Момент силы. Второе условие равновесия твердого тела - ВВЕДЕНИЕ. ФИЗИКА В ПОЗНАНИИ ВЕЩЕСТВА, ПОЛЯ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Цель: установить условие равновесия твердого тела.

Ход урока

I. Повторение. Беседа

1. Что такое сложение сил?

2. Какую силу называют равнодействующей, а какие силы называют составляющими?

3. Чему равна равнодействующая сил, действующих на тело по одной прямой в одинаковом и противоположном направлениях?

4. Сформулируйте правило сложения сил (правило параллелограмма).

5. Что называется разложением сил?

6. Что означает выражение «тело или система тел находится в состоянии равновесия»?

7. В чем состоит первое условие равновесия твердого тела?

Фронтальный эксперимент

В каком случае тело можно сдвинуть с места меньшей силой (рис. 106)?

Оборудование: трибометр, брусок деревянный, гиря массой 2 кг, демонстрационный динамометр Бакушинского и груз массой 1 кг.

II. Изучение нового материала

На практике часто встречаются случаи, когда тело не может двигаться свободно в любом направлении, а движения его ограничены какими- либо другими твердыми телами. Эти тела называют в механике жесткими связями. Важным примером движения, ограниченного жесткой связью, является вращение тела вокруг жесткой оси или, как говорят, вращения тела, закрепленного на оси.

Например, пропеллер самолета, колодезный журавль, дверь на петлях. Представим себе рулевое колесо корабля или «баранку» автомобильного руля. Прилагая усилия вдоль радиуса, мы будем только пытаться согнуть ось, но не сможем повернуть колесо. Для поворота необходимо приложить усилие вдоль его обода, т.е. перпендикулярно радиусу. Из сказанного следует, что при выявлении условий равновесия тела, закрепленного на оси, можно не рассматривать силу со стороны оси, т. к. она не может вызвать вращение тела.

Эксперимент 1

Для равновесия необходимо, во-первых, чтобы силы, действуя в отдельности, поворачивали тело в противоположные стороны (рис. 107).

Эксперимент 2

Уменьшим расстояние от центра вращения до линии действия силы. Что видим? Для того чтобы тело находилось в равновесии потребуется большая сила (рис. 108).

Оказывается, что для равновесия тела закрепленного на оси, существуют не только величины сил, но и расстояние между точками их приложения и осью вращения, как для обычного рычага.

Если обозначить величины сил через F₁ и F₂ длины радиусов, проведенных в точки их приложения, через l₁ и l₂, тог условие равновесия выразится равенством: F₁l₁ = F₂l₂.

Если силы не перпендикулярны радиусу точек приложения, го такое соотношение должно выполнятся для проекций этих сил на направления, перпендикулярные к радиусам.

Произведение F и l называют моментом силы относительно равной оси, или просто моментом силы.

Для равновесия тела, закрепленного на оси, алгебраическая сумма моментов действующих на него сил должна быть равна нулю.

В случае произвольного числа внешних сил условия равновесия твердого тела запишутся в виде:

III. Закрепление изученного

1. Что называют плечом силы?

2. Что называют моментом силы? Какая формула выражает смысл этого понятия?

3. Какова единица измерения момента силы в системе СИ?

4. Какую роль играет момент силы во вращательном движении?

5. Как определяется знак момента силы?

6. Чему равен момент силы, проходящий через ось вращения?

7. Сформулируйте и запишите условие равновесия тела с закрепленной осью вращения.

8. Каковы общие условия равновесия любого твердого тела?

IV. Решение задач

1. Длина горизонтально установленного рычага с грузами весом 2,5 Н и 4 Н на концах равна 52 см. Найти плечи сил тяжести грузов и силу давления рычага на точечную опору. Массу самого рычага не учитывать. (32 см, 20 см, 6,5 Н)

2. Брусок массой 10 кг нужно опрокинуть через ребро О (рис. 109). Найти модуль необходимый для этого силы F₁, если ширина бруска 50 см, а высота - 75 см. (53 Н)

3. Стержень закреплен шарнирно в т. О (рис. 110). Сила F вызывает его отклонение от вертикального положения на угол α = 30°. Какова масса стержня, ecли F = 2,5H? (1 кг)

Домашняя работа

П. 55, стр. 137(1-2).