Биомеханика спорта
Контрольная работа - Туризм
Другие контрольные работы по предмету Туризм
амолет летит, так как на него действует сила тяги винта; санки скользя, так как на них действует усилие тянущего человека, и т. д.
При этом, однако, часто упускают из виду силы, направленные противоположно движению: сопротивление воздуха для летящего самолета, трение полозьев о лед для санок и т. д. Для равномерности и прямолинейности движения необходимо, чтобы намеренно созданные силы как раз уравновешивали силы сопротивления. Иногда говорят, что тело движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют никакие силы. Мы видим, что правильнее говорить: тело движется равномерно и прямолинейно, если равнодействующая всех сил, на него действующих, равна нулю. В предыдущих параграфах, говори о движении по инерции или о покое тел, мы рассматривали именно такие случаи; например, при качении шарика по стеклу сила тяжести уравновешивалась упругостью стекла, сила тяжести подвешенного тела уравновешивалась упругостью нити и т. д.
Причина того, что силы сопротивления часто ускользают от внимания обучающегося в противоположность бросающимся в глаза движущим силам, заключается в следующем. Чтобы создать силу тяги винта, на самолет нужно поставить мотор, расходовать на него бензин, масло; чтобы двигать санки, нужно тянуть за веревку, утомлять свои мускулы. В то же время силы сопротивления возникают, так сказать, бесплатно, благодаря лишь наличию движения. Для их возникновения при движении тела не нужно ни моторов, ни мускульных усилий: их источник либо в невидимом воздухе, либо в частицах льда, соприкасающихся с полозьями. Чтобы обратить на эти силы внимание, их нужно еще обнаружить, в то время как движущие силы - предмет нашей специальной заботы и затрат усилий и материалов.
До исследований Галилея считалось, что если на тело будет действовать одна сила, то оно будет двигаться равномерно в направлении этой силы; здесь, конечно, упускалась из виду сила трения. Действие силы, направленной вперед, действительно необходимо для равномерности движения, но именно для того, чтобы уравновешивать силу трения.
Тело движется без ускорения как в случае, когда на него не действуют никакие силы, так и в случае, когда действующие силы уравновешивают друг друга. Однако принято говорить, что тело движется по инерции только в том случае, если в направлении движения силы отсутствуют: силы, направленной вперед, нет, а силой трения или сопротивления среды можно пренебречь.
Для лучшего уяснения сказанного рассмотрим еще, как возникает равномерное прямолинейное движение из состояния покоя. Возьмем для примера электровоз, везущий поезд. В первый момент, когда мотор включен, но поезд еще не двинулся, сила тяги электровоза, действующая через сцепку на состав, уже велика и превосходит силу трения колес вагонов о рельсы. Поэтому поезд начинает двигаться вперед с ускорением. По мере увеличения скорости силы сопротивления (трение колес и сопротивление воздуха) растут, но, пока они остаются меньше силы тяги, скорость поезда продолжает расти. При дальнейшем увеличении скорости избыток тяги по сравнению с силами сопротивления будет делаться все меньше и меньше, и наконец эти силы сравняются друг с другом. Тогда исчезнет и ускорение: дальнейшее движение будет равномерным. Если увеличить тягу (увеличив ток, проходящий через мотор), то равновесие сил нарушится, и поезд снова получит ускорение вперед. Скорость снова начнет расти, пока возрастающее с увеличением скорости сопротивление не уравновесит новую, увеличенную силу тяги. Обратно, если уменьшить силу тяги, ослабляя ток, проходящий через мотор, то равновесие сил снова нарушится, поезд получит отрицательное ускорение (так как теперь сила сопротивления будет больше тяги электровоза) и будет замедлять свое движение. Но при этом будет уменьшаться и сила сопротивления, и, когда она сравняется с уменьшенной силой тяги, движение снова станет равномерным, но уже при меньшей скорости. Наконец, при выключении тока тяга исчезнет, и скорость поезда будет непрерывно убывать вследствие продолжающегося действия сил сопротивления, пока поезд не остановится.
Наблюдая ускорения, получаемые каким-либо телом под действием различных сил, мы заметим, что ускорения могут оказаться различными как по величине, так и по направлению. Значит, силы можно различать по величине и по направлению: сила есть векторная величина [4].
Для измерения величины силы необходимо, во-первых, выбрать эталон силы и, во-вторых, установить способ сравнения других сил с эталоном, т. е. самый способ измерения сил. За эталон можно выбрать, например, какую