Задание 2, страница 24 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

1. Запишите формулы расчета электромагнитных сил молекулярного происхождения.

2. Изобразите перечисленные силы графически, указав точки приложения и направления.

1. Запишите формулы расчета электромагнитных сил молекулярного происхождения.

Электромагнитными силами молекулярного происхождения являются, например, сила упругости, сила трения и сила нормальной реакции опоры. Все они возникают из-за электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества.

Сила упругости ($F_{упр}$)

Возникает при деформации (изменении формы или размера) тела и стремится вернуть его в исходное состояние. Согласно закону Гука, для упругих деформаций её модуль пропорционален величине деформации:

$F_{упр} = k \cdot |\Delta l|$

В векторной форме закон Гука записывается как:

$\vec{F}_{упр} = -k \cdot \Delta\vec{l}$

где $k$ – коэффициент жесткости тела (единица измерения в СИ: Н/м), а $|\Delta l|$ – абсолютное значение удлинения или сжатия тела (м). Знак «минус» в векторной форме указывает, что сила упругости направлена в сторону, противоположную вектору смещения частиц тела от положения равновесия.

Сила трения ($F_{тр}$)

Возникает при контакте и относительном движении (или попытке движения) тел. Различают силу трения покоя и силу трения скольжения.

Максимальная сила трения покоя, которую нужно преодолеть для начала движения, рассчитывается по формуле:

$(F_{тр.п})_{max} = \mu_п \cdot N$

где $\mu_п$ – безразмерный коэффициент трения покоя, $N$ – сила нормальной реакции опоры.

Сила трения скольжения, действующая на движущееся тело, рассчитывается по формуле:

$F_{тр.ск} = \mu_{ск} \cdot N$

где $\mu_{ск}$ – безразмерный коэффициент трения скольжения.

Сила нормальной реакции опоры ($N$)

Это сила, с которой опора действует на тело, и она всегда направлена перпендикулярно (нормально) поверхности соприкосновения. Она препятствует проникновению одного тела в другое. У этой силы нет собственной универсальной формулы; её значение находят из уравнений движения (или равновесия) тела. Например, для тела массой $m$, лежащего на неподвижной горизонтальной опоре, сила реакции опоры уравновешивает силу тяжести:

$N = mg$

где $g$ – ускорение свободного падения (приблизительно $9,8$ м/с²).

Ответ:

Формула силы упругости (закон Гука): $F_{упр} = k \cdot |\Delta l|$.

Формула силы трения скольжения: $F_{тр.ск} = \mu_{ск} \cdot N$.

Формула для расчета силы нормальной реакции опоры зависит от условий задачи, для простого случая тела на горизонтальной поверхности: $N = mg$.

2. Изобразите перечисленные силы графически, указав точки приложения и направления.

Сила упругости ($ \vec{F}_{упр} $)

Представим пружину, один конец которой закреплен на стене, а к другому прикреплен груз, находящийся на горизонтальной поверхности. Если растянуть пружину, сместив груз вправо от положения равновесия, то возникнет сила упругости.

• Точка приложения: точка крепления груза к пружине.

• Направление: в сторону, противоположную смещению груза (в данном случае, влево, к положению равновесия).

Графически сила упругости изображается вектором, начало которого находится в точке крепления тела к пружине, и который направлен в сторону положения равновесия пружины.

Сила трения скольжения ($ \vec{F}_{тр.ск} $)

Представим брусок, который движется вправо по шероховатой горизонтальной поверхности.

• Точка приложения: сила трения распределена по всей поверхности контакта, но для удобства её изображают приложенной к центру масс тела или к центру контактной поверхности.

• Направление: вдоль поверхности соприкосновения, в сторону, противоположную направлению относительного движения (в данном случае, влево).

Графически сила трения изображается вектором, исходящим из центра основания бруска и направленным против вектора скорости.

Сила нормальной реакции опоры ($ \vec{N} $)

Представим тело (например, книгу), лежащее на горизонтальном столе.

• Точка приложения: как и сила трения, она распределена по поверхности, но её изображают приложенной к центру масс тела или к центру контактной поверхности.

• Направление: перпендикулярно (нормально) поверхности опоры, от опоры (в данном случае, вертикально вверх).

Графически сила нормальной реакции опоры изображается вектором, исходящим из центра основания тела и направленным перпендикулярно вверх от поверхности стола.

Ответ:

Сила упругости приложена к месту деформации и направлена к положению равновесия. Сила трения приложена к поверхности контакта и направлена против движения. Сила нормальной реакции опоры приложена к поверхности контакта и направлена перпендикулярно от опоры.