Условия равновесия тел Урок физики 10 класс.

Статика раздел физики, в котором изучают условия равновесия тел. раздел физики, в котором изучают условия равновесия тел.

Из истории создания статики. История статики начинается с трудов древнегреческого ученого Архимеда, жившего в Сиракузах более 2000 лет назад.

До наших дней дошли такие изобретения ученого, как полиспаст – устройство, состоящее из нескольких подвижных и неподвижных блоков, «архимедов» винт (вы найдете его, заглянув в мясорубку), который пользовался для перекачки воды на более высокий уровень.

Архимед также изобрел военные машины, сыгравшие важную роль при обороне Сиракуз от римских войск, которые осаждали город с суши и с моря, но оказались бессильны перед машинами Архимеда. Архимед также изобрел военные машины, сыгравшие важную роль при обороне Сиракуз от римских войск, которые осаждали город с суши и с моря, но оказались бессильны перед машинами Архимеда. Г.Галилей сводил все механизмы к пяти простейшим: рычагу, блоку, вороту, клину и винту. Г.Галилей сводил все механизмы к пяти простейшим: рычагу, блоку, вороту, клину и винту.

Большая роль в создании математически обоснованной теории механизмов принадлежит русскому математику П.Л.Чебышеву, жившему в XIX в. Он разработал более 40 механизмов, в том числе стопоходящую машину, гребной механизм и др. Большая роль в создании математически обоснованной теории механизмов принадлежит русскому математику П.Л.Чебышеву, жившему в XIX в. Он разработал более 40 механизмов, в том числе стопоходящую машину, гребной механизм и др.

Условия равновесия тел Из второго закона Ньютона следует, что если равнодействующая приложенных к телу сил равна нулю, то тело движется равномерно и прямолинейно или покоится. Отсюда следует первое условие равновесия тела: Для равновесия тела необходимо, чтобы векторная сумма действующих на него сил была равна нулю.

Если мы имеем дело с протяженным твердым телом, то для равновесия первого условия равновесия не достаточно. Например, пусть на линейку действует две равные по модулю, но противоположно направленные силы, приложенные к разным точкам. Опыт показывает, что под их действием линейка поворачивается вокруг некоторой оси, т. е. не находится в равновесии. Выясним, какое еще условие должно выполнятся, чтобы тело находилось в равновесии.

Моментом силы относительно оси вращения тела называют физическую величину, равную произведению модуля силы, приложенной к телу, на ее плечо: Моментом силы относительно оси вращения тела называют физическую величину, равную произведению модуля силы, приложенной к телу, на ее плечо: М= F d. Плечо силы – это расстояние от оси вращения до линии действия силы.

d1 – длина отрезка АО – плечо силы F1, а d2 – длина отрезка ОВ – плечо силы F2. Единицы момента силы М= 1Н*м. Ньютон метр равен моменту силы, создаваемому силой 1 Н относительно оси, расположенной на расстоянии 1 м от линии действия силы. Момент силы будем считать положительным, если сила приводит к вращению тела (например, рычаг) против часовой стрелки, и отрицательной, если – по часовой стрелке.

Используя понятие момента силы, с помощью опытов установим условие равновесия рычага. Пусть рычаг укреплен на оси в муфте штатива. По обе стороны от его точки опоры О можно подвешивать на проволочных петлях разные грузы и в разных точках. Изменяя положение грузов, добьемся равновесия рычага.

Р – вес одного груза, d 1 и d 2 – плечи сил F 1 и F 2, действующие на рычаг со стороны грузов слева и справа. d 1 и d 2 – плечи сил F 1 и F 2, действующие на рычаг со стороны грузов слева и справа. Вычислим моменты сил, действующих на рычаг. Вычислим моменты сил, действующих на рычаг. Сила F 1 = 4Р, ее плечо d 1 = 2l, а момент М 1 =F 1 d 1 =8 Рl. Сила F 2 = 2Р, ее плечо d 2 = 4l, а момент М 2 = -F 2 d 2 = -8 Рl.

Момент М 3 сила реакции опоры N =0 т. к. М 3 =N d 3 ; но d3=0, поскольку линия действия силы проходит через точку опоры. Моменты сил на рычаг равны: М 1 + М 2 + М 3 = F 1 d 1 - F 2 d 2 = =8Рl -8Рl = 0, Или F1 d 1 - F 2 d 2 = 0 В случае равновесия рычага сумма моментов действующих на него сил равна нулю. Это утверждение справедливо не только для рычага, но и для других случаев равновесия тела, имеющего ось вращения.

Второе условие равновесия или правило моментов сил. М 1 + М 2 +…+ М n = 0. Тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю. Тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю. Условия равновесия тел позволяют определить выигрыш, в силе полученный с помощью простых механизмов. Для рычага: Отсюда следует, что следовательно рычаг может обеспечивать выигрыш в силе раз.

