4 ważne rodzaje mocy (wyjaśnione za pomocą diagramu)

Niektóre z najważniejszych rodzajów siły są następujące: 1. Siła tarcia 2. Siła magnetyczna 3. Siła elektrostatyczna 4. Siła grawitacyjna.

Do tej pory omawialiśmy rodzaj siły, którą stosujemy poprzez wykonywanie własnych mięśni. Luźno mówiąc, możemy nazwać to siłą mięśni. Ten rodzaj siły może działać tylko wtedy, gdy jest w kontakcie z ciałem. Nie można przeciskać stołu wzdłuż podłogi, chyba że na przykład mają z nim kontakt ręce.

Z tego powodu ten rodzaj siły nazywany jest siłą kontaktową. Są pewne siły, które mogą oddziaływać na ciało z dystansu. Siły takie nazywane są siłami bezkontaktowymi. Zanim omówimy takie siły, zbadajmy bardzo ważną siłę kontaktową zwaną siłą tarcia.

1. Siła tarcia:

Nauczyłeś się, że do powstrzymania ruchu ciała w ruchu wymagana jest siła. Dlaczego więc huśtawka nie będzie się dalej poruszać na zawsze, gdy ją popchniesz? I dlaczego piłka nie toczy się bez końca po kopnięciu, nawet jeśli nie zastosowano siły, aby ją zatrzymać?

Dzieje się tak dlatego, że kiedy (powierzchnia) jednego ciała porusza się nad innym, siła tarcia działa w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu. Siła tarcia zawsze przeciwstawia się ruchowi, próbując zatrzymać ruch jednej powierzchni nad drugą. Jednak jak duża siła tarcia zależy od charakteru dwóch powierzchni będących w kontakcie.

Stanie się jaśniejsze po wykonaniu następującej czynności.

Umieść jeden koniec paska z tektury lub sklejki na klocku z drewna lub cegły. Umieść drugi koniec na podłodze, jak pokazano na rysunku 8.5. Umieść niewielką gumową piłkę u góry i pozwól, aby spadła na podłogę. Zwróć uwagę na odległość, którą piłka porusza się po podłodze.

Wypróbuj tę aktywność na różnych typach podłóg (na przykład na podłodze wyłożonej kafelkami i na podłodze wyłożonej wykładziną). Zwróć uwagę na odległość, którą kulka porusza się za każdym razem. Staraj się zawsze trzymać karton pod tym samym kątem. Przekonasz się, że piłka porusza się dalej na gładszej podłodze.

Żadna powierzchnia nie jest idealnie gładka. Nawet najgładsza powierzchnia ma drobne nierówności i dziury. Kiedy dwie powierzchnie przesuwają się jedna nad drugą, guzy i dziury na obu trafiają nawzajem w sposób. To powoduje tarcie. Oczywiście, im gładsza powierzchnia, tym mniejsza jest siła tarcia. Dlatego piłka porusza się na większej odległości nad podłogą wyłożoną kafelkami niż na podłodze wyłożonej wykładziną dywanową.

Tarcie statyczne i kinetyczne :

Siła tarcia zależy nie tylko od rodzaju stykających się powierzchni. Zależy również od tego, czy coś porusza się po powierzchni, czy jest nieruchomo.

Czynność:

Spróbuj przesunąć ciężki słownik nad powierzchnię stołu. Najpierw pchnij delikatnie, używając jednego lub dwóch palców. Poczujesz opór tarcia. Zwiększaj siłę, którą stosujesz, aż słownik zacznie się poruszać. Czy opór tarcia lub siła tarcia wydają się zmniejszać, gdy książka zaczyna się poruszać?

Kiedy siła jest przykładana do poruszania ciałem, siła tarcia opiera się ruchowi. Wraz ze wzrostem siły siła tarcia również wzrasta, aż przyłożona siła staje się większa niż siła tarcia. Tak jak przyłożona siła staje się większa niż siła tarcia, ciało zaczyna się poruszać.

