ПРИРОДОЗНАВСТВО 6 КЛАС
Природні та штучні системи в середовищі життя людини
Тема 3. Рукотворні системи
§16. СИЛА. ВИДИ СИЛ
У природі одні тіла постійно діють на інші. Так, Земля притягує всі тіла, розташовані на її поверхні та поблизу неї, вода, падаючи з висоти, обертає лопаті турбіни, вітер змушує рухатися вітрильники, завдяки силі м’язів людина піднімає тіла, кінь перевозить вантажі.
У наведених прикладах тіла взаємодіють між собою. Характеристика взаємодії тіл дістала назву сила.
Учені розрізняють різні види сил: силу тяжіння, силу пружності, силу тертя та інші.
Як вимірюють силу
Силу можна виміряти. Її вимірюють за допомогою приладу, що має назву динамометр (грецькою мовою слово «динаміс» означає «сила», а «метро» - «вимірюю»). На малюнку 84 зображено динамометри, які використовують у школі та побуті. Незважаючи на відмінності у зовнішньому вигляді, вони мають пружину, стрілку і шкалу.
Мал. 84. Динамометри: 1 - шкільний лабораторний; 2 - шкільний демонстраційний; 3 - побутовий
Одиницею вимірювання сили є ньютон (Н). Так її названо на честь відомого англійського вченого Ісаака Ньютона. Поміркуємо, велика чи мала сила, значення якої дорівнює 1 Н. Відомо, що для підняття тіла масою 1 кг на нього потрібно подіяти силою близько 10 Н. Тож, знаючи масу шкільного портфеля, наповненого підручниками та зошитами, кожен із вас зможе легко визначити значення сили, з якою цей портфель доводиться щоразу піднімати.
Крім числового значення, силу характеризує також напрямок. На малюнках напрямок дії сили позначають стрілкою. Так, на малюнку 85 показано напрямки дії сил персонажів байки Л. Глібова «Лебідь, Рак та Щука».
Мал. 85. Напрямки дії сил персонажів байки Л. Глібова «Лебідь, Рак та Щука»
Сила тяжіння
Силу, з якою Земля притягує до себе тіла, називають силою земного тяжіння. Сила тяжіння існує на всіх планетах Сонячної системи. Є вона й на Місяці - природному супутнику Землі. Але на Місяці вона набагато менша, ніж на Землі. Це пояснюється тим, що маса Землі значно більша за масу Місяця. Ось чому рух космонавтів по поверхні Місяця нагадував плавні стрибки.
Сила тяжіння залежить і від маси самого тіла. Вона буде більшою у того тіла, маса якого більша. Пригадайте, як у 5-му класі, ознайомлюючись із характеристиками тіл, ви порівнювали залізну та дерев’яну кульки однакових розмірів. Якщо такі кульки відпустити з однакової висоти на вологий пісок, то залізна кулька залишить у ньому більшу заглибину, ніж дерев’яна. Станеться це тому, що сила тяжіння у випадку із залізною кулькою буде більшою. Причиною цього є більша маса залізної кульки порівняно з дерев’яною.
Сила пружності
Якщо до пружини (мал. 86, 1) підвісити тягарець, то під дією сили тяжіння він розпочне рухатися вертикально вниз (мал. 86,2). З часом цей рух припиниться, незважаючи на те, що сила тяжіння не припиняє свою дію (мал. 86, 3). Чим це пояснити?
Крім сили тяжіння, яка діє на тягарець і спрямована вертикально вниз, на нього діє інша сила - сила пружності пружини. Вона спрямована вертикально вгору. Звідки виникла ця сила? Рухаючись вниз, тягарець розтягує, видовжує пружину. Але пружина прагне відновити свою форму, тому в ній виникає сила, з якою пружина діє на тягарець. Це і є сила пружності.
Настає мить, коли сила пружності дорівнює силі тяжіння. Відтепер тягарець припиняє рухатися вертикально вниз і набуває стану спокою.
У стані спокою перебувають усі тіла, розташовані на якійсь опорі (підлозі, столі, поверхні землі тощо) або підвішені на нитці, мотузці, тросі тощо. У цьому разі сила тяжіння також буде врівноважена силою пружності опори чи підвісу.