Центр тяжести На тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести. Для определения момента этой силы важно знать точку ее приложения. Выясним, где она расположена. Для этого мысленно разобьем тело на отдельные элементы массой. Силы тяжести, действующие на каждый из них, направим к центру тяжести.

Однако у ее поверхности эти силы можно считать практически параллельными, поскольку размеры всех тел значительно меньше радиуса Земли. Сила тяжести, действующая на это тело, равна сумме сил тяжести, действующих на все его элементы

Точка приложения равнодействующей всех параллельных сил тяжести, действующих на отдельные элементы тела при любом его положении в пространстве, называется центром тяжести. Точка приложения равнодействующей всех параллельных сил тяжести, действующих на отдельные элементы тела при любом его положении в пространстве, называется центром тяжести.

Положение центра тяжести, т. е. точки приложения равнодействующей силы, можно определить, учитывая, что тело, закрепленное на оси, проходящей через центр тяжести О, должно находится в равновесии. Относительно этой оси моменты сил тяжести и реакции опоры равны нулю, так как равны нулю их плечи. Поэтому: Центр тяжести – это точка, относительно которой суммарный момент сил тяжести равен нулю при любом положении тела в пространстве.

У тел простой формы положение центра тяжести можно указать, руководствуясь соображением симметрии. У тел простой формы положение центра тяжести можно указать, руководствуясь соображением симметрии. У однородных фигур, имеющих центр симметрии, центр тяжести совпадает с этим центром. У однородных фигур, имеющих центр симметрии, центр тяжести совпадает с этим центром. Если плоские фигуры не симметричны, то центр тяжести проще всего определить экспериментально. Если плоские фигуры не симметричны, то центр тяжести проще всего определить экспериментально.

Подвесим фигуру, вырезанную из куска картона закрепив конец нити в точке АВ положении равновесия центр тяжести должен лежать на вертикали АС, служащей продолжением нити, иначе сила тяжести имела бы момент относительно оси, проходящий через точку подвеса, и этот момент вызвал бы поворот тела.

Повторим опыт, прикрепив вертикаль ВD через точку подвеса, получим еще одну линию, на которой также должен лежать центр тяжести. Следовательно, он находится в точке О пересечения прямых АС и ВD.

Виды равновесия Что произойдет если тело немного отклонить от положения равновесия. Что произойдет если тело немного отклонить от положения равновесия. При этом возможны три случая. При этом возможны три случая. 1. Тело вернется в положение равновесия. 2. Тело выйдет из состояния равновесия. 3. Тело,несмотря на отклонение, не изменит своего состояния равновесия.

Равновесие тела называется устойчивым в некотором положении, если при малых отклонениях от этого положения возникает сила, стремящаяся вернуть тело в исходное положение

Равновесие в некотором положении называется неустойчивым, если при отклонениях тела от этого положения возникает сила, стремящаяся еще больше отклонить тело от начального положения

Равновесие тела в некотором положении называется безразличным, если при любых его отклонениях от этого положения не возникает сила, стремящаяся возвратить тело в начальное положение или еще более удалить его от этого положения.

Закрепление пройденного материала Задача Определите положение центра тяжести системы тел, состоящей из двух шаров, соединенной невесомым стержнем длиной l. Массы шаров равны m 1 и m 2 соответственно. Размеры шаров считать малыми по сравнению с расстояниями между их центрами. Определите положение центра тяжести системы тел, состоящей из двух шаров, соединенной невесомым стержнем длиной l. Массы шаров равны m 1 и m 2 соответственно. Размеры шаров считать малыми по сравнению с расстояниями между их центрами.

Поставим мысленно опору в точке, где предположительно находится центр тяжести этой системы. Тогда стержень окажется в равновесии. Относительно точки опоры момент силы равен нулю, так как равно нулю плечо этой силы. Из рисунка видно, что плечо и равны АО и ОВ соответственно. Будем искать расстояние от центра тяжести до точки В. Поставим мысленно опору в точке, где предположительно находится центр тяжести этой системы. Тогда стержень окажется в равновесии. Относительно точки опоры момент силы равен нулю, так как равно нулю плечо этой силы. Из рисунка видно, что плечо и равны АО и ОВ соответственно. Будем искать расстояние от центра тяжести до точки В. Решение:

Согласно правилу моментов запишем. -m2g * ОВ + m1g * ОА = 0, Откуда Так как ОА+ ОВ = l, т то

Итог урока 1. С какими физическими понятиями познакомились сегодня на уроке? 2. Пришли к выводу: Для равновесия тела необходимо, чтобы векторная сумма действующих на него сил была равна нулю. Для равновесия тела необходимо, чтобы векторная сумма действующих на него сил была равна нулю. Тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю. Тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю.