома є ядро, що становить його основну масу, навколо ядра, як планети навколо Сонця, рухаються електрони. Ядро складається з частинок – протонів і нейтронів.
Ці та велика кількість інших частинок називають елементарними. У протонів і електронів є властивість, властиве саме їм: вони володіють електричним зарядом. Електрони негативні, а протони позитивно заряджені. Властивість це відокремити від даних частинок не можна.
Володіючи зарядом, частинки здатні вступати в особливий рід взаємодій: частинки (і тіла), однаково заряджені, відштовхуються, мають протилежні заряди, притягуються.
Спостерігаються приклади взаємодії з магнітами, вони теж притягуються або відштовхуються. Все це ланки одного ланцюга.
Електричні та магнітні явища найтіснішим чином пов’язані. Називають їх електромагнітними. Електромагнітними називають і сили, які супроводжують ці явища.
Значить, сили тяжіння і відштовхування, що діють серед молекул, сили пружності, вага тіла і сили тертя, які проявляються внаслідок цих взаємодій, – все це прояв ще однієї фундаментальної природної сили – електромагнітної (докладніше вивчається в старших класах). Ця сила значно перевершує гравітаційну за величиною.
Сили, що утримують частинки в складі атомного ядра, називаються ядерними. Це найсильніші взаємодії природи. А сили, що діють між іншими незалежними елементарними частинками, називаються слабкими взаємодіями.
Сильні взаємодії в сто разів перевищують електромагнітні сили. Слабкі – значно менше електромагнітних, але набагато перевищують гравітаційні.
Ця блок-схема допомагає розібратися в силах, які вивчені, а які будуть вивчатися надалі. Значить, головних або основних сил в природі чотири. Яка з них головніше, з’ясовувати не потрібно, кожна важлива. Сили другого рівня допомагають розібратися в тому, що відбувається, особливо в механічних явищах. Проявів дії сил дуже багато, але за кожним з них стоїть одна з головних (фундаментальних) сил природи.
Таблиця з поясненнями на тему “Скільки сил в природі”
| Сила | Означення | Приклади |
|---|---|---|
| Гравітаційна сила | Сила притягання мас до центру Землі. | Відповідає за вагу: Впливає на те, що предмети падають вниз. |
| Електрична сила | Сила, яка виникає між зарядженими частинками. | Відштовхування/притягання: Заряджені предмети взаємодіють через електричні сили. |
| Магнітна сила | Сила, що виникає між магнітами або магнітними полюсами. | Притягання/відштовхування: Магніти притягують або відштовхують один одного. |
| Ядерні сили | Сили, які утримують частинки у ядрі атома. | Спричиняють стабільність: Запобігають розпаду ядра та утримують протони та нейтрони разом. |
| Сили взаємодії в рідинах | Сили, які виникають при русі тіл у рідинах. | Опір рідини: Утруднює рух предметів у воді чи інших рідинах. |
| Сила тертя | Сила, що заважає рухові тіл при контакті з поверхнею. | Статичне та ковзне тертя: Затримує або уповільнює рух предметів на поверхні. |
Підсумок: У природі існують різні види сил, які взаємодіють з об’єктами навколишнього світу. Гравітаційна сила відповідає за притягання мас до Землі, електрична сила – за взаємодію заряджених частинок, магнітна сила – між магнітами, а ядерні сили утримують частинки у ядрі атома. Крім того, у рідинах виникають сили взаємодії при русі тіл, а сила тертя заважає рухові тіл на поверхні.
§ 26. Сила тертя. Тертя в природі й техніці
1. Тертя і сила тертя. У § 15 ми встановили, що причиною зменшення швидкості руху тіла по деякій поверхні є вплив цієї поверхні. У цьому виявляється явище тертя, яке призводить до перешкоджання руху тіл або його виникненню.
Мірою взаємодії тіл, між якими існує тертя, є сили тертя.
Причиною виникнення сил тертя є зачеплення нерівностей поверхонь стичних тіл, що призводить до деформацій цих нерівностей і виникнення сил пружності. При цьому у тих місцях, де відстані між частинками тіл (атомами і молекулами) стають достатньо малими для виникнення сил міжмолекулярної взаємодії, стичні тіла зчіплюються (злипаються). Отже, сили тертя можна розглядати як різновид сил пружності, а тому вони теж мають електромагнітну природу.
Існують різні види тертя. Розглянемо їх докладніше.
2. Тертя спокою. Покладемо дерев’яний брусок на дошку, приєднаємо до нього динамометр і подіємо на брусок незначною силою, спрямованою вздовж поверхні дошки (рис. 129, а). Брусок не зрушиться з місця, а це означає, що з’явилася певна сила, яка зрівноважила силу, прикладену до бруска.