Мал. 86. Виникнення та дія сили пружності
Сила тертя
З’єднаймо динамометр і дерев’яний брусок, що лежить на столі, так, як це показано на малюнку 87. Почнемо рівномірно рухати брусок до себе за допомогою динамометра, тримаючи його горизонтально. Деякий час брусок не рухатиметься, але стрілка динамометра зміститься з нульової позначки. Та лише за певного значення сили тіло зрушиться з місця. Станеться це тоді, коли сила, з якою ми діємо на брусок, зрівноважиться з так званою силою тертя або стане більшою за неї. Сила тертя виникає між поверхнями тіл, які взаємодіють (у наведеному прикладі - це поверхні столу та бруска). Вона тим більша, чим більше нерівностей у вигляді заглиблень і виступів є на поверхні тіл.
Мал. 87. Виникнення та дія сили тертя
Сила тертя завжди спрямована проти руху тіла. Це вона перешкоджала зрушенню бруска на початку досліду. Якби не було сили тертя, рух тіл тривав би безкінечно.
Для зменшення сили тертя, якщо це потрібно, поверхні тіл ретельно шліфують і полірують, змащують мастилами. Але повністю усунути тертя неможливо.
Людина збільшує силу тертя, якщо це потрібно, наприклад, щоб рухатися під час ожеледиці слизькою дорогою. Для цього дорогу і тротуари посипають піском, на колеса автомобілів одягають шиновану гуму або ланцюги. Погляньте на поверхню підошви зимового взуття - вона шорстка та нерівна. І все це роблять з однією метою - збільшити силу тертя між тілами і поверхнею слизької дороги.
Підсумки
Сила - це міра взаємодії тіл.
Сила характеризується числовим значенням і напрямком, її вимірюють за допомогою динамометра, о Одиниця вимірювання сили - ньютон (Н).
Є сили тяжіння, тертя, пружності та інші.
Сторінка природодослідника
Динамометр можна виготовити самому. Для цього достатньо мати гумову нитку завдовжки 5 см, 10 см бавовняної нитки, 2 скріпки, корпус прозорої кулькової ручки, маркірувальний олівець, один невеликий поліетиленовий мішечок з ручками, воду, мірну посудину.
Виготовлений динамометр показано на малюнку 88. Роль пружини в ньому виконуватиме гумова нитка, стрілки - вузлик, яким зв’язані гумова та бавовняна нитки. Мітки, які ви зробите маркером на корпусі прозорої ручки, виконуватимуть роль шкали.
Для її нанесення прикріпіть майбутній динамометр до ручки дверей кухні або ванної кімнати. На рівні вузлика зробіть позначку «0».
До нижньої скріпки приєднайте поліетиленовий мішечок, наповнений 100 мл води. Напроти вузлика зробіть позначку 1 Н. Налийте в мішечок ще 100 мл води, на корпус ручки у місці розташування вузлика нанесіть позначку 2 Н. Якщо довжина ручки дозволяє, зробіть позначку З Н, наливши в мішечок втретє 100 мл води.
Мал. 88. Саморобний динамометр
Розділіть відстань між позначками на п’ять рівних частин. Величина однієї поділки становитиме 0,2 Н. Динамометр готовий для вимірювання. Виміряйте ним силу тяжіння тіл зі свого помешкання, маса яких не перевищує 300 г.
Сторінка ерудита
Ви вже знаєте, що дія сили залежить від її величини (числового значення) і напрямку. Але уважно розглянувши малюнок 89, ви дійдете висновку, що, хоч у випадках 1 і 2 однакові сили діють в одному напрямку, результат їхніх дій буде різний. У першому випадку книжка рухатиметься поступально, у другому - повертатиметься.
Мал. 89. Залежність напрямку руху тіла від точки прикладання сили
Ви, очевидно, зрозуміли, що результат дії сили залежить не лише від її величини та напрямку, а ще й від точки на тілі, до якої прикладена сила (точки прикладання). Про це яскраво свідчать спроби відчинити двері, приклавши по черзі однакові сили - спочатку в точці біля кріплення дверей, а потім в точці, найвіддаленішій від місця кріплення дверей.
Перевірте свої знання
1. Дайте визначення сили та наведіть приклади її дії. 2. Назвіть одиницю вимірювання та прилад для вимірювання сили. 3. Перелічіть відомі вам види сил. 4*. Чому ручку на дверях кріплять якомога далі від завіс?