§ 8. СИЛА –  МЕРА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛ: ВИДЫ СИЛ И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ

Чаще всего тела действуют друг на друга при соприкосновении. Подталкивая руками заглохший автомобиль, мы прикладываем силу, но если толкать придётся в гору, то делать это будет тяжелее, или, другими словами, для этого понадобится бóльшая сила. Чтобы толкать автомобиль, лучше всего прикладывать силу, направленную вдоль дороги. Таким образом, характеризуя силу, мы должны не только указать её величину, но и направление, вдоль которого она действует. Другими словами, сила – это векторная величина.

Действие двух или нескольких сил на тело можно заменить действием одной равнодействующей силы, являющейся суммой векторов всех этих сил (см. красный вектор на рис. 8а).

Взаимодействие соприкасающихся тел может приводить не только к изменению их скоростей (ускорению или замедлению), но и деформации – изменению формы или объёма тел. Например, сжимая в руке лист бумаги, мы действуем на него с силой, которая приводит к ускоренному движению частей листа и его деформации.

Всякое тело всегда сопротивляется деформации, и когда мы пытаемся сжать, растянуть или согнуть его, то со стороны тела на нас действуют силы, препятствующие этому, которые называют упругими силами. Упругая сила действует на нас со стороны пружины, когда мы сжимаем или растягиваем её. Груз, который мы тянем по земле за верёвку, тоже ускоряется с помощью упругой силы растянутой верёвки. Сидя на стуле, мы своим весом давим на него, чуть-чуть деформируя, что вызывает появление упругих сил, действующих на нас снизу вверх.

Во многих случаях взаимодействующие тела скользят вдоль поверхности, разделяющей их, не вызывая деформации друг у друга. Санки и лыжи могут довольно долго скользить по утрамбованному снегу, а карандаш – по гладкой поверхности стола. Силу, препятствующую скольжению, называют силой трения (см. синий вектор на рис.8б). Эта сила зависит от свойств поверхностей тел и от силы, прижимающей их друг к другу.

Иногда взаимодействие тел происходит не только при их соприкосновении, но и на расстоянии. Так, Земля притягивает все тела, и силу,  с которой она на них действуют, называют силой тяжести. Земля притягивает Луну, а Солнце – Землю, и поэтому Луна вращается вокруг Земли, а Земля – вокруг Солнца. Силы притяжения, которые ещё называют гравитационными, действуют между всеми телами вокруг, однако, они становятся заметными, только тогда, когда одно или оба тела имеют размеры планет или звёзд (см. белые вектора на рис.8в).

К силам, действующим на расстоянии, относят также электромагнитные силы. Намагниченная стрелка компаса поворачивается вдоль линии магнитного поля, хотя никакое тело, касаясь, не заставляет её это делать. Также, не контактируя с каким либо телом, наэлектризованные волосы начинают двигаться при приближении расчёски.

Если на тело действуют две силы, а оно не изменяет своей скорости или остаётся в покое, то эти силы уравновешивают друг друга, и значит, их величины равны, а направления их действия противоположны. Это даёт возможность определить одну из сил, если другая известна или, как говорят, является её эталоном. Часто эталоном силы служит пружина, при растяжении которой возникают упругие силы. Для этого сначала пружину калибруют, т.е. отмечают на шкале удлинение пружины при действии какой-нибудь определённой силы (например, сила тяжести карандаша), а потом увеличивают силу в 2, 3, 4 раза и т.д., делая соответствующие отметки на шкале. Проградуированную таким образом пружину называют динамометром и применяют для измерения силы.  

Вопросы для повторения:

·        Что называют силой, и какой величиной она является?

·        Перечислите виды сил и условия, когда они возникают.

·        В каких случаях две силы, действующие на тело, равны?

·        Приведите пример эталона силы.

 

Рис. 8. (а) – определение результирующей силы методом параллелограмма; (б) возникновение силы трения при скольжении одного тела по поверхности другого; (в) гравитационные силы взаимного притяжения Земли и Луны.