Сложение двух сил, направленных по одной прямой.

Цель урока: ввести понятие равнодействующей силы как векторной суммы всех сил, действующих на тело.

Оборудование: деревянный брусок; горизонтальная опора. Демонстрация: движение бруска под действием двух сил.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания. Повторение пройденного.

При проверке домашнего задания можно двум ученикам задать вопросы по пройденному материалу, например:

— Какой прибор измеряет силу?

— Опишите устройство динамометра.

— Что называется весом тела?

— Как можно рассчитать вес тела?

— Чем отличается сила тяжести от веса тела?

II. Демонстрация опыта.

Переходя к освещению нового материала, следует на примере демонстрационного опыта показать, что часто тела движутся под действием не­скольких сил.

При этом очень удобно все действующие на тело силы заменить одной силой, которая называется равнодействующей силой.

III. Объяснение нового материала - лекция учителя.

Любая равнодействующая сила вызывает такое же движение, как все отдельные силы, действующие на тело вместе.

Давайте выясним, как находят равнодействующую силу. Разберем са­мые простые примеры:

1. Пусть к телу приложены две силы F₁ и F₂, направленные по одной прямой в одну сторону.

Тогда равнодействующая сила F_p по направлению совпадает с направ­лением сил F₁, и F₂, а ее величина равна их сумме: F = F₁ + F₂.

2. Две силы, приложенные к телу, направлены вдоль одной прямой, но в противоположных направлениях.

Если F₁ F₂, тогда величина равнодействующей силы F_p = F₁ - F₂, и на­правлена по направлению силы F₁.

Если F_{1 2}, то F_p направлена по направлению действия силы F₂.

Если две противоположно направленные силы равны по величине, то их равнодействующая сила равна нулю, т.е. F_p = F₁ - F₂ = 0. В этом случае говорят, что силы себя уравновешивают.

Более сложным является определение равнодействующей, когда силы направлены под углом друг к другу. При этом используют правила вектор­ного сложения.

Приведите ряд примеров движения тела под действием нескольких сил. Например, при движении парашютиста безопасная скорость при приземле­нии (5-7м/с) достигается большой площадью купола парашюта (40-50 м²). Это создает такую силу сопротивления воздуха, которая уравновешивает силу тяжести.

IV. Решение задач.

С целью закрепления материала предложите ученикам решить следую­щую задачу (один ученик выполняет чертеж на доске):

Задача № 1. На тело по одной прямой действуют силы: 2Н и ЗЯ., Может ли равнодействующая этих сил быть равной 1Я? 2W. 5И7 При каких усло­виях?

Можно коллективно обсудить и экспериментально показать решение ещё одной задачи:

Задача № 2. Имея два динамометра, определите массу груза, вес кото­рого превышает предел измерения каждого динамометра в отдельности.

Домашнее задание: § 29 (с. 68-70), упр. 11 (2, 3) (с. 70), Л. № 367* [301*].

Дополнительный материал к уроку

Задача о Лебеде, Раке и Щуке

История о том, как «лебедь, рак да щука везти с поклажей воз взялись», известна всем. Но едва ли кто пробовал рассматривать эту басню с точки зрения механики. Результат получится вовсе непохожий на вывод басно­писца Крылова.

Перед нами механическая задача на сложение нескольких сил, дейст­вующих под углом одна к другой. Одна сила, тяга лебедя, направлена вверх; другая, тяга рака - назад; третья, тяга щуки - вбок. Не забудем, что есть еще и четвертая сила - вес воза, которая направлена отвесно вниз. Басня утверждает, что «воз и ныне там», другими словами, что равнодейст­вующая всех приложенных к возу сил равна нулю.

Так ли это? Посмотрим. Лебедь, рвущийся к облакам, не мешает работе рака и щуки, даже помогает им: тяга лебедя, направленная против силы тяжести, уменьшает трение колес о землю и об оси, облегчая тем вес воза, а может быть, даже вполне уравновешивая его, - ведь груз невелик («покла­жа бы для них казалась и легка»). Рассмотрим оставшиеся две силы: тяга рака и тяга щуки. О направлении этих сил говорится, что «рак пятится на­зад, а щука тянет в воду». Само собой разумеется, что вода находилась не впереди воза, а где-нибудь сбоку (не потопить же воз собрались крылов-плохие труженики!). Значит, силы рака и щуки направлены под углом одна к другой. Если приложенные силы не лежат на одной прямой, то равнодейст­вующая их никак не может равняться нулю.

Ясно, что эта равнодействующая сила должна сдвинуть воз с места, тем более, что вес его полностью или частично уравновешивается тягой лебедя. Другой вопрос - в какую сторону сдвинется воз; вперед, назад «ли вбок? Это зависит уже от соотношения сил и от величины угла между ними.

Во всяком случае, Крылов не мог с уверенностью утверждать, что «возу все нет ходу», что «воз и ныне там». Это, впрочем, не меняет смысла бас­ни .