Kiedy ciało zaczyna się poruszać, siła tarcia zmniejsza się. To tak, jakby siła tarcia miała ograniczoną siłę i tak długo, jak przyłożona siła nie przekracza tej granicy, siła tarcia wygina mięśnie i działa jak tyran. Kiedy zastosowana siła pokona tę granicę, siła tarcia traci serce i słabnie.

Zapamiętaj dwie rzeczy w tym kontekście.

1. Ciało zaczyna się poruszać, gdy przyłożona siła jest większa niż siła tarcia.

2. Tarcie statyczne, które działa, gdy ciało jest nieruchome, jest większe niż tarcie kinetyczne, które działa, gdy ciało się porusza.

Kiedy tarcie jest pomocne :

Życie byłoby zupełnie niemożliwe bez tarcia. Na przykład nie byłbyś w stanie chodzić. Jest to tarcie między podłogą a podeszwami stóp lub butów, które pozwala wygodnie chodzić. Bez tarcia poślizgnąłbyś się, podobnie jak na świeżo wypolerowanej podłodze, skórze banana lub gdy ktoś wyleje wodę na podłogę.

Podobnie, bez tarcia między oponami i drogą, pojazdy będą się ślizgać, tak jak czasami na mokrych drogach (woda i lód zmniejszają tarcie). Hamulce pojazdu działają również na zasadzie tarcia. Gdy kierowca naciśnie pedał hamulca, szczęka hamulcowa ociera się o nierówną powierzchnię za kołami. Powoduje to tarcie, które spowalnia koła.

Kiedy piszesz ołówkiem, tarcie między punktem ołówka i papierem sprawia, że maleńkie cząstki węgla ścierają się z końcówki i pozostawiają ślad na papierze. Nie można pisać bez tarcia - spróbuj pisać na szkle ołówkiem. Potrzebujesz tarcia, aby zapalić zapałkę. Jeśli uderzysz zapałką o gładką powierzchnię, nie zapali się.

Kiedy tarcie powoduje problemy :

Tarcie powoduje ścieranie powierzchni. Podeszwy butów są zużyte z powodu tarcia. Podobnie różne części maszyny, które ocierają się o siebie. Sam możesz się przekonać, jak tarcie powoduje ścieranie się, najpierw przecierając gumkę papierem, a następnie papierem ściernym. Papier ścierny znacznie szybciej zużyje gumkę, ponieważ jest bardziej szorstki.

Tarcie także marnuje energię. Kiedy na przykład jeździsz na rowerze, zużywasz energię, aby pokonać tarcie między ruchomymi częściami roweru, a także tarcie z powietrzem.

Kiedy przepychasz się przez powietrze, siła tarcia zwana oporem powietrza przeciwstawia się twojemu ruchowi. Im szybciej się poruszasz, tym większy jest opór, aż do momentu, w którym cała twoja energia zostanie wykorzystana do pokonania tego oporu. Nie można przyspieszyć poza ten punkt.

Inną wadą tarcia jest to, że generuje ciepło. Kiedy ocierasz dłonie o siebie, możesz poczuć ciepło generowane przez tarcie. Kiedy trafisz na mecz, ciepło generowane przez tarcie pomaga rozpalić mecz. Ciepło generowane przez tarcie może uszkodzić maszyny, więc chłodziwa są używane do obniżenia temperatury.

Zmniejszenie tarcia:

Ponieważ tarcie marnuje energię, zużywa części maszyn i powoduje nagrzewanie, inżynierowie zawsze starają się zmniejszyć tarcie. Jednym ze sposobów zmniejszenia tarcia jest sprawienie, aby powierzchnie stykały się gładko poprzez polerowanie. Innym sposobem jest natłuszczanie.

Olej zmniejsza tarcie, wypełniając wgniecenia na powierzchniach, które poruszają się względem siebie w maszynie (dlatego ludzie cyklów olejowych i maszyn do szycia). Zapobiega to również bezpośredniemu kontaktowi między powierzchniami, tworząc między nimi film.

