Prezentacja III w ramach MGP

2. Prezentacja III w ramach MGP • Nazwa szkoły: • Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych w Białogardzie oraz Zespół Szkół Chemicznych w Poznaniu • ID grupy: 97/22_mf_g1 oraz 97/39_mf_g1 • Opiekun: Renata Karczewska –Siudowska oraz Karolina Grzesińska • Kompetencja: • Matematyczno - fizyczna • Temat projektowy: • SIŁĄ FIZYKI JEST SIŁA • Semestr/rok szkolny: CZWARTY / 2011-2012

3. Skład grupy ZSP Białogard • Alicja Gąsiorowska • Róża Wysocka • Dominika Paluszkiewicz • Michał Kunz • Tomasz Krepsztul • Włodzimierz Borowik • Miłosz Klepuszewski • Dawid Koprowski • Dariusz Szłyk • Tadeusz Szenichowicz

4. Skład grupy ZsCh Poznań: • Magdalena Jankowska • Anna Kasprzak • Aleksandra Koprek • Aneta Kowalska • Patrycja Lewoczko • Filip Łakomski • Zuzanna Suchorska • Monika Urbaniak • Natalia Wlazło • Ewa Zając

5. Spis treści: • Siła miarą oddziaływań ( definicja siły, siła jako wektor, równoważność sił, siła wypadkowa). • Siła ciężkości. • Siła grawitacyjna (prawo powszechnej grawitacji). • Zasady dynamiki Newtona ( pierwsza, druga i trzecia zasada dynamiki Newtona). • Siła dośrodkowa. • Siła sprężystości. • Siła elektrodynamiczna.

6. cd. Spis treści: • 8. Siła oporu ośrodka ( opór wody, powietrza, opór aerodynamiczny). • 9. Siła nośna. • 10. Siła tarcia. • 11. Siła parcia. • 12. Siła wyporu. • 13. Siła elektrostatyczna.

7. 1. Siła miarą oddziaływania • Isaak Newton (1 642-1 727) między innymi twierdził: „Nic się nie zdarzy, dopóki nie zacznie działać siła". Siła działająca na ciało może je wprawić w ruch, może zmienić szybkość i kierunek ruchu albo je zatrzymać, może również odkształcić sprężyście lub niesprężyście, czyli trwale. • Mówimy, że siły mają skutki mechaniczne, które dzielimy na statyczne (odkształcanie ciał) i dynamiczne (zmiany stanu ruchu ciał). Wszystkie doświadczenia potwierdzają wzajemność oddziaływań na siebie dwóch ciał, np. działają na siebie dwie kule zderzające się, sprężyna i ręka.

8. SIŁA • Sir Isaac Newton • urodził się 4 stycznia 1643 roku w Woolsthorpe-by-Colsterworth, • zmarł 31 marca 1727 roku w Kensington • – angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik.

9. Definicja siły • Siła jest wielkością wektorową, ma swoją wartość (kopnąłeś piłkę mocniej, może słabiej), swój punkt przyłożenia do obiektu, na który działa (jeśli kopnąłeś piłkę, to siłę przyłożyłeś do piłki), ma zwrot (kopnąłeś w stronę bramki), ma kierunek działania (prosta, wzdłuż której działa siła).Siłę oznaczamy symbolem F (łac. fortis - mocny lub ang. force - siła). Strzałka nad literą oznacza, że jest to wielkość wektorowa; jeśli mówimy jedynie o wartości siły, to zapisujemy F. • F = m ∙ a

10. Siła jako wektor • Siłę można określić jednoznacznie i przedstawić graficznie za pomocą odcinka, którego początkiem jest punkt przyłożenia tej siły, a koniec zaznaczony jest grotem strzałki (zwrot działania siły). Przedłużenie w obu kierunkach daje linię, która jest kierunkiem działania siły. Sile przypisujemy symbol F. • Siła jest wielkością fizyczną, zatem jej wartość wyrażamy za pomocą jednostki, którą nazywamy niutonem (N). Siła 1 N jest równa w przybliżeniu ciężarowi 0,1 kg masy na powierzchni Ziemi. Ziemia, przyciągając ciało o masie 0,1 kg, działa na nie właśnie siłą 1 N.

11. Równoważność sił • Nie zawsze skutkiem działania sił na jakieś ciało jest zmiana jego stanu, np. ciało, które nie zostało wprawione w ruch, nie jest odkształcone. Jeśli chcemy przesunąć szafę, działamy na nią siłą. Jeśli z większą siłą pchać już nie jesteśmy w stanie, to może się zdarzyć, że szafy nie uda się przesunąć. Dzieje się tak, ponieważ siła wywierana przez nas jest zrównoważona przez jakąś siłę, która działa również na szafę (siłę tarcia). Tak więc brak ruchu nie zawsze oznacza całkowitą nieobecność sił.

