Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Сила — мера взаимодействия. Энергия

• Первоначальный  смысл  слова  «сила»  и  образованных от  него  поня­тий  «силач»,  «сильный»  был  связан с возможностями человека,  с его мускульными усилиями. Согласно древнегреческому мифу, герой  Тесей для доказательства  своей  силы  должен был  сдвинуть громадную  ка­менную глыбу и  достать из-под нее  отцовский меч. А  какое  содержа­ние вкладывают физики  в  понятие  «сила»?

1. Вспоминаем понятие «сила»

Понятие  «сила»  неразрывно  связано  со взаимодействием физических тел.  Чтобы  сдвинуть  каменную  глыбу,  Тесею  пришлось  взаимодействовать с  ней.  Наши  руки  взаимодействуют  со  стулом,  который  необходимо  пере­двинуть.  В момент прыжка наши ноги взаимодействуют  с землей.

Рис. 1.43. Тесей пытался достать меч своего отца из-под скалы разными способами. Для каждого из них на схеме обозначены направление и точка приложения силы

Обратите  внимание  на  то,  что  в  каждом  из  приведенных  примеров  ре­зультат будет различным в зависимости от того, насколько сильным было то или иное  взаимодействие. Так,  семикласснику ничего не стоит передвинуть стул,  а для малыша-дошкольника эта задача может оказаться непосильной. Подъемный  кран  играючи  поднял  бы  глыбу,  которую  Тесей  едва  сдвинул с места.  Чем  выше  вы  стремитесь  прыгнуть,  тем  сильнее  надо  оттолкнуть­ся. Из этих примеров становится очевидным, что взаимодействие тел следу­ет определить количественно.

Физическая  величина, с помощью которой  количественно определяют взаимодействие  тел,  называется  силой.

Иными  словами,  сила —  это  количественная  мера  взаимодействия  тел. Силу обозначают  символом F. Единицей  силы  в СИ является ньютон  (1 Н).

Чтобы охарактеризовать силу, необходимо указать не только численное значение  этой  силы,  но  также  направление силы  и  точку  ее  приложения. Одна и  та же  по  значению  сила  может  привести  к  совершенно  разным  ре­зультатам в  зависимости от направления  ее действия  (рис.  1.43).  Каким бы ни был  силачом легендарный Тесей,  он не  смог бы  сдвинуть  глыбу  с  места, если  бы давил  на нее  сверху  вниз.  Вероятно,  ему  не  хватило  бы  сил  и  для того,  чтобы  поднять  камень  (направление  силы  снизу  вверх).  Ho  той  же силы,  приложенной  в  горизонтальном  направлении,  оказалось  достаточно, чтобы извлечь из  тайника отцовский меч.

2. Выясняем, что означают понятия «работа» и «энергия» для физиков

Тесно  связана  с  силой  еще  одна  физическая величина,  которая  на­зывается работой.  В широком  значении  понятие  «работа»  включает  многие виды  человеческой  деятельности,  например  расчеты  на  компьютере,  кото­рые практически не  требуют мышечных усилий. В  естествознании же  по­нятие  «работа»  употребляют  в том  случае,  когда  происходит  перемеще­ние тела под действием силы. Кран на стройке совершает работу, поднимая кирпичи, причем чем больший груз требуется поднять,  тем большую работу совершает кран.

Рис. 1.44.  Шарик, упав в воду, разбрызгал ее. В таких случаях говорят, что шарик совершил работу

Работа также возрастает с уве­личением  расстояния,  на  которое  перемещают тело. Попробуйте переместить  стул по  комнате сначала  один  раз,  потом  десять,  а  затем  раз пятьдесят или  сто,  и  вы  немедленно  убедитесь в правильности  этого  вывода.

Здесь  вам  предстоит  познакомиться  с  еще одной  очень  важной  физической  величиной, которая носит название  «энергия». Общее опре­деление этой физической величины звучит сле­дующим  образом:  энергия —  это  общая  коли­чественная мера  движения  и  взаимодействия различных видов материи.

В отношении физических тел мы с вами бу­дем пользоваться  такой формулировкой:

Физическая  величина,  характеризующая  спо­собность  тела  совершать  работу,  называется энергией тела.

Обычно  энергию  обозначают  символом  W и измеряют в джоулях  (1 Дж).

Способность  тел  совершать  работу  можно продемонстрировать  на  следующем  примере. Поместим  маленький  шарик  на  край  стола, а  на  полу  под  ним  поставим  небольшую  ем­кость  с  водой  (рис.  1.44). 

Рис. 1.44. На гидроэлектростан­циях падающая вода (механиче­ская энергия) вращает турбины, которые вырабатывают электри­ческую энергию

Если  столкнуть  ша­рик  с  края  стола,  то  он  полетит  вниз,  упадет в  воду  и  разбрызгает часть жидкости.  Появле­ние  брызг  означает,  что шарик  совершил опре­деленную  работу.  Если  же  шарик  не  трогать, он  останется  неподвижно  лежать на  столе.  Та­ким  образом,  энергия  шарика  может  быть  ре­ализована  путем  совершения  работы  при  его падении или  сохранится  «до лучших  времен».