Innym sposobem zmniejszenia tarcia jest zastosowanie łożysk kulkowych lub łożysk tocznych. Łożyska są w wielu kształtach i rozmiarach i są stosowane w celu zmniejszenia tarcia, zwłaszcza gdy pręt obraca się w otworze, jak w kole rowerowym. Te używane między piastą a osią roweru to małe stalowe kule. Poniższa czynność pomoże ci zrozumieć, w jaki sposób łożyska kulkowe pomagają zmniejszyć tarcie.

Czynność:

Spróbuj wepchnąć ciężki karton lub walizkę nad podłogę. Następnie poproś osobę dorosłą o pomoc w umieszczeniu kilku prętów (powiedzmy karniszy) pod kartonem i wciśnij go ponownie. Można również umieścić ołówki lub świece pod ciężką książką i spróbować przenieść je nad powierzchnię stołu. Łatwiej będzie przenieść karton lub książkę, gdy masz pod nim "wałki".

Jest tak, ponieważ tarcie toczne jest mniejsze niż tarcie ślizgowe. Innymi słowy, siła tarcia jest większa, gdy jedna powierzchnia ślizga się na innej, niż gdy przetacza się nad drugą.

Właśnie dlatego łożyska kulkowe, które mogą się obracać, są umieszczane pomiędzy ruchomymi częściami maszyn. Właśnie dlatego są koła pod walizkami i wózkami TV. W rzeczywistości wynalazek koła był wynikiem odkrycia, że tarcie toczne jest mniejsze niż tarcie ślizgowe. Ludzie musieli zauważyć, że umieszczanie kłód pod sankami ułatwia popychanie sań. Potem musieli wyrwać szorstkie koła z kłód i przymocować je do wózków.

Usprawnianie:

Powietrze i woda również zapewniają odporność na ruch. Latawce natury (ptaki) i pływacy (ryby) mają na celu zmniejszenie tego oporu. Mają to, co nazywają usprawnionymi ciałami. Opływowy korpus ma gładkie kontury.

Kiedy takie ciało porusza się w wodzie lub powietrzu, zakłóca naturalny przepływ wody lub powietrza w jak najmniejszym stopniu. Zmniejsza to opór powietrza lub wody w ruchu. Samochody, samoloty i statki są zaprojektowane tak, aby miały opływowe nadwozia.

Zwiększenie tarcia:

W niektórych sytuacjach korzystne jest zwiększenie tarcia. Na przykład podeszwy naszych butów i opony pojazdów mają rowki zwiększające tarcie. Gdyby były gładkie, istnieje ryzyko poślizgu lub poślizgu.

Buty noszone przez sportowców i alpinistów mają spiczaste pod spodem, aby poprawić przyczepność. Pedały roweru, kierownica samochodu, rękojeść noża, można by pomyśleć o wielu przykładach, w których powierzchnie są szorstkie, aby zwiększyć tarcie.

2. Siła magnetyczna:

Rzeczy zrobione z żelaza przyciąga magnes. Siła, z jaką magnes przyciąga takie rzeczy, nazywana jest siłą magnetyczną, a zjawisko to nazywa się magnetyzmem. Musiałeś zauważyć, że magnes nie musi być w kontakcie z czymś z żelaza, aby go przyciągnąć. W przeciwieństwie do siły mięśni i siły tarcia, siła magnetyczna może oddziaływać na odległość.

3. Siła elektrostatyczna:

Jeśli przesuniesz grzebień przez włosy (pod warunkiem, że jest suchy) kilka razy, a następnie przytrzymasz grzebień na małych kawałkach papieru, zostaną przyciągnięte do grzebienia. Siła działająca na kawałki papieru nazywa się siłą elektrostatyczną. Jest to inny rodzaj siły, który może działać z dystansu. Więcej na ten temat dowiesz się w innym rozdziale.

4. Siła grawitacyjna:

Wiesz, że wszystko na ziemi lub w pobliżu przyciąga do niej siła grawitacji. To sprawia, że piłka spada, gdy ją kopniesz w górę. Gdyby nie było siły grawitacji, piłka poleciałaby od razu. Księżyc też przyciąga rzeczy do siebie z własną siłą grawitacji. Podobnie jak wszystkie inne planety, słońce i wszystkie gwiazdy. W rzeczywistości, jakiekolwiek dwa ciała w tym wszechświecie przyciągają się nawzajem siłą zwaną siłą grawitacyjną.

