Конспект по физике 7 класс параграф 54 + Ответы на вопросы. Краткое содержание § 54. МОМЕНТ СИЛЫ по учебнику Пёрышкина (базовый уровень). Конспект по пунктам параграфа. Код материалов: Физика Конспект №54.
Вернуться к Списку конспектов
Конспект §54. МОМЕНТ СИЛЫ
§ 54 кратко (малый конспект)
В данном параграфе вводится понятие момента силы как физической величины, характеризующей вращающее действие силы и равной произведению силы на её плечо (M = F*l). Единицей измерения момента силы в СИ является ньютон-метр (Н•м). Устанавливается правило моментов: рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, вращающих его по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, вращающих против часовой стрелки. Это правило является обобщением условия равновесия рычага. На практических примерах (гаечный ключ, дверь) показано, что результат действия силы зависит не только от её модуля, но и от точки приложения, то есть от плеча.
Большой конспект параграфа
В параграфе рассматривается понятие момента силы как физической величины, характеризующей вращающее действие силы на тело. Момент силы (M) рассчитывается как произведение модуля силы (F) на её плечо (l) – кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы: M = F · l. Единица измерения в СИ – ньютон-метр (Н·м).
Правило равновесия рычага (F₁/F₂ = l₂/l₁) преобразуется в правило моментов: рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, вращающих его по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, вращающих против часовой стрелки. Это можно записать как M₁ = M₂ (для двух сил) или ΣM_по часовой = ΣM_против часовой.
В тексте подчёркивается, что результат действия силы зависит не только от её модуля, но и от точки приложения (плеча). Чем больше плечо, тем больший момент создаёт та же сила (пример с отвёртыванием гайки длинным ключом). Если линия действия силы проходит через ось вращения, её плечо и момент равны нулю – такая сила не вызывает вращения.
В конце параграфа приведены вопросы и упражнения на применение правила моментов для анализа равновесия рычагов и бытовых ситуаций (открывание двери, подъём груза).
Вопросы на стр.188
❓ 1. Что такое момент силы? По какой формуле его можно рассчитать?
Моментом силы называют произведение силы на её плечо. Он характеризует способность силы вращать тело. Рассчитывается момент силы по формуле: M = F * l, где M — момент силы, F — сила, l — плечо этой силы.
❓ 2. В каких единицах измеряют момент силы?
Момент силы в Международной системе единиц (СИ) измеряют в ньютон-метрах (Н•м). Момент силы равен 1 Н•м, если сила в 1 Н действует на плече в 1 метр.
❓ 3. В чём состоит правило моментов?
Правило моментов гласит, что рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, вращающих его по ходу часовой стрелки, равна сумме моментов сил, вращающих его против хода часовой стрелки. Для случая с двумя силами это правило записывается как M₁ = M₂.
УПРАЖНЕНИЕ 35
❓ 1. Вычислите моменты сил (рис. 173). Будет ли рычаг находиться в равновесии?
Момент силы F₁: M₁ = F₁ l₁ = 10 Н 0.2 м = 2 Н•м (вращает против часовой стрелки).
Момент силы F₂: M₂ = F₂ l₂ = 15 Н 0.15 м = 2.25 Н•м (вращает по часовой стрелке).
Поскольку M₁ (2 Н•м) ≠ M₂ (2.25 Н•м), моменты сил не равны, и рычаг не будет находиться в равновесии.
❓ 2. * Чему равен момент силы, если линия действия силы проходит через ось вращения?
Если линия действия силы проходит через ось вращения, то плечо этой силы равно нулю (l = 0). Следовательно, согласно формуле M = F * l, момент такой силы также будет равен нулю. Такая сила не вызывает вращения тела.
❓ 3. Можно ли дверь (рис. 174) считать рычагом?
Да, дверь можно считать рычагом. Осью вращения (точкой опоры) являются петли, к которым дверь прикреплена. Сила прикладывается к ручке, создавая вращающий момент, который открывает или закрывает дверь.
❓ 4. Как легче открыть дверь — толкнув её около ручки или посередине?
Легче открыть дверь, толкнув её около ручки. При одной и той же силе толчка момент силы будет больше, так как плечо силы (расстояние от петель до точки приложения силы) в случае ручки максимально. Толкая дверь посередине, мы уменьшаем плечо и, следовательно, вращающий момент.
❓ 5. Может ли ученик силой 10Н приподнять ящик массой 50 кг?