3. Узнаем о превращении одних видов энергии в другие

Вы,  безусловно,  знакомы  с  понятиями «тепловая энергия»* и  «электрическая энергия». Ho,  оказывается,  существуют еще и  «механическая энергия»,  «химическая энергия»,  «энергия света»  и  другие  формы  энергии. 

_{В этом разделе мы употребили понятие «тепловая энер­гия»  вместо  обычно  используемого физиками  «внутренняя энергия». Это сделано осознанно, чтобы подчер­кнуть связь внутренней энергии с температурой.}

Рис. 1.46. Некоторые примеры преобразования энергии в промышленности и бытовых приборах

Различные  формы  энергии  могут  превра­щаться  одна  в  другую  (рис.  1.44).  Так,  механическая  энергия  падающего шарика превратилась в механическую  энергию разлетающихся  брызг  воды. Однако  точные  измерения  температуры  установят,  что  вода  в  емкости  при падении в нее шарика немного нагрелась. Значит, механическая энергия ша­рика  частично  превратилась  в  механическую  энергию  брызг,  а частично — в тепловую энергию воды.

Превращения  энергии  вы  осуществляете  ежедневно,  часто  даже  не  по­дозревая об этом  (рис.  1.46).  Так,  при  включении  магнитофона  часть  элек­трической  энергии  преобразуется  в  звуковую  энергию.  Включая  лампочку, мы даем возможность электрической энергии превратиться в световую и теп­ловую.  В  этом  случае  преобразование  в  световую  энергию  очевидно,  а  для проверки  того,  что  электрическая  энергия  превратилась  в  тепловую,  доста­точно приблизить ладонь к лампочке —  и  вы сразу же почувствуете  тепло.

Превращение  электрической  энергии  в  тепловую  в лампочке —  «побоч­ный»  и даже вредный эффект. Однако нередко электрическую энергию пре­образуют в тепловую целенаправленно,  создавая для  этого  специальные устройства.  Это  всем известный  электрический  чайник,  утюг,  электрокамин, нагревательный  элемент автоматической стиральной машины и другие  бы­товые устройства. Превращение  электрической  энергии  в  тепловую исполь­зуется и в промышленности — например,  для плавки металлов.

Чтобы  у  вас  не  возникло  ошибочное  впечатление,  что  только  электри­ческая энергия может превращаться в другие формы энергии,  укажем и на противоположные  процессы.  Например,  на  гидроэлектростанциях  механическая энергия падающей  воды превращается в  электрическую  (рис.  1.45).

• Подводим итоги
  

Сила —  это количественная мера взаимодействия  тел.  Сила характе­ризуется  численным  значением,  направлением,  точкой  приложения.  Сим­вол силы — F.

Физическая  величина,  характеризующая  способность  тела  совершать работу,  называется  энергией  тела  (W).

Существует  много форм  энергии —  механическая,  тепловая,  химическая, звуковая,  электрическая и ряд других. В ходе различных физических процес­сов  и  взаимодействий энергия может из одной формы превращаться  в   другие.

• Контрольные вопросы

1. Что  называют  силой? 

2.  Что  мы  должны  знать  о  силе,  кроме ее  численного  значения? 

3.  Когда  мы  используем  слово  «работа» в  быту? А в физике? 

4.  Что такое  энергия? 

5.  Приведите примеры различных форм  энергии.

• Упражнения

1. Мы  часто  используем  словосочетания  «на  тело  действует  сила  тя­жести»  или  «движению  автомобиля  мешает  сила  сопротивления воздуха»,  хотя,  с  точки  зрения  физики,  правильнее  было  бы  ска­зать:  «на тело действует Земля,  ее  действие характеризуется  силой тяжести»  и  «движению  автомобиля мешает  воздух,  действие  кото­рого  характеризуется  силой  сопротивления  воздуха».  Попробуйте привести аналогичные примеры.

2. Подберите  пословицы  и  поговорки,  в  которых  встречаются  слова «сила»,  «энергия»,  «работа».  Бытовой  или физический  смысл  зало­жен в  этих понятиях?

3. Какие  превращения  энергии происходят во время работы вентиля­тора?

• Физика и техника в Украине

Производственное объединение  «Южмаш» и конс­трукторское бюро  «Южное»

В  начале  50-х  годов  прошлого  столетия  крупный  авто­мобильный  завод в Днепропетровске был  переоборудован в завод по производству космических ракет и создано конс­трукторское бюро  (КБ) для  их разработки. С этого времени КБ  «Южное»  и  завод  «Южмаш»  определяют  мировой  уро­вень  многих  направлений  и  достижений  в  ракетно-косми­ческой науке и технике. Конструкторами КБ «Южное» разра­ботано 67  типов  космических  аппаратов  и  12  космических комплексов.  В  последнее  время  КБ  «Южное»  и  «Южмаш» создали  самый  совершенный  в  мировой  ракетно-космическои  технике  по  конструктивному исполнению и автоматизацией подготовки к пуску комплекс «Зенит». А всего в сотрудничестве с «Южмашем» было изготовлено и выведено на орбиту более 400 космических аппаратов.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.