Prawo to nazywane jest prawem grawitacji Newtona na cześć Sir Isaaca Newtona, angielskiego fizyka i matematyka, który je odkrył. Możesz się zastanawiać, dlaczego nie czujesz, że szkolny autobus lub koledzy z klasy przyciągają cię siłą grawitacji.

Problem polega na tym, że siła grawitacji zależy od masy tych dwóch ciał. I jeśli jedno z ciał nie jest bardzo masywne, nie można tego odczuć. To wyjaśnia również, dlaczego siła grawitacji Ziemi jest znacznie większa niż księżyca. Dzieje się tak dlatego, że masa Ziemi jest znacznie większa niż masa księżyca.

Pole grawitacyjne:

Kiedy upuszczamy piłkę z wysokości, zostaje ona zerwana przez siłę grawitacji ziemi, chociaż piłka nie jest w kontakcie z ziemią. Oznacza to, że przyciąganie grawitacyjne Ziemi może działać na odległość, podobnie jak siły magnetyczne i elektrostatyczne. Czy Ziemia bezpośrednio stosuje siłę na piłce?

A może ziemia wykorzystuje tę siłę pośrednio przez coś, co jest w kontakcie z piłką? Naukowcy wolą drugą opcję, ponieważ pozwalają opisywać wiele zjawisk naturalnych. Mówią, że masa obiektu (jak ziemia) wytwarza pole grawitacyjne wokół obiektu. To właśnie ta dziedzina wywiera siłę grawitacji na wszystkie obiekty w pobliżu i daleko.

Waga:

W poprzedniej klasie nauczyłeś się już, że ciężar ciała zależy od jego masy. Ciężar ciała jest tak naprawdę siłą, z jaką przyciąga go ziemia. Gdyby Ziemia nas nie przyciągnęła, bylibyśmy nieważką, mimo że nadal mielibyśmy taką samą masę, jaką mamy teraz.

Balans sprężynowy to urządzenie, którego można użyć do pomiaru ciężaru ciała. Poniższe działanie pokaże Ci, jak to zrobić. Nie można użyć wagi do pomiaru ciężaru ciała, ponieważ porównuje ona tylko masę ciała ze znaną masą standardowego ciężaru.

Czynność:

Zawieś sprężynę z gwoździa i zanotuj jej długość. Jeśli nie możesz dostać sprężyny, zrobi to szeroka gumka. Zawieś mały kamień z drugiego końca sprężyny i zanotuj wzrost jego długości. Powiesić większy kamień i ponownie zanotować zmianę długości sprężyny. Możesz wypróbować tę aktywność za pomocą kamieni o różnych rozmiarach.

Zauważysz, że im większy kamień, tym bardziej sprężyna się wydłuża. Dzieje się tak dlatego, że większy kamień ma większą masę, więc jest ciągnięty przez ziemię z większą siłą (siła grawitacji zależy od masy, pamiętajcie). Jest to zasada, na której działa balans sprężynowy. Posiada oznaczenia do pomiaru ciężaru ciała w zależności od tego, jak bardzo wnętrze sprężyny wydłuży się, gdy ciało zostanie zawieszone na haku.

Gdybyś mógł zmierzyć wagę masy 1 kg na Księżycu, twój balans wiosenny wskazywałby jedną szóstą na odczyt, który pokazuje na ziemi. A na Jowiszu odczyt byłby dwa razy większy niż na ziemi. Wiele wag wiosennych pokazuje odczyty w kilogramach. Ponieważ balans sprężynowy mierzy ciężar ciała lub działającą na niego siłę grawitacji, odczyty powinny być w kilogramach (kg-wt) lub w kilogramach (kgf).

Jednostka siły:

Istnieje bardzo ścisły związek między siłą grawitacji działającą na masę 100 gi jednostką siły SI, zwaną newtonem (symbol: N). Masa 100 g masy lub działająca na nią siła grawitacji wynosi 0, 98 N. Dlatego masa 1 kg masy = 9, 8 N.