Siły w przyrodzie
 |
| Oddziaływanie elektrostatyczne: naładowane przez pocieranie o włosy słomki odpychają się |
- elektrostatyczne
- magnetyczne
- grawitacyjne
Efektem każdego z tych oddziaływań jest przyciąganie lub odpychanie się różnych rzeczy. Takie pchnięcie lub pociągnięcie nazywamy siłą. Przyciągać mogę się tak małe rzeczy, jak kryształy soli do naładowanej słomki (siłą elektrostatyczną), ale też tak wielkie jak całe galaktyki.
 |
| Oddziaływanie magnetyczne: magnes przyciąga do siebie żelazny odważnik |
Siła może pochodzić także od naszych rąk (kiedy otwieramy i zamykamy drzwi), od podłogi (która równoważy siłę grawitacji, byśmy nie spadli) albo od ścianek kubka, którym rozkręcamy kulkę.
Gdy przestajemy działać siłą na jakieś ciało, na przykład przestaniemy rozkręcać wspomnianą kulkę, ma ono do wyboru: pozostać w spoczynku lub poruszać się ze stałą prędkością po linii prostej. Jest to tak zwana pierwsza zasada dynamiki.
To oznacza, że nie da się wprowadzić omawianej kulki z kubka w ruch spiralny. Zawsze, gdy podniesiemy kubek będzie poruszać się po linii prostej!
A kiedy trafia się spoczynek? Na Ziemi jest to łatwe. Wiemy, że kulka kiedyś się zatrzyma, nawet nie dlatego, że uderzy w ścianę, tylko z powodu działających sił tarcia, które lepiej poznamy nieco później.
Znając tę zasadę, możemy zauważyć, że jeżeli piłka futbolowa, "podkręcona" przez piłkarkę skręca w powietrzu, to musi działać na nią jakaś siła w czasie, gdy leci już ona w powietrzu! Zachęcam do poszukiwań: cóż to za siła i od czego zależy?
Sposób, w jaki działają siły bywa nieintuicyjny. Taka też bywa trzecia zasada dynamiki, która mówi, że jeżeli na jakieś ciało zadziałamy siłą, to to ciało zadziała siłą na nas, ale w drugą stronę! Mówiąc po ludzku, jeśli popychamy jakiś przedmiot, to on popycha nas - do tyłu. Nie zawsze dostrzegamy to na Ziemi, natomiast świetnie wiedzą o tym astronauci z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Astronauta Rick pcha (czyli działa siłą na) komandora Koichiego. W wyniku tego pchnięcia sam odlatuje do tyłu!
To samo dzieje się podczas strzelania z broni palnej. Zadaniem pistoletu jest wypchnąć z siebie pocisk z ogromną prędkością. To oznacza zadziałanie na niego wielką siłą. Ale zgodnie z trzecią zasadą dynamiki, pocisk oddziałuje na nas! Odczuwamy to jako odrzut broni. W niewprawnych rękach broń może nawet zabić swojego właściciela.
Znając już te podstawowe informacje o siłach, spróbujcie wyjaśnić jak powstają widoczne na tym zdjęciu śniegowe rolady.
Na naszych lekcjach poznawaliśmy różne rodzaje sił. Oto powtórka najważniejszych o nich wiadomości.
Siły tarcia
Przede wszystkim możemy o nich powiedzieć, że istnieją. I bardzo dobrze! Inaczej nie bylibyśmy w stanie przejść na przystanek: chodnik byłby tak śliski jak lód. W świecie bez tarcia długopis kulkowy by nie pisał, bo kulka po prostu by się nie obracała.
Siła tarcia zależy od podłoża, a dokładniej: od warstw, które się ze sobą stykają. Lód jest śliski, ale jeżeli chodzimy w specjalistycznych rakach, to zwiększymy tarcie, czyli swoją przyczepność. W samochodach montujemy w tym celu łańcuchy. Tę "przyczepność" w fizyce wyraża współczynnik tarcia oznaczany literą f.
Na symulacji sanek możecie zobaczyć, że siła tarcia zależy także od siły nacisku na podłoże, która - zgodnie z trzecią zasadą dynamiki - jest równa sile ciężkości. Zatem im coś cięższe, tym większe będą siły tarcia. Przypomnijmy, że ciężar, czyli siła ciężkości, to iloczyn masy i przyspieszenia grawitacyjnego, co skrótowo zapisujemy F(ciężkości) = mg.Siłę tarcia wyraża więc wzór F(tarcia) = fmg. Jest to jakiś ułamek siły ciężkości. Im większy współczynnik tarcia, tym większe mamy tarcie.
Tutaj możesz sprawdzić jakie wartości przyjmuje współczynnik tarcia dla najróżniejszych substancji.
Badanie siły wyporu
Na lekcjach przeprowadzaliśmy trzy eksperymenty.
Eksperyment 1: wciskanie balonu do miski z wodą.
Eksperyment 2: wyznaczanie objętości przedmiotów poprzez zanurzanie ich w menzurce.
Eksperyment 3: porównanie odczytów mas przedmiotów zanurzonych w wodzie (wiszących na sznurku!) i leżących na wadze
Wyniki- objętości wszystkich próbek są niemal identyczne
- nie da się zmierzyć w ten sposób objętości drewna, bo nie zanurza się w wodzie
- wskazanie wagi przy zanurzeniu w wodzie dawało zwykle ok. 15 g dla wszystkich materiałów; wielokrotnie więcej było, gdy próbka leżała po prostu na wadze
- wyjątkiem od tej zasady było drewno, którego masa mierzona na oba te sposoby była niemal taka sama
- można wypierać więcej wody, gdy wpycha się na siłę ciało, które zazwyczaj się na niej unosi (balon, drewno)
- objętości próbek były niemal takie same; to znaczy, że każda z próbek wypychała taką samą objętość wody
- dlatego właśnie podczas ważenia w wodzie dostawaliśmy ten sam wynik: to nie była masa próbki, tylko masa wypartej wody!
- dlaczego drewno zachowywało się inaczej?
Ciało zanurzone w wodzie wypiera wodę o objętości takiej, jak zanurzenie tego ciała.
Pojawią się tu także omówienia:
- siły oporu powietrza
- siły parcia cieczy (ciśnienie)
W wysokich górach woda wrze w dużo niższej temperaturze, niż 100 st. C. Jest to spowodowane mniejszym ciśnieniem atmosferycznym na tak dużej wysokości - po prostu naciska na nas mniej atmosfery, niż u podnóży gór.
Co to w takim razie oznacza dla nurków, którzy chcą spróbować swoich sił na dużych wysokościach i przeżyć? Odsyłam do tego artykułu.
Zadania do przećwiczenia
- Równoważenie sił
- Z1/14
- Z3,4/15
- 1 ZDN
- Z1/19
- Z3/20
- Z2/21
- 3 ZDN
- Z1/26
- Z1/28
- Z3/29
- Opory powietrza i tarcia
- Z1,2/46
- Siły parcia
- Z1,2/56
- Z3/57
- Siła wyporu
- Z1,2/64
- Z1/65
- Z2,3/66
- Z4,5/67
- 2 ZDN
- Z1/83
- Z2/84
- Z3/85
Komentarze
Prześlij komentarz