12. SIŁY RÓWNOWAŻĄCE SIĘ • Jeśli na jedno ciało działają dwie siły o takiej samej wartości, takim samym kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie, to wypadkowa tych sił wynosi zero. Takie siły nazywamy siłami równoważącymi się. Gdy na ciało działają siły równoważące się, to zachowuje się ono tak, jakby nie działała na nie żadna siła.

13. Siła wypadkowa • Jeśli siły równoważą się, oznacza to, że wartości ich są sobie równe, mają ten sam kierunek działania ale przeciwne zwroty. Pod wpływem działania takich sił ciała będące w spoczynku nadal pozostaną w spoczynku, jeśli są w ruchu, nadal pozostaną w ruchu, nie zmieniając prędkości. • Jeśli na ciało będące w spoczynku zaczną działać dwie siły, które wzajemnie nie równoważą się, to rozpocznie się ruch ciała w stronę siły większej. Tak więc siłę, która zastępuje działanie dwóch lub większej ilości sił, których kierunki mogą się różnić lub być jednakowe, nazywamy siłą wypadkową.

14. SIŁA-WIELKOŚC WEKTOROWA Siła jest wielkością wektorową, tzn. można zapytać nie tylko jak jest duża, ale także-w którą stronę działa. Siłę możemy graficznie zilustrować za pomocą strzałki, która informuje: • W jakim punkcie siła została przyłożona • -W którą stronę działa • -Jaki ma zwrot

15. 2. Siła ciężkości • Siła ciężkości, pot. ciężar – siła z jaką Ziemia lub inne ciało niebieskie przyciąga dane ciało, w układzie odniesienia związanym z powierzchnią ciała niebieskiego. Ciężar jest wypadkową sił przyciągania grawitacyjnego i siły odśrodkowej wynikającej z ruchu obrotowego określonego ciała niebieskiego.

16. Przykład siły ciężkości • Na spadające jabłko działa siła do niego przyłożona. Źródłem tej siły jest Ziemia. Siłę, z jaką Ziemia przyciąga dane ciało, nazywamy siłą ciężkości albo ciężarem i zwykle oznaczamy F lub Q. Siła ciężkości ma kierunek pionowy, zwrot ku Ziemi, a punkt przyłożenia do jabłka. • Znając masę ciała, np. jabłka, można obliczyć jego ciężar ze wzoru: • Q = mg, • gdzie: • m - masa ciała, g - przyspieszenie ziemskie

17. 3. Siła grawitacyjna • Przyciąganie grawitacyjne każdego obiektu materialnego rozciąga się na całą przestrzeń. Wszystkie ciała nadają otaczającej ich przestrzeni pewną własność, cechującą się tym, że jeśli znajdzie się w tej przestrzeni dowolne inne ciało, to będzie na nie działać siła proporcjonalna do jego masy. Tę przestrzeń nazywamy polem grawitacyjnym. Ziemia, jak i każde inne ciało, skoro posiada masę, jest źródłem pola grawitacyjnego. • Siły grawitacyjne są siłami przyciągania. Działają wzdłuż prostej biegnącej z nieskończoności do środka masy, która jest źródłem tego pola.

18. Prawo powszechnego ciążenia • Oddziaływania grawitacyjne są powszechne i występują pomiędzy wszystkimi ciałami. Opisu tych oddziaływań jako pierwszy dokonał Newton, formułując prawo powszechnego ciążenia: • Każde dwa ciała przyciągają się siłami grawitacyjnymi. Siła grawitacji jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas tych ciał, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami:

19. cd. Prawo powszechnej grawitacji • Siły przyciągania mają ten sam kierunek i jednakową wartość, ale zwroty przeciwne.

20. 4. Zasady dynamiki newtona Pierwsza zasada dynamiki newtona • Jeżeli na ciało nie działają siły lub siły działające wzajemnie się równoważą, to ciało porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym lub pozostaje w spoczynku. • Przykłady:- samochód jadący szosą. Gdy wszystkie siły wzajemnie się równoważą, samochód porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

21. cd.przykłady • - żyrandol zawieszony na dwóch prętach pozostaje w spoczynku.