Рис. 129. Дія сили тертя спокою: а) сила тертя спокою зрівноважує зовнішню силу; б) сила тертя спокою зростає від нуля до максимального значення
Сила тертя спокою змінюється (залежно від дії зовнішньої сили) від нуля до деякого максимального значення
Якщо потягнути брусок з більшою силою, то динамометр покаже поступове збільшення (від нуля до деякого значення) сили тертя спокою, яка протидіє зовнішній силі, що намагається вивести брусок зі стану спокою (рис. 129, б). Збільшення показів динамометра триватиме доти, поки не почнеться ковзання тіла. У цей момент досягається максимальне значення сили тертя спокою.
Як ви вже зрозуміли, сила тертя спокою протидіє початку руху одного тіла по поверхні іншого. Саме тому масивні предмети дуже важко зрушити з місця.
3. Тертя ковзання. Повернемося до досліду з рухом бруска по поверхні дошки за допомогою динамометра.
Як і у попередньому випадку, спочатку спостерігатимемо виникнення і зростання сили тертя спокою. У момент початку ковзання бруска покази динамометра трохи зменшаться і далі майже не змінюватимуться впродовж рівномірного ковзання бруска (рис. 130).
Сила тертя ковзання завжди спрямована в бік, протилежний напряму руху тіла, до якого вона прикладена
Сила тертя ковзання — це сила, яка виникає при ковзанні одного тіла по поверхні іншого.
4. Тертя кочення. Якщо покласти дерев’яний брусок на візок (або підкласти під нього циліндричні олівці), то пересувати брусок по дошці стає значно легше (рис. 131, б). У цьому випадку тертя виникає між колесами візка та поверхнею столу.
Рис. 130. Покази динамометра в момент початку ковзання бруска і впродовж його рівномірного руху
Рис. 131. Приклади прояву різних видів тертя: а) тертя ковзання; б) тертя кочення
Можливість зменшення сили тертя за рахунок використання кочення тіл була відома людям ще в давнину. Наприклад, для пересування важких предметів їх ставили на колоди. Зрештою це призвело до винайдення колеса. У наш час найбільш зручним методом перевезення масивних вантажів є використання причепів, які мають велику кількість коліс. Роликові ковзани теж забезпечені колесами, за рахунок чого сила тертя між ними і поверхнею, по якій ми рухаємося, значно зменшується (рис. 132).
5. Особливості тертя в рідинах і газах. Під час ковзання шарів рідини або газу відносно один одного також має місце тертя. При цьому виникають сили тертя, що перешкоджають цьому ковзанню і спрямовані вздовж шарів рідини або газу у напрямах, протилежних до напряму їх руху.
Рис. 132. Використання коліс у роликових ковзанах дозволяє зменшити силу тертя між ними і поверхнею, по якій людина рухається
Сили опору, які виникають під час руху тіл у рідинах або газах, залежать від швидкості їх відносного руху, а також від форми тіл, що рухаються
Такі ж сили виникають і при русі твердих тіл (риб, човнів, гелікоптерів тощо ) у рідинах або газах. Цей вид тертя називають рідким (або в’язким) тертям. Сили тертя, які при цьому виникають, називаються силами в’язкого тертя або силами опору.
Форму тіла, яка дозволяє максимально зменшити сили опору, називають обтічною. Саме обтічної форми надають автомобілям, суднам, підводним човнам, ракетам (рис. 133).
Висловіть свою думку
Якими особливостями руху ракети і парашутиста пояснюються форми ракети (рис. 133) і парашута (рис. 134).
6. Що таке коефіцієнт тертя? Однією з найважливіших характеристик тертя є залежність сили тертя від сили реакції опори. Виявимо залежність сили тертя від сили реакції опори.
Покладемо на брусок, що може рухатися по дошці, вантаж відомої маси (рис. 135, а). Зафіксуємо силу тертя ковзання, яку покаже динамометр при рівномірному русі бруска з вантажем. Поклавши на брусок вантаж вдвічі більшої маси, ми, відповідно, вдвічі збільшимо і силу реакції опори (рис. 135, б). Як наслідок, динамометр покаже, що сила тертя ковзання також збільшилася вдвічі.
Отже, сила тертя ковзання пропорційна силі реакції опори:
Fтертя ковз ≈ N
або Fтертя ковз = μΝ,
де μ — коефіцієнт пропорційності, який називають коефіцієнтом тертя ковзання; N — сила реакції опори.
Рис. 133. Форма ракети дозволяє зменшити величину сил опору, які виникають при її русі
Рис. 134. Рух людини з парашутом
Рис. 135. Залежність сили тертя ковзання від сили реакції опори: а) сила тертя ковзання при рівномірному русі бруска з одним вантажем; б) сила тертя ковзання зростає вдвічі при збільшенні маси вантажу (сили реакції опори) вдвічі
З формули очевидно, що коефіцієнт тертя ковзання є величиною безрозмірною. У таблиці 14 наведено коефіцієнти тертя ковзання для деяких матеріалів.
Таблиця коефіцієнтів тертя ковзання
Коефіцієнти тертя ковзання
