Силы компенсируются что это значит

Задачи на первый, второй и третий законы Ньютона с решениями

• 12 января 2021 г.
• 11 минут
• 77 157

О законах Ньютона говорят уже несколько веков. Мы не будем повторяться, а лучше разберемся с задачами на все три закона. Ведь умение решать физические задачи на законы Ньютона – святая обязанность всех студентов-технарей.

Наш телеграм – это ежедневная рассылка и информация, которая будет полезна любому студенту. Присоединяйтесь!

Законы Ньютона

Если вы вдруг забыли, как звучат эти законы, то напоминаем:

1. Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета, в которых свободные тела движутся равномерно и прямолинейно либо покоятся, если на тела не действуют никакие внешние силы или если действие этих сил скомпенсировано.
2. Второй закон Ньютона. Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.
3. Третий закон Ньютона. Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.

Чаще всего в задачах применяется второй закон Ньютона.

Прежде чем приступать, почитайте памятку по решению задач, составленную по советам профессоров вузов. И сразу в плечи – полезные формулы по физике из старых советских учебников лучше которых, как известно, ничего еще не придумали.

Вопросы на 1 закон Ньютона

Вопрос 1. Что означает выражение «действие сил скомпенсировано»?

Ответ. Это значит, что тело в инерциальной системе отсчета будет двигаться равномерно и прямолинейно или покоится, даже если на него действуют внешние силы, но при этом их векторная сумма (равнодействующая всех сил) равна нулю.

Вопрос 2. Как еще называют первый закон Ньютона?

Ответ. Еще одно название этого закона – закон инерции. Впервые он был открыт Галилео Галилеем, однако Ньютон немного позже дал более точное определение.

Вопрос 3. Что такое инерция?

Ответ. Инерция – это свойство тел сохранять состояние покоя или движения до тех пор, пока какая-либо внешняя сила не изменит этого состояния.

Вопрос 4. Рыба неподвижно стоит в толще воды. Какие силы в данном случае являются скомпенсированными?

Ответ. На рыбу действует сила тяжести, которая взаимно компенсируется выталкивающей силой Архимеда.

Задача №1. Нахождение равнодействующей силы

Условие

На тело действуют три силы, равные по модулю. Величина каждой – 200 Н. Угол между первой и второй силами равен 60 градусов, как и угол между второй и третьей силами. Найти равнодействующую этих сил. Скомпенсировано ли действие сил?

Решение

Будем использовать теорему косинусов. Вычислим модуль суммы первой пары сил:

Угол между этим результирующим вектором и вектором третьей силы составляет 90 градусов (так как результирующая первых двух сил направлена по биссектрисе угла). Для нахождения равнодействующей можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Ответ: 400 Н. Действие сил не скомпенсировано, иначе их равнодействующая была бы равна нулю.

Кстати! Для наших читателей действует скидка 10% на любой вид работы.

Задачи и вопросы на 2 закон Ньютона

Вопрос 1. Как можно сформулировать второй закон Ньютона, используя понятие «количества движения»?

Ответ. В инерциальных системах отсчёта производная импульса материальной точки по времени равна действующей на неё силе.

Действительно, импульс (или количество движения) равен произведению массы и скорости. Взяв производную по времени от скорости, мы получим ускорение и придем к классической формулировке второго закона Ньютона: F=ma.

Вопрос 2. Как определяется равнодействующая сила?

Ответ: Равнодействующая сила определяется по правилу сложения векторов. При решении задач бывает удобно рассматривать проекции векторов на определенную ось.

Вопрос 3. Как записать второй закон Ньютона для вращательного движения?

Ответ. Для вращательного движения аналог второго закона Ньютона запишется в виде:

Здесь M – момент силы, J – момент инерции вращающегося тела, эпсилон – угловое ускорение.

Вопрос 4. Что такое сила?

Ответ. Сила – векторная физическая величина, мера взаимодействия тел. Измеряется в Ньютонах. Один Ньютон – такая сила, которая придает телу массой 1 килограмм ускорение равное 1 метр на секунду в квадрате.

Задача №2. Нахождение массы по второму закону Ньютона

Условие

Под действием постоянной силы, равной 10 Н, тело движется прямолинейно. Зависимость координаты тела от времени описывается уравнением х = 3 — 2t + t^2. Какова масса тела?

Решение

Задача сводится к тому, чтобы из закона движения вычислить ускорение, а потом с помощью второго закона Ньютона найти массу.

Записываем второй закон Ньютона и подставляем значения:

Ответ: 5 кг.

Задача №3. Нахождение силы по второму закону Ньютона

Условие

Локомотив имеет массу 500 тонн. Через 25 с после того, как он тронулся с места, скорость локомотива стала равна 18 км/ч. Какова сила тяги локомотива?

