Уроки 17 · 1 урок · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
17
Условия равновесия тел
Учебник: с. 59–61
ЦельЗнать условие равновесия тела без оси вращения, виды равновесия и условия устойчивости.
Статика изучает условия равновесия тел. Тело или система без оси вращения находится в равновесии, если векторная сумма всех действующих на него сил равна нулю: F₁ + F₂ + … + Fₙ = 0; вдоль осей ΣFₓ = 0 и ΣFᵧ = 0. Силы считают приложенными к центру масс (точке, в которой условно сосредоточена вся масса). Равновесие бывает трёх видов. Устойчивое: при смещении тела результирующая сила возвращает его в исходное положение (шарик на дне чаши). Неустойчивое: при смещении сила удаляет его ещё дальше от положения равновесия (шарик на вершине выпуклой поверхности). Безразличное: равновесие сохраняется после смещения (шарик на горизонтальном столе). Устойчивость тела зависит от его веса, площади опоры и высоты центра масс: если вертикаль, проходящая через центр масс, выходит за пределы опоры, тело опрокидывается. Поэтому тело с широкой опорой и низким центром масс более устойчиво.
Примеры
Лампа массой 8 кг подвешена на двух верёвках, каждая под углом 37° к вертикали (cos37° ≈ 0,8; g = 10 м/с²). По вертикали: 2T·cos37° = mg, T = 80/(2·0,8) = 50 Н; по горизонтали составляющие двух сил натяжения уравновешивают друг друга.
Брусок массой 5 кг покоится на наклонной плоскости (α = 37°, sin = 0,6; cos = 0,8). Сила трения покоя вдоль плоскости F = mg sinα = 50·0,6 = 30 Н; сила нормальной реакции N = mg cosα = 50·0,8 = 40 Н.
Работа в классе
Только вместе с учителем: медленно наклоняйте на столе предметы разной формы (тонкую коробку, куб, пустую пластиковую бутылку) и найдите угол, при котором каждый из них опрокидывается. Обсудите роль высоты центра масс и ширины опоры. Не используйте стеклянные предметы.
Упражнения
1
Каково условие равновесия тела без оси вращения?
Векторная сумма действующих на него сил должна быть равна нулю.
2
Лампа массой 10 кг подвешена на двух одинаковых вертикальных верёвках (g = 10 м/с²). Какова сила натяжения каждой верёвки (Н)?
50
3
На тело действуют силы 30 Н на восток и 40 Н на север. Каким должен быть модуль третьей силы, чтобы тело оставалось в равновесии (Н)?
50
4
Назовите вид равновесия: шарик на дне чаши, на вершине выпуклой поверхности, на ровном столе.
Устойчивое; неустойчивое; безразличное.
5
Почему высокий узкий сосуд с малой площадью основания легче опрокинуть?
Его центр масс расположен высоко, а опора мала: при небольшом наклоне вертикаль через центр масс выходит за пределы опоры.