Kvant. Сила

А так ли хорошо знакомо вам понятие сила? // Квант. — 1986. — №11. — С. 32-33.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Вся трудность физики состоит, по-видимому, в том, чтобы по явлениям движения
распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления...
И. Ньютон «Математические начала натуральной философии»

В словах, приведенных в эпиграфе, заключена программа, увлекавшая и вдохновлявшая Ньютона и его последователей. Механика, созданная Ньютоном, была основой почти для всей физики вплоть до конца прошлого столетия, а для большинства областей техники эту роль она сохранила и до сих пор.

Ньютоновская механика базируется на трех знаменитых законах, включающих фундаментальное понятие силы — меры взаимодействия материальных тел. Предлагая сегодня поработать над этим понятием, подчеркнем, что законы Ньютона не раскрывают происхождение и свойства сил, но позволяют предсказать поведение тел под их действием.

Вопросы и задачи

1. Можно ли найти равнодействующую сил тяжести, действующих на осколки разорвавшегося снаряда?
2. В опытах с магдебургскими полушариями с каждой стороны впрягали по 8 лошадей. Изменится ли сила тяги, если одно полушарие прикрепить к стене, а с другой стороны впрячь 16 лошадей?
3. Можно ли Натянуть веревку строго горизонтально?
4. С искусственной горки, профиль которой изображен на рисунке, не подскакивая, съезжает тележка. В каком месте надо положить наиболее прочные доски?

   

5. . Что легче: удержать санки на склоне горки или двигать их по нему равномерно вверх?
6. Грузовик трогается с места. Какая сила действует на груз, поставленный в середину его кузова? Куда она направлена?
7. Две одинаковые пружины один раз соединили последовательно, другой — параллельно. Покажите на графике, чем отличаются зависимости силы упругости от абсолютного удлинения в этих случаях.
8. Какие силы действуют на тело в точке отрыва А?

   

9. Каково направление равнодействующей сил, приложенных к грузу маятника, в моменты, когда он: а) находится в крайних положениях; б) проходит положение равновесия?
10. Почему не приближаются друг к другу предметы, находящиеся в комнате, хотя они взаимно притягиваются?
11. Может ли удержаться ящик, показанный на рисунке, при отсутствии сил трения?

    

12. Двигались горизонтально с востока на запад, электрон попадает в область магнитного поля и отклоняется вниз. Найдите направление магнитного поля.

Микроопыт

Забейте два одинаковых гвоздя в сухую и в набухшую доски. Сравните к усилия, которые необходимо приложить, чтобы выдернуть гвозди. Различаются ли они? Почему?

Любопытно, что…

...выдающемуся немецкому физику Г. Герцу удалось построить механику, совершенно не используя понятие силы. Однако формулировка основных положений механики настолько усложнилась, что вся схема Герца в целом не получила признания.

...великий французский ученый Р. Декарт (1596 — 1650) предполагал, что существуют только такие силы, которые действуют при столкновениях частиц, — контактные силы.

Что читать о силе в «Кванте»

1. «Сила и деформация» — 1983, № 12;
2. «О силах поверхностного натяжения» — 1983, № 12;
3. «Магнитное поле и магнитные силы» — 1984, № 3;
4. «Как вводятся физические величины» — 1984, № 3;
5. «Какой из трех законов Ньютона важнее?» — 1985, № 1;
6. «Конус трения» — 1986, № 1;
7. «Электрическое поле» — 1986, № 5.

Ответы

1. В данном случае, как следует из определения равнодействующей силы, ее просто не существует.
2. Сила тяги стала бы вдвое больше.
3. Реальную (обладающую массой) веревку строго горизонтально натянуть нельзя.
4. В точке В, так как здесь вогнутая поверхность дороги и сила давления наибольшая.
5. Тело на наклонной плоскости легче удержать, чем двигать вверх (учтите действие силы трения).
6. На груз действует сила трения, направленная по скорости движения автомобиля.
7. См. рис. I — пружины соединены последовательно, II — параллельно.

   

8. Сила тяжести.
9. В крайних положениях груза равнодействующая сила направлена по касательной к траектории, в нижнем положении — к точке подвеса маятника.
10. Силам взаимного притяжения препятствуют силы трения.
11. Нет, ящик станет поворачиваться относительно ребра В.
12. Линии индукции магнитного поля направлены с севера на юг.

Микроопыт

Сила трения зависит от прижимающей силы, которая в случае набухшей доски значительно больше, чем в случае сухой.