22. Druga zasada dynamiki newtona • Jeżeli na ciało działają siły, których wypadkowa nie równa się zero, to ciało porusza się ruchem zmiennym: przyspieszonym lub opóźnionym. Przyspieszenie ciała jest wprost pro­porcjonalne do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalne do masy ciała. • Z powyższego zapisu wynika, że kierunek i zwrot przyspieszenia są takie same jak kierunek i zwrot siły. Jeżeli wartość wypadkowej siły jest stała, to i przyspieszenie ciała jest stałe i ruch ciała jest jednostajnie zmienny. Wartość przyspieszenia obliczymy z ilorazu wartości siły wypadkowej działającej na ciało przez jego masę. • a = F/m

23. Trzecia zasada dynamiki newtona • Jeżeli ciało A działa na ciało B pewną siłą, to i ciało B działa na ciało A siłą o tej samej wartości i kierunku, ale o przeciwnym zwrocie. • Koła samochodu naciskają na podłoże (N12) i odkształcają je, siła nacisku (N21) działa na każde koło i zrównoważy siłę ciężkości tej części samochodu, która przypada na dane koło. Zatem odkształca się asfalt pod oponą, ale również i sama opona.

24. Przykład trzeciej zasady dynamiki Newtona • Siły nacisku pojawiają się również przy zderzeniach poruszających się względem siebie ciał. Są przyczyną zmian ich szybkości i kierunku ruchu.

25. 5. Siła dośrodkowa • Na każde ciało poruszające się ruchem jednostajnym po okręgu działa siła skierowana wzdłuż promienia okręgu i zwrócona do jego środka, zwana siłą dośrodkową.

26. cd. Siła dośrodkowa • Zgodnie z drugą zasadą dynamiki ciało poruszające się po okręgu ruchem jednostajnym, podlegając działaniu siły dośrodkowej (Fr), posiada przyspieszenie dośrodkowe ar. Indeks r oznacza, że przyspieszenie i siła dośrodkową skierowane są wzdłuż promienia. • Siła dośrodkowa, powodująca ciągłą zmianę kierunku ruchu:

27. 6. Siła sprężystości • Siła sprężystości- siła pojawiająca się w ciele przy jego odkształceniu. Dąży ona do przywrócenia ciału jego początkowych rozmiarów i kształtów.

28. 7. Siła elektrodynamiczna • Siła elektrodynamiczna (magnetyczna) - siła, z jaką działa pole magnetyczne na przewód elektryczny, w którym płynie prąd elektryczny.

29. cd. Siła elektrodynamiczna • Na umieszczony w polu magnetycznym o indukcji magnetycznej Bprostoliniowy przewodnik o długości l, przez który płynie prąd o natężeniu I, działa siła F, którą wektorowo określa wzór: • czyli jej wartość wynosi:

30. 8. Siły Oporu ośrodka • Tarcie występuje nie tylko w przypadku ciał stałych, ale także w cieczach i gazach (zwanych płynami). W tym ostatnim przypadku zwane jest oporem ośrodka. • Wartość siły oporu ośrodka zależy od kształtu i wielkości powierzchni poruszającego się ciała. Opór ośrodka zależy również od prędkości tego ciała. Im szybciej jedziesz na rowerze, tym czujesz większy opór powietrza; im szybciej idziesz zanurzony w wodzie, tym woda stawia większy opór. Działanie oporu ośrodka może spowodować spowolnienie ruchu ciała, wzrost temperatury powierzchni, ścieranie powierzchni.

31. Opór wody • Podobnie woda stawia opór dla ciał w niej się poruszających. Na kroplę oliwy w wodzie działa siła ciężkości tej kropli Q i siła oporu ośrodkaF. Kropla spada ruchem przyspieszonym, gdyż Q > F.

32. cd. Opór wody • W miarę spadania rośnie siła oporu, a maleje prędkość kropli, chociaż ruch jest jeszcze przyspieszony, ale przyspieszenie stale maleje. • W pewnym momencie następuje zrównanie siły ciężkości i siły oporu wodyF = Q. Dalej kropla porusza się ruchem jednostajnym.

33. Opór powietrza • Na ciało spadające na Ziemi działa siła ciężkości i siła oporu powietrza. Wiedzę o oporze, jakiego doznaje ciało poruszające się w powietrzu, wykorzystano do budowy spadochronów. Spadochroniarz, który wyskakuje z samolotu, początkowo przyspiesza. W miarę jak wzrasta jego prędkość, rośnie siła oporu powietrza, a przyspieszenie maleje. Od momentu, gdy siła ciężkości i siła oporu zrównająsię, skoczek opada z tzw. graniczną prędkością, której wartość wynosi około 240 do 300 zależnie od pozycji, w jakiej się znajduje (pionowej czy poziomej).