Решение

Так как начальная скорость равна нулю, ускорение поезда можно найти по формуле:

Записываем второй закон Ньютона и составляем пропорцию, при вычислениях не забывая переводить все данные из условия в систему СИ:

Ответ: 100 кН.

Задача №4. Нахождение ускорения по второму закону Ньютона

Условие

Масса тела равна 500 г. Какое ускорение приобретет тело под действием силы 0,2 Н?

Решение

Для нахождения ускорения достаточно записать второй закон Ньютона, выразить из него ускорение, подставить значения и вычислить:

Ответ: 0,4 метра на секунду в квадрате.

Задачи и вопросы на 3 закон Ньютона

Вопрос 1. В какой формулировке третий закон был сформулирован самим Ньютоном?

Ответ. Первоначальная формулировка третьего закона Ньютона звучит так: «всякому действию есть равное ему и противоположное по направлению противодействие».

Вопрос 2. Могут ли силы, возникающие при взаимодействии двух тел, компенсировать друг друга?

Ответ. Нет, эти силы имеют одинаковую природу, но приложены к разным телам.

Вопрос 3. Камень брошен вертикально вверх. Со стороны Земли на камень действует сила тяжести. С какой силой камень действует на Землю?

Ответ. Камень действует на землю с такой же силой, но направленной противоположно. Из-за разницы масс камень приобретает большее ускорение и падает на землю (а не наоборот).

Задача №5 на применение второго и третьего законов Ньютона. Нахождение силы

Условие

Лифт движется вверх с ускорением 2 метра на секунду в квадрате, а на полу лифта лежит груз массой 20 кг. С какой силой груз действует на пол лифта?

Решение

На груз действуют силы тяжести и нормальной реакции опоры. По второму закону Ньютона можно записать (сначала в векторном виде, а потом в проекции на вертикальную ось):

Вес Р – это сила, с которой груз действует на пол лифта. По третьему закону Ньютона она равна силе нормальной реакции опоры, с которой пол лифта действует на груз.

Ответ: 240 Н.

Нужна помощь в решении сложных задач на законы Ньютона? Профессиональный студенческий сервис готов ее оказать!

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник

Значение слова «компенсироваться»

1. Возместиться (возмещаться), уравновеситься (уравновешиваться).

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

КОМПЕНСИ’РОВАТЬСЯ, руюсь, руешься, сов. и несов. (книжн., спец.). Страд. к компенсировать.

Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

компенси́роваться

1. возмещаться, восполняться, уравновешиваться. Родительская плата за содержание детей в дошкольных образовательных учреждениях будет теперь частично компенсироваться государством.

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: всепрощение — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?

Синонимы к слову «компенсироваться&raquo

Предложения со словом «компенсироваться&raquo

• Расточительство с лихвой компенсируется высокими мобилизационными возможностями.

Понятия, связанные со словом «компенсироваться»

В середине 1980-х экономисты Дэниел Хаззум (англ. Daniel Khazzoom) и Леонард Брукс (англ. Leonard Brookes) независимо выдвинули идею о том, что увеличение эффективности использования энергии может парадоксальным образом приводить к увеличению общего объема потребляемой энергии. В 1992 году американский экономист Гарри Саундерс (англ. Harry Saunders) назвал эту гипотезу «постулатом Хаззума — Брукса» и показал, что она верна в неоклассической модели экономического роста в широком диапазоне предположений.

Источник

Сила трения

О чем эта статья:

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Сила трения: величина, направление

С силой трения вы сталкиваетесь буквально каждую секунду. Каждый раз, когда вы взаимодействуете с любой поверхностью — идете по асфальту, сидите на стуле, пьете чай из чашки — на вас действует сила трения.

Трение — это и есть взаимодействие в плоскости соприкосновения двух поверхностей.

Чтобы перевести трение на язык математики, вводится понятие сила трения.

Сила трения — это величина, которая характеризует процесс трения по величине и направлению.

Измеряется сила трения, как и любая сила — в Ньютонах.

Возникает сила трения по двум причинам:

• Различные шероховатости, царапины и прочие «несовершенства» поверхностей. Эти дефекты задевают друг друга при соприкосновении и создается сила, тормозящая движение.
• Когда контактирующие поверхности практически гладкие (до идеала довести невозможно, но стремиться к нему — значит устремлять силу трения к нулю), то расстояние между ними становится минимальным.
  В этом случае возникает взаимное притяжение молекул вещества этих поверхностей. Притяжение обусловлено взаимодействием между электрическими зарядами атомов. В связи с этим можно часто услышать формулировку «Сила трения — сила электромагнитной природы»

Направлена сила трения всегда против скорости тела. В этом плане все просто, но всегда есть вопрос:

В задачах часто пишут что-то вроде: «Поверхность считать идеально гладкой». Это значит, что сила трения в данной задаче отсутствует. Да, в реальной жизни это невозможно, но во имя красивой математической модели трением часто пренебрегают.

