Номер 51, страница 227 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Взаимодействие тел. Задачи для повторения - номер 51, страница 227.

Условие.

51. Приведите примеры, показывающие, что действие силы зависит от её модуля, точки приложения и направления.

Решение.

Решение 2.

Действие, производимое силой на тело, характеризуется тремя факторами: её числовым значением (модулем), точкой приложения и направлением. Рассмотрим примеры, иллюстрирующие зависимость результата действия силы от каждого из этих факторов.

Зависимость от модуля силы

Представим, что мы хотим сдвинуть с места тяжёлый шкаф. Если мы приложим небольшую силу (малый модуль), шкаф может не сдвинуться с места, так как сила трения покоя будет уравновешивать наше усилие. Однако, если мы приложим значительно большую силу (большой модуль), мы преодолеем силу трения покоя, и шкаф начнёт двигаться. Другой пример: удар по футбольному мячу. Лёгкий удар (малая сила) заставит мяч покатиться медленно и на небольшое расстояние. Сильный удар (большая сила) отправит мяч в полёт быстро и далеко.

В обоих случаях направление и точка приложения силы могут быть одинаковыми, но результат действия (сдвинется ли шкаф, как далеко полетит мяч) напрямую зависит от величины, или модуля, приложенной силы. Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела прямо пропорционально приложенной силе: $a = \frac{F}{m}$. Чем больше модуль силы $F$, тем большее ускорение $a$ получает тело.

Ответ: Результат действия силы (например, изменение скорости тела) прямо зависит от её модуля: чем больше модуль силы, тем значительнее её действие.

Зависимость от точки приложения силы

Рассмотрим вращение двери на петлях. Чтобы открыть или закрыть дверь, мы прикладываем к ней силу. Если мы будем толкать дверь в точке, расположенной очень близко к петлям (оси вращения), нам потребуется приложить огромное усилие, чтобы её повернуть. Если же мы приложим ту же по модулю и направлению силу к дверной ручке, которая находится далеко от петель, дверь откроется очень легко.

Этот пример показывает, что для вращательного движения важна не только сама сила, но и точка её приложения. Действие силы в этом случае характеризуется моментом силы (или вращающим моментом) $\tau$, который равен произведению модуля силы $F$ на плечо силы $l$ (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы): $\tau = F \cdot l$. Чем дальше от оси вращения приложена сила (чем больше плечо $l$), тем больший вращающий момент она создаёт и тем эффективнее вызывает вращение.

Ответ: Результат действия силы (особенно вызывающей вращение) зависит от точки её приложения; чем дальше точка приложения от оси вращения, тем больше создаваемый вращающий момент при той же силе.

Зависимость от направления силы

Возьмём качели. Чтобы раскачать их сильнее, нужно толкать их в направлении их движения. Если же мы приложим силу в направлении, противоположном движению, качели замедлятся и остановятся. Если толкнуть движущиеся качели сбоку (перпендикулярно плоскости качания), они изменят траекторию своего движения.

Другой простой пример — перемещение санок. Если тянуть санки за верёвку горизонтально, они будут двигаться вперёд. Если тянуть верёвку вертикально вверх, санки будут подниматься, а не двигаться вперёд. Если тянуть под углом к горизонту, сила будет иметь две составляющие: одна будет двигать санки вперёд, а другая — приподнимать их, уменьшая силу трения.

Эти примеры демонстрируют, что сила является векторной величиной, и её направление определяет направление вызываемого ею изменения движения (ускорения).

Ответ: Направление приложенной силы определяет направление изменения движения тела. Изменение направления силы при неизменном модуле и точке приложения приводит к совершенно разным результатам.