34. cd. Opór powietrza • Po otwarciu spadochronu szybkość spadania spadochroniarza znacznie maleje, gdyż duża powierzchnia i odpowiedni kształt spadochronu znacznie zwiększają siłę oporu powietrza. W pewnym momencie siła oporu jest wystarczająca, aby znów zrównoważyć siłę ciężkości, a spadochroniarz wówczas osiąga stałą prędkość graniczną już znacznie mniejszą.

35. Opór aerodynamiczny • Opór aerodynamiczny - składowa wektora siły aerodynamicznej równoległa do kierunku ruchu ciała względem płynu (w szczególności powietrza) i skierowana zawsze przeciwnie do kierunku ruchu ciała. • Siła aerodynamiczna powstaje podczas ruchu ciała w płynie; gdy ruch ciała ustaje, siła oporu zanika. Opór aerodynamiczny traktować można jako rodzaj siły biernej, przyłożonej do poruszającego się ciała.

36. 9. Siła nośna • Siła nośna – siła działająca na ciało poruszające się w płynie (gazie lub cieczy), prostopadła do kierunku ruchu. Najbardziej reprezentatywnym przykładem wykorzystania siły nośnej jest siła nośna skrzydła samolotu.

37. 10. Siła tarcia • Tarcie (pojęcie fizyczne) (opory ruchu) to całość zjawisk fizycznych towarzyszących przemieszczaniu się względem siebie dwóch ciał fizycznych (tarcie zewnętrzne) lub elementów tego samego ciała (tarcie wewnętrzne) i powodujących rozpraszanie energii podczas ruchu. • Tarcie nie występuje, jeśli klocek spoczywa i działają na niego tylko siły ciężkości Q i sprężystości Fs i siły te równoważą się, klocek jest w spoczynku.

38. cd. Siła tarcia • Wiemy, że przesuwanie (ze stałą prędkością) stołu, skrzyni czy szafy wymaga użycia niekiedy znacznej siły. Zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona oprócz siły, jaką działamy na ciało, musi jeszcze działać druga siła, która ją równoważy. Siła ta nosi nazwę siły tarcia. • Działa ona zawsze w kierunku przeciwnym do ruchu. Właśnie w wyniku działania siły tarcia samochód po wyłączeniu silnika zatrzymuje się po pewnym czasie, a przesunięcie ciężkiego przedmiotu wymaga sporego wysiłku.

39. Rozkład sił na równi pochyłej • Siła ciężkości G rozkłada się na dwie siły składowe: • - równoległą do powierzchni równi siłę zsuwającą równą sile ciężkości pomnożonej przez sinus kąta nachylenia F1, • - prostopadłą do powierzchni równi siłę nacisku, którą otrzymujemy mnożąc siłę ciężkości przez cosinus kąta nachylenia F2,

40. cd. Równia pochyła • Prócz tego mamy: • - siłę reakcji podłoża N, • - siłę tarcia T,

41. Tarcie pozytywne • - tarcie pomiędzy hamulcem, a kołem sprawia, że koło przestaje się obracać, • - piłkarze noszą buty na specjalnych metalowych korkach żeby nie śliskali się na mokrej murawie, • - powierzchnie opon samochodowych i nawierzchnie dróg wykonywane są z chropowatych materiałów.

42. Tarcie negatywne • - bywa przeszkodą przy przemieszczaniu ciężarów, • - tarcie jest też negatywne pomiędzy ruchomymi częściami maszyn i urządzeń, • - tarcie jest też negatywne podczas lotu rakiety w atmosferze.

43. 11. Siła parcia • Na powierzchnię ciał zanurzonych w płynach (cieczach, gazach) działa ze strony płynu siła nacisku zwana tutaj parciem. Parcie (podobnie jak inne formy siły nacisku) jest skierowane prostopadle do powierzchni.  • Jeżeli na danej głębokości w płynie panuje ciśnienie o wartości p, wtedy wartość siły parcia można obliczyć ze wzoru: • F parcia = p · S

44. cd. Siła parcia

45. 12. Siła wyporu • Siła wyporu – siła działająca na ciało zanurzone w płynie czyli w cieczy lub gazie w obecności ciążenia. Jest skierowana pionowo do góry – przeciwnie do ciężaru. Wartość siły wyporu jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało:

46. 13. Siła elektrostatyczna • Pole elektryczne – stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu elektrycznym na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna.

47. Prawo coulomba • Wartość siły wzajemnego oddziaływania (przyciągania lub odpychania) punktowych ciał naelektryzowanych jest wprost proporcjonalna do iloczynu ładunków, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi, co zapisujemy:

48. koniec • DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