Не переживайте из-за этой несправедливости, а просто решайте задачи без трения, если увидели словосочетание «гладкая поверхность».

Сухое и вязкое трение

Есть очень большая разница между вашим соприкосновением с водой в бассейне во время плавания и соприкосновением между асфальтом и колесами вашего велосипеда.

В случае с плаванием мы имеем дело с вязким трением — явлением сопротивления при движении твердого тела в жидкости или воздухе. Самолет тоже подвергается вязкому трению и вон тот наглый голубь из вашего двора.

А вот сухое трение — это явление сопротивления при соприкосновении двух твердых тел. Например, если школьник ерзает на стуле или злодей из фильма потирает ладоши — это будет сухое трение.

Вязкое трение в школьном курсе физики не рассматривается подробно, а вот сухое — разбирают вдоль и поперек. У сухого трения также есть разновидности, давайте о них поговорим.

Трение покоя

Если вы решите сдвинуть с места грузовик, вряд ли у вас это получится. Не то, чтобы мы в вас не верим — просто это невозможно сделать из-за того, что масса человека во много раз меньше массы грузовика, да еще и сила трения мешает это сделать. Мир жесток, что тут поделать.

В случае, когда сила трения есть, но тело не двигается с места, мы имеем дело с силой трения покоя.

Сила трения покоя равна силе тяги. Например, если вы пытаетесь сдвинуть с места санки, действуя на них с силой тяги 10 Н, то сила трения будет равна 10 Н.

Сила трения покоя

Fтр = Fтяги

Fтр — сила трения скольжения [Н]

Fтяги — сила тяги[Н]

Задача

Найти силу трения покоя для тела, на которое действуют сила тяги в 4 Н.

Решение:

Тело покоится, значит

Fтр = Fтяги = 4 Н

Ответ: сила трения равна 4 Н.

Трение скольжения

А теперь давайте скользить на коньках по льду. Каток достаточно гладкий, но, как мы уже выяснили, сила трения все равно будет присутствовать и вычисляться будет по формуле:

Сила трения скольжения

Fтр = μN

Fтр — сила трения скольжения [Н]

μ — коэффициент трения [-]

N — сила реакции опоры [Н]

Сила трения, которую мы получим по этой формуле будет максимально возможной — то есть больше уже никуда.

Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она численно равна силе нормального давления и противоположна по направлению.

Не совсем. Сила нормального давления направлена всегда перпендикулярно поверхности (нормаль — перпендикуляр к поверхности). Вес не обязательно направлен перпендикулярно поверхности.

В рамках школьного курса вес всегда направлен перпендикулярно поверхности, поэтому силу реакции опоры можно численно приравнивать к весу.

Подробнее про вес тела читайте в нашей статье😇

Также, если тело находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры будет равна силе тяжести: N = mg.

Коэффициент трения — это характеристика поверхности. Он определяется экспериментально, не имеет размерности и показывает, насколько поверхность гладкая — чем больше коэффициент, тем более шероховатая поверхность. Коэффициент трения положителен и чаще всего меньше единицы.

Задача 1

Масса котика, лежащего на столе, составляет 5кг. Коэффициент трения µ=0,2. К коту прилагают внешнюю силу, равную 2,5Н. Какая сила трения при этом возникает?

Решение:

По условию данной задачи невозможно понять, двигается наш котик или нет. Решение о том, приравниваем ли мы к силе тяги силу трения, принять сразу нельзя. В таких случаях нужно все-таки рассчитать по формуле:

Так как котик лежит на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

Мы получили максимально возможную силу трения. Внешняя сила по условию задачи меньше максимальной. Это значит, что котик находится в покое. Сила трения уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется 2,5Н.

Ответ: возникает сила трения величиной 2,5 Н

Задача 2

Барсук скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость – 20 Н.

Решение:

В данной задаче нам известно, что барсучок скользит. Значит нужно воспользоваться формулой:

Так как барсук находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе давления на плоскость: N = Fд.

Выражаем коэффициент трения:

μ = Fтр/Fд = 5/20 = 0,25

Ответ: коэффициент трения равен 0,25

Задача 3

Пудель вашей бабушки массой 5 килограмм скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если пудель сильно похудеет, и его масса уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.

Решение:

В данной задаче нам известно, что пудель скользит. Значит, нужно воспользоваться формулой:

Так как пудель находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

Выразим коэффициент трения:

μ = Fтр/mg = 20/5*10 = 0,4

Теперь рассчитаем силу трения для массы, меньшей в два раза:

Ответ: сила трения будет равна 10 Н.

Задача 4

Ученик провел эксперимент по изучению силы трения скольжения, перемещая брусок с грузами равномерно по горизонтальным поверхностям с помощью динамометра.

Результаты экспериментальных измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F представлены в таблице.

Источник