Для подъёма ящика массой 50 кг требуется преодолеть силу тяжести Fтяж = mg ≈ 50 кг 10 Н/кг = 500 Н. Прямым действием силы в 10 Н поднять ящик нельзя. Однако, используя рычаг или другой простой механизм, который даёт выигрыш в силе за счёт проигрыша в расстоянии, ученик сможет это сделать, так как момент его силы может уравновесить момент силы тяжести.
❓ 6. * Будет ли рычаг (рис. 175) находиться в равновесии?
Рассчитаем моменты сил относительно центра. Момент силы F₁ (1 Н 0.3 м = 0.3 Н•м) вращает против часовой стрелки. Сумма моментов сил справа: момент от F₂ (2 Н 0.3 м = 0.6 Н•м) вращает по часовой стрелке, а момент от F₃ (1.5 Н * 0.18 м = 0.27 Н•м) — против часовой стрелки. Итоговый момент справа: 0.6 Н•м (по ч.с.) — 0.27 Н•м (против ч.с.) = 0.33 Н•м (по ч.с.). Поскольку 0.3 Н•м (слева, против ч.с.) ≠ 0.33 Н•м (справа, по ч.с.), рычаг не будет находиться в равновесии.
ЗАДАНИЕ 38.
№ 1. Два одинаковых тяжёлых ящика стоят на земле, их надо раздвинуть. Для этого между ними просовывают лом (рис. 176). Конец лома двигают в направлении, указанном стрелкой на рисунке. Какой ящик сдвинется? Ответ проверьте на модели, используйте вместо ящика книги, вместо лома линейку.
Сдвинется правый ящик (со стороны, куда направлена стрелка на конце лома). Точка опоры лома будет находиться у левого ящика. При приложении силы вверх на правом конце лома создаётся момент, который прижимает левый ящик, а правый — приподнимает и сдвигает.
№ 2. Найдите рычаги в организме человека, перечислите их.
В организме человека множество рычагов. Основные примеры: рычаг первого рода — голова на шейном отделе позвоночника (точка опоры между силой тяжести и усилием мышц); рычаги второго рода — стопа при подъёме на носки (точка опоры в пальцах, сила мышц икры приложена между опорой и нагрузкой — весом тела); рычаги третьего рода — предплечье (локтевой сустав — точка опоры, сила мышцы бицепса приложена между опорой и нагрузкой — весом в кисти).
№ 3. Полоску из жести уравновесьте на пальце или гладком карандаше. Проверьте, нарушится ли равновесие, если согнуть один из концов полоски. Объясните почему.
Да, равновесие нарушится. Полоска, согнутая на конце, становится несимметричной. Её центр тяжести смещается в сторону согнутого конца, так как там теперь сосредоточена большая масса на том же расстоянии от оси. Поскольку момент силы тяжести определяется произведением силы на расстояние от центра тяжести до точки опоры, момент со стороны согнутого конца увеличится, и равновесие нарушится.
Дополнительная информация
1. Плечо силы – это перпендикуляр. Важно чётко определять плечо как кратчайшее расстояние (перпендикуляр) от оси вращения до линии действия силы. Если сила приложена под углом, в расчётную формулу момента M = F · l входит только та составляющая силы (F⊥), которая перпендикулярна плечу. Полная формула: M = F · l · sinα, где α – угол между вектором силы и рычагом.
2. Правило знаков. В задачах часто используют формализацию правила моментов через алгебраическую сумму: моменту, вращающему тело против часовой стрелки, присваивают знак «+», а по часовой – знак «–». Условие равновесия тогда записывается как ΣM = 0.
3. Блоки и момент силы. Неподвижный блок – это рычаг с равными плечами, он не даёт выигрыша в силе, но меняет её направление. Подвижный блок – это рычаг, где плечо приложенной силы в 2 раза больше плеча силы тяжести, что даёт выигрыш в силе в 2 раза.
4. Связь с другими темами. Момент силы напрямую связан с условиями равновесия тел (помимо равенства моментов, должно выполняться и равенство нулю суммы всех действующих сил). Это основа для решения задач на нахождение неизвестных сил (реакции опор, силы натяжения нитей) в статике.
Вы смотрели: конспект по физике к учебнику 7 класса §54. МОМЕНТ СИЛЫ. Краткое содержание темы учебника. Ответы на вопросы в конце параграфа. Код материалов: Физика Конспект №54.