Номер 8, страница 76 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 2. Динамика. Параграф 12. Инерциальная система отсчёта. Первый закон Ньютона. Сила. Вопросы - номер 8, страница 76.

Условие.

*8. Всегда ли существует равнодействующая сил, действующих на тело, имеющее размеры? Приведите примеры.

Решение.

Нет, не всегда. Равнодействующая сила – это векторная сумма всех сил, действующих на тело: $ \vec{R} = \sum \vec{F_i} $. Эта сила определяет поступательное движение центра масс тела. Однако для тела, имеющего размеры (т.е. не являющегося материальной точкой), важно также учитывать вращательное действие сил, которое характеризуется моментом силы (или вращающим моментом).

Существуют такие системы сил, которые не могут быть заменены одной равнодействующей силой. Классическим примером такой системы является пара сил.

Пара сил – это система двух равных по модулю, параллельных и противоположно направленных сил, приложенных к разным точкам тела.

Для пары сил их векторная сумма (главный вектор системы сил) равна нулю:$ \vec{R} = \vec{F} + (-\vec{F}) = 0 $.Это означает, что такая система сил не может сообщить телу поступательного ускорения. Однако главный момент этой системы сил отличен от нуля. Если $ d $ – плечо пары (расстояние между линиями действия сил), то модуль момента пары равен $ M = F \cdot d $. Этот момент вызывает вращение тела (сообщает ему угловое ускорение).

Поскольку для пары сил равнодействующая $ \vec{R} = 0 $, а ее действие (вращение) не равно нулю, то очевидно, что действие пары сил нельзя заменить действием одной силы. Любая одиночная ненулевая сила имела бы ненулевую равнодействующую и вызывала бы поступательное ускорение, а нулевая сила не оказывала бы никакого действия. Следовательно, для системы сил, сводящейся к паре, равнодействующей силы не существует.

Примеры:

1. Вращение руля автомобиля. Водитель прикладывает к противоположным точкам руля две равные по модулю и противоположные по направлению силы. В результате их сложения равнодействующая сила равна нулю (руль не движется поступательно), но создается ненулевой вращающий момент, который и поворачивает руль.

2. Использование отвертки. При закручивании винта на рукоятку отвертки действуют силы со стороны пальцев, которые образуют пару сил. Эта пара сил создает вращающий момент, заставляющий отвертку и винт вращаться.

3. Стрелка компаса в магнитном поле Земли. На северный и южный полюсы магнитной стрелки действуют силы со стороны магнитного поля, равные по модулю и противоположные по направлению. Эти силы образуют пару, которая создает вращающий момент, ориентирующий стрелку вдоль силовых линий поля. Суммарная сила, действующая на стрелку, равна нулю.

Ответ: Равнодействующая сила для тела, имеющего размеры, существует не всегда. Если система сил, действующих на тело, сводится к паре сил (или к системе пар), то ее векторная сумма равна нулю, но создаваемый ею вращающий момент отличен от нуля. Такую систему сил нельзя заменить одной равнодействующей силой.