Задание 2, страница 87 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

1. Изучите таблицу «Основные характеристики сил». Сравните точки приложения сил и их направления.

2. Вспомните, как графически изображают величину силы, как находят равнодействующую сил, направленных вдоль одной прямой в одну сторону и в противоположные стороны.

3. Изобразите силы, действующие на летящий мяч, поплавок на поверхности воды, коробку на транспортерной ленте (рис. 93).

Рис. 93. К заданию 2

1. Точка приложения силы и ее направление являются ключевыми характеристиками силы, которые определяются ее физической природой.

Сравним эти характеристики для основных видов сил:
Сила тяжести ($F_{тяж}$): Это дальнодействующая сила. Она приложена к центру масс тела (точке, в которой можно считать сосредоточенной всю массу тела) и всегда направлена вертикально вниз, к центру Земли.
Контактные силы (сила упругости, сила трения): Эти силы возникают при непосредственном соприкосновении тел.

• Сила нормальной реакции опоры ($N$) приложена к поверхности соприкосновения и направлена перпендикулярно (нормально) этой поверхности.
• Сила трения ($F_{тр}$) также приложена к поверхности соприкосновения, но направлена параллельно ей, против направления движения или возможного движения.

Сила Архимеда ($F_A$): Эта выталкивающая сила, действующая на тело в жидкости или газе. Она приложена к центру тяжести вытесненного объема жидкости (центру плавучести) и направлена всегда вертикально вверх.

Таким образом, точки приложения сил могут находиться как в центре тела (сила тяжести), так и на его поверхности (контактные силы), а их направления могут быть строго определенными (вертикально вниз для силы тяжести) или зависеть от ориентации поверхностей и направления движения (сила реакции опоры, сила трения).

Ответ: Точки приложения и направления сил зависят от их природы. Сила тяжести приложена к центру масс и направлена вниз. Контактные силы (реакция опоры, трение) приложены к поверхности контакта и направлены перпендикулярно и параллельно ей соответственно. Сила Архимеда приложена к центру вытесненного объема и направлена вверх.

2. Сила — это векторная величина, и ее графическое изображение это отражает. Силу изображают в виде направленного отрезка (стрелки), у которого:

• Начало отрезка находится в точке приложения силы.
• Длина отрезка в выбранном масштабе соответствует модулю (величине) силы. Например, масштаб 1 см : 5 Н означает, что сила в 20 Н будет изображена стрелкой длиной 4 см.
• Направление стрелки показывает направление действия силы.

Равнодействующая сил — это сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил. Ее находят как векторную сумму всех сил. Для сил, направленных вдоль одной прямой:

• Если силы $F_1$ и $F_2$ направлены в одну сторону, то их равнодействующая $R$ направлена в ту же сторону, а ее модуль равен сумме модулей: $R = F_1 + F_2$.
• Если силы $F_1$ и $F_2$ направлены в противоположные стороны, то их равнодействующая $R$ направлена в сторону большей силы, а ее модуль равен разности модулей большей и меньшей сил: $R = |F_1 - F_2|$.

Ответ: Силу графически изображают вектором (стрелкой), длина которого пропорциональна модулю силы, а направление совпадает с направлением силы. Равнодействующая сил, направленных вдоль одной прямой в одну сторону, равна их сумме. Если силы направлены в противоположные стороны, равнодействующая равна их разности и направлена в сторону большей силы.

3. Силы, действующие на тела, изображенные на рисунке 93:

• На летящий мяч действуют две силы:
  1. Сила тяжести ($F_{тяж}$): приложена к центру мяча, направлена вертикально вниз.
  2. Сила сопротивления воздуха ($F_{сопр}$): направлена в сторону, противоположную направлению движения мяча.
• На поплавок на поверхности воды (в состоянии покоя) действуют две силы:
  1. Сила тяжести ($F_{тяж}$): приложена к центру масс поплавка, направлена вертикально вниз.
  2. Выталкивающая сила (сила Архимеда, $F_A$): приложена к центру погруженной части поплавка, направлена вертикально вверх. Эти силы уравновешивают друг друга: $F_{тяж} = F_A$.
• На коробку на транспортерной ленте (при движении с постоянной скоростью) действуют четыре силы:
  1. Сила тяжести ($F_{тяж}$): приложена к центру масс коробки, направлена вертикально вниз.
  2. Сила нормальной реакции опоры ($N$): со стороны ленты, приложена к основанию коробки, направлена вертикально вверх. Она уравновешивает силу тяжести: $N = F_{тяж}$.
  3. Сила трения покоя ($F_{тр.п}$): со стороны ленты, приложена к основанию коробки, направлена в сторону движения ленты. Эта сила заставляет коробку двигаться вместе с лентой.
  4. Сила сопротивления воздуха ($F_{сопр}$): направлена против движения. При постоянной скорости она уравновешивает силу трения: $F_{тр.п} = F_{сопр}$. Если сопротивлением воздуха пренебречь, то и сила трения в этом случае будет равна нулю.

Ответ: На летящий мяч действуют сила тяжести (вниз) и сила сопротивления воздуха (против движения). На поплавок действуют сила тяжести (вниз) и сила Архимеда (вверх), которые уравновешены. На коробку на ленте действуют сила тяжести (вниз) и сила реакции опоры (вверх), а также горизонтальные силы: сила трения (в сторону движения) и сила сопротивления воздуха (против движения).