Опыт

Параметры

Сила F₁ (вправо)0 Н
Сила F₂ (влево)0 Н
Масса тележки m1,0 кг
Готовые задачи
Тяга вентиляторов F0,5 Н
Масса m (тележка 0,5 кг + бруски)0,5 кг
Масса тележки 1 (слева)0,5 кг
Масса тележки 2 (справа)0,5 кг

Опыты

0/4

Нажмите на опыт — установка подготовится, а здесь появится задание. Опыт засчитывается по вашим действиям и записанным показаниям.

Время

0,0 с

×1 — реальное время. Приборы считают время модели, поэтому замедление не искажает измерения.

Тележка и инерция

Покой
Тележка стоит на воздушной дорожке

График

Что происходит

Измерения

№УсловияРезультат
Пока нет измерений.

Журнал

    1

    Динамика. Сила — мера взаимодействия

    Урок 6тяните ползунок
    Динамика — раздел механики, который изучает взаимодействие тел и причины возникновения движения. Главная причина изменения движения — сила.
    Сила F — векторная величина, мера взаимодействия тел. Единица — ньютон (Н). Сила задаётся тремя характеристиками: модулем, направлением и точкой приложения.

    Под действием силы тело меняет скорость — приобретает ускорение — или деформируется, меняет форму. Действие никогда не бывает односторонним: тела действуют друг на друга.

    ИграРазложите величины: какие из них векторные, а какие — скалярные.
    Модуль силы F3 Н

    Одна и та же сила слева разгоняет мяч, справа сжимает пружину. Наведите на стрелку — у силы есть модуль, направление и точка приложения.

    2

    Инерция, инертность и масса

    Урок 6резкий старт и торможение
    Нажмите кнопку: скейт резко тронется, поедет равномерно или резко остановится.
    Инерция — явление сохранения скорости тела, когда на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

    Пробежав финиш, бегун не останавливается сразу — он сохраняет скорость по инерции. Скейт резко остановился — мальчик наклоняется вперёд: он ещё сохраняет скорость. Скейт резко тронулся — мальчик отклоняется назад: он стремится сохранить состояние покоя.

    Инертность — свойство тела сохранять скорость. Чем меньше меняется скорость тела при взаимодействии, тем оно инертнее. Масса m — мера инертности, единица — килограмм (кг).
    −Δv₁ / Δv₂ = m₂ / m₁экспериментальный закон динамики: «−» — скорости меняются в противоположные стороны

    Калькулятор: два конькобежца отталкиваются друг от друга

    во сколько раз больше масса — во столько раз меньше Δv
    Масса первого m₁40 кг
    Масса второго m₂80 кг
    ИграКуда отклонится пассажир? Разложите ситуации по группам.
    !
    Ловушка ЕНТ

    Иногда говорят, что инертность — это способность тела быстро менять скорость — это неверно: инертность — свойство сохранять скорость. Чем больше масса, тем меньше меняется скорость при взаимодействии.

    3

    Первый закон Ньютона. Равнодействующая

    Урок 6уберите опору
    Первый закон Ньютона. Если на тело не действуют силы или их действие скомпенсировано, тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
    ΣF = 0 ⇒ v = constусловие равновесия

    Равнодействующая — векторная сумма всех сил, действующих на тело. На Земле на любое тело действует сила тяжести, поэтому покоящийся кот — пример скомпенсированных сил: сила тяжести вниз, сила реакции опоры N вверх, равные по модулю.

    Проекции на ось Y: сила тяжести даёт −mg, реакция опоры +N. Модули равны, сумма проекций — ноль.

    Границы законов НьютонаЗаконы Ньютона справедливы для макроскопических тел, которые движутся со скоростью, намного меньшей скорости света в вакууме. Это классическая механика.
    Масса кота4 кг
    ИграСначала ответьте сами, потом переверните карточку.
    !
    Ловушка ЕНТ

    Иногда говорят: «тело покоится, значит, на него не действуют силы» — это неверно: силы действуют, но они скомпенсированы, ΣF = 0.

    4

    Инерциальные системы отсчёта

    Урок 6выберите движение машины
    Инерциальная система отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой тело при ΣF = 0 покоится или движется равномерно и прямолинейно.

    Все законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчёта. В ИСО скорость тела меняется только из-за действия на него других тел.

    Система отсчёта, связанная с автомобилем, инерциальна, если автомобиль движется прямолинейно и равномерно или стоит. Разгон, торможение и поворот — движение с ускорением, такая система неинерциальная: отвес в салоне отклоняется, хотя никто его не толкал.

    ИграРазложите системы отсчёта: инерциальные и неинерциальные.
    !
    Ловушка ЕНТ

    Иногда говорят, что система отсчёта, связанная с поворачивающим автомобилем, инерциальна, раз модуль скорости не меняется, — это неверно: при повороте меняется направление скорости, это движение с ускорением.

    5

    Сила тяжести и сила реакции опоры

    Урок 6кладите кирпичи
    Сила тяжести — сила, с которой тело притягивается к Земле. Направлена вниз, приложена к центру тяжести тела.
    Fтяж = mgg ≈ 9,81 ≈ 10 м/с²
    Сила реакции опоры N — сила, с которой опора действует на тело. Направлена от опоры, перпендикулярно поверхности. Тело лежит в покое на горизонтальной опоре — N = mg.

    Из F = mg выражают массу m = F/g и ускорение свободного падения g = F/m. Тело массой 5 кг на столе: N = 5 · 10 = 50 Н. Сила тяжести 100 Н — масса 10 кг.

    Число кирпичей2
    Масса кирпича2 кг
    !
    Ловушка ЕНТ

    Поверхность держит все кирпичи стопки: на нижний кирпич со стороны поверхности действует N = (m₁ + m₂)g = 40 Н, а не 20 Н.

    6

    Сложение сил: как найти равнодействующую

    Урок 6меняйте угол
    F₁30 Н
    F₂20 Н
    Угол α60°
    Как направлены силыРавнодействующая
    вдоль одной прямой в одну сторонуR = F₁ + F₂
    навстречу друг другуR = F₁ − F₂ (в сторону большей)
    под прямым угломR = √(F₁² + F₂²) — теорема Пифагора
    под углом αR = √(F₁² + F₂² + 2F₁F₂·cos α) — теорема косинусов

    Векторы складывают по правилу параллелограмма или «конец к началу»: к концу первой силы приставляют начало второй. Можно и через проекции на оси X и Y: сложить проекции по каждой оси, а потом найти модуль по теореме Пифагора.

    Три силы по 200 Н через 60°Сначала F₁ и F₂: угол 60°, R₁₂ = √(200² + 200² + 2·200²·0,5) = √120 000 ≈ 346 Н, направлена вдоль F₂. Её угол с F₃ тоже 60°: R = √(200² + 120 000 + 2·200·√120 000·0,5) ≈ 400 Н. Через проекции быстрее: средняя сила 200 Н плюс две проекции по 200·cos 60° = 100 Н.
    ИграПорядок решения задачи «самолёт и четыре силы».
    !
    Ловушка ЕНТ

    Иногда силы складывают как числа: 3 Н и 4 Н под прямым углом «дают 7 Н» — это неверно: силы складывают как векторы, R = √(3² + 4²) = 5 Н.

    7

    Второй закон Ньютона: F = ma

    Урок 7двигайте ползунки
    Второй закон Ньютона. Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей силе и обратно пропорционально массе тела. Ускорение направлено туда же, куда равнодействующая.
    a = ΣF / mилиma = F₁ + F₂ + … принцип суперпозиции

    Закон верен для любых сил. Если на тело действует несколько сил, сначала находят равнодействующую — векторную сумму, — обычно раскладывая силы по осям OX и OY, а потом подставляют её в F = ma.

    Если ΣF = 0, то a = 0: тело покоится или движется равномерно — это первый закон Ньютона, частный случай второго.

    ИзменениеУскорение
    сила ×2, масса та же×2
    масса ×2, сила та жев 2 раза меньше
    сила ×2 и масса ×2не меняется
    Сила F6 Н
    Масса m2 кг
    ИграЧто станет с ускорением? Ответьте и переверните карточку.
    !
    Ловушка ЕНТ

    При неизменной массе a ~ F, при неизменной силе a ~ 1/m. Масса выросла вдвое — ускорение уменьшилось вдвое, а не выросло.

    8

    Куда направлено ускорение

    Урок 7выберите угол

    По второму закону ускорение направлено туда же, куда равнодействующая сила. А скорость может быть направлена как угодно: по силе, против неё или под углом.

    Сила относительно скоростиЧто происходит
    по скороститело разгоняется
    против скороститело тормозит
    под углом 90°меняется направление скорости — тело поворачивает
    ЗадачаУскорение тела направлено вверх, скорость — вправо. Куда направлена равнодействующая всех сил? Вверх — туда же, куда ускорение. Направление скорости здесь ни при чём.
    !
    Ловушка ЕНТ

    Иногда говорят, что равнодействующая направлена по скорости — это неверно: по равнодействующей направлено ускорение, а скорость может быть направлена в любую сторону.

    9

    Второй закон и кинематика

    Урок 7считайте разгон

    Ускорение — это изменение скорости за время: a = (v − v₀)/Δt. Подставим во второй закон:

    F = m(v − v₀)/Δtиз покоя v₀ = 0:v = FΔt/mΔt = mv/F
    Единицы — в СИПеред подстановкой: 500 г = 0,5 кг, 1,4 кН = 1400 Н, 72 км/ч = 72 : 3,6 = 20 м/с.
    ИграРасставьте шаги решения задачи по порядку.

    Калькулятор разгона из покоя

    Масса m3 кг
    Сила F9 Н
    Время Δt5 с
    a = F/m
    v = FΔt/m
    путь s = at²/2
    !
    Ловушка ЕНТ

    Иногда ускорение принимают за скорость: 9 Н / 3 кг = 3 м/с² — это ещё не ответ. Скорость через 5 с из покоя: v = at = 15 м/с.

    10

    Третий закон Ньютона: F₁ = −F₂

    Урок 7выберите пару тел
    Третий закон Ньютона. Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны.
    F₁ = −F₂«−»: силы направлены противоположно

    Особенности сил третьего закона:

    • всегда появляются парами;
    • это силы одной природы;
    • приложены к разным телам, поэтому не компенсируют друг друга.

    Силы равны, а массы разные — значит, и ускорения разные: у тела меньшей массы изменение скорости больше.

    ИграЭто пара сил по третьему закону или нет?
    !
    Ловушка ЕНТ

    Иногда сила тяжести книги и сила реакции стола считаются парой третьего закона — это неверно: обе приложены к одной книге. Пара к силе тяжести — сила, с которой книга притягивает Землю.

    11

    Разбор задач

    Уроки 6–7открывайте по шагам

    Модели и схемы упрощены для обучения: трение на дорожках не учитывается, значения сил и масс в опытах учебные.