Взаимодействие сил
Прежде чем мы увидим, как сила может влиять на состояние движения тела, давайте кратко рассмотрим силу. Как уже говорилось, Сила — это взаимодействие между двумя или более чем двумя телами, которые, будучи непротиворечивыми друг другу, вызывают изменение состояния движения любого объекта. По самому определению силы в нем очень ясно сказано, что сила — это то, что вызывает изменение состояния движения объекта. Взаимодействие сил также можно определить как толчок или притяжение объекта. Любому изменению состояния движения всегда соответствует либо изменение скорости тела, либо определенное изменение направления движения тела. Некоторое изменение скорости может означать ускорение (ускорение) или, в других случаях, уменьшение скорости (замедление).
Например, мяч не может двигаться сам по себе, равно как и стул или стол. Любые неживые объекты сами по себе неподвижны или не находятся в каком-либо движении, если на них не действует сила. Нам нужен двигатель, чтобы генерировать силу или движение, чтобы заставить его двигаться, нам нужно ударить по мячу, который приходит в форму приложенной силы, чтобы мяч летел в ворота. Во многих случаях на одно и то же тело или объект может действовать несколько сил. Представьте, что мы пинаем мяч, и у друга есть точно такая же идея. Что может случиться, если мы оба ударим по мячу одновременно? Друг или мы, кто имеет большее взаимодействие наращивания сил, приложит большую силу, и поэтому мяч будет двигаться в этом направлении.
Помните игру в перетягивание каната с друзьями? В игре «перетягивание каната» две команды тянут одну веревку. Выигрывает та команда, которая сможет потянуть за веревку на определенное расстояние, несмотря на то, что ее тянет другая команда. Можете ли вы догадаться, что именно там происходит? В этой игре две силы действуют в противоположных направлениях по отношению друг к другу. Одна из команд тянет веревку вправо, а другая пытается тянуть веревку влево как можно сильнее и сильнее. Это взаимодействие заставляет обе силы компенсировать друг друга точно так же, как -3 и +3 компенсируют друг друга. Это только один случай. Что произойдет, если силы будут действовать в одном направлении? Вам легче толкать машину одному или с помощью пары друзей? Легче, если правильно толкнуть машину или нет? Это связано с тем, что сила имеет взаимодействие, которое также суммируется, если оно применяется в одном и том же направлении. Когда мы и наши друзья движемся в одном направлении, все наши силы вместе действуют на машину, что облегчает ее совместное толкание.
Подводя итог, можно сказать, что если силы действуют в противоположных направлениях, они компенсируют друг друга, а если они действуют в одном направлении, то суммируются. Сила изменяет движение объекта, т. е. сила может заставить неподвижное тело двигаться; он может остановить движущийся объект; он может увеличивать или уменьшать скорость движущегося тела.
Факторы взаимодействия сил
Силы, приложенные в одном направлении:
Взаимодействие сил, действующих на объект в одном направлении, всегда суммируется. Если две силы действуют на тело в одном и том же направлении, то результирующая сила равна сумме двух действующих на него сил. В этом случае это всегда приводит к гораздо большей силе, чем любая из отдельных сил, приложенных по отдельности.
Пример: Два человека толкают тяжелую машину или любую тяжелую коробку в одном направлении. Всякий раз, когда какой-либо тяжелый груз перевозится из одного места в другое, многие люди прилагают усилия в одном направлении, чтобы переместить ящик.
Силы противоположного направления:
Если взаимодействие двух сил действует на тело в противоположных направлениях, то результирующая сила, действующая на тело, всегда есть разность между двумя силами.
Примеры. Рассмотрим двух рабочих, толкающих тяжелый груз в противоположном направлении. Суммарная сила, действующая на объект, равна нулю, если две силы, действующие на него в противоположных направлениях, равны по величине, и если приложены какие-либо неравные силы, то ящик движется в направлении, в котором приложена большая сила.
Люди, играющие в перетягивание каната, тянут веревку с противоположных сторон, и та команда, которая потянет ее с большей силой, побеждает.
Величина и направление силы:
Взаимодействие сил может быть выше или меньше, чем другое, в зависимости от его величины. Чтобы полностью определить действие взаимодействия силы, мы должны также указать направление, в котором она действует на тело. Если изменяется направление или величина силы, соответственно изменяется и ее действие.
Например, представьте себе двух девочек, играющих в круг, взявшись за руки. Если бы между ними не было такого взаимодействия, они не смогли бы двигаться по кругу. Направление и величина сил должны быть в этом случае равными и противоположными, чтобы каждая из них могла двигаться с одинаковой скоростью и пользоваться в полной мере.
Возможные эффекты взаимодействия сил:
Взаимодействие Силы между объектами может изменить Состояние Движения объекта:
Определенное изменение либо скорости объекта, либо направления его движения, либо того и другого описывается как изменение состояния его движения.
Пример: полевой игрок ловит крикетный мяч, приближающийся к нему с большой скоростью, и останавливает его. Рам ударяет по мячу и меняет направление его движения.
Взаимодействие Силы может Изменять Форму тела:
Форму тела можно изменить силой. Мы используем его для получения необходимой формы тела или предмета в некоторых случаях.
Пример: При нажатии на любой надутый шарик двумя руками он сжимается или меняет форму шарика. При приготовлении теста мы меняем форму теста по мере необходимости.
Следовательно, мы можем заключить, что сила может действовать на любой объект, вещество или материю только в том случае, если существует взаимодействие между двумя телами. Если такого взаимодействия между телом и приложенной силой нет, то тело не будет испытывать никакой силы. Например, если кто-то не может передвинуть коробку, не прикоснувшись к ней. Мы не можем сдвинуть машину, просто не касаясь ее. Мы не можем выиграть игру в перетягивание каната, не касаясь веревки. Все эти примеры доказывают, что для действия сил необходимо взаимодействие до тех пор, пока это не произойдет в случае заряженного материала или тел, в которых существуют бесконтактные взаимодействия.
Примеры проблем
Вопрос 1: Рассчитайте силу, действующую на объект, когда два человека, человек А, пытаются толкнуть его, прикоснувшись к нему с силой 60 Н, а со стороны другого человека Б приложена противоположная сила, чтобы остановить движение объекта величиной 69 Н. , Рассчитайте результирующую силу и направление, в котором движется объект.
Решение:
As we know the object will move towards the direction of the force applied by person B as he exerted a greater force.
The resultant force = 69N – 60N = 9N in the direction applied by B.
Hence, the resultant force on the object is 9N.
Вопрос 2: Приведите два примера, где можно сказать, что взаимодействие между телами порождает силу.
Отвечать:
Two examples where we can say interaction between the bodies generated force are:
- When we try to push a block, we cannot do it without touching it.
- When we want to move or lift a book we cannot do it without touching it.
Вопрос 3: В игре в крикет игрок с битой ударяет по мячу с силой 80 Н, который летит с силой 30 Н. Сможет ли игрок с битой отбить мяч с большего расстояния? Вычислите чистую силу, действующую на мяч.
Отвечать:
Yes the batsman will be able to hit the ball as he applied a greater force. The resultant force on the ball = 80N – 30N = 50N. Which will go in the opposite direction from where it was coming.
Вопрос 4: Что такое пары сил взаимодействия?
Отвечать:
In every interaction, there exists a pair of forces acting on the two interacting objects. The direction of the force applied on the first object is opposite to the direction of the force applied on the second object. These forces always come in pairs – equal and opposite action-reaction force pairs.
Вопрос 5: Мужчина попал своей машиной в яму. Он попытался толкнуть машину в одиночку, но ему это не удалось. Предполагалось, что он приложил силу 40 Н, чтобы толкнуть машину. Он позвал на помощь. На помощь ему пришли два человека. Один из них может прикладывать силу 70 Н, а другой — 10 Н. От кого ему следует обратиться за помощью и почему? Представьте, что сила реакции автомобиля равна 100 Н.
Отвечать:
The man should take the help of person who can apply a force of 70N. As then only the resultant force will be able to overcome the reaction force exerted by the car and the man will be able to move his car.
Given force exerted by the man = 40N
Force exerted by first person = 70N
Force exerted by second person =10N
The resultant force = 40N + 70N = 110N, which is greater than 100N hence it will overcome it.
The resultant force with the other person = 40N + 10N = 50N, which is lesser than 100 hence, it will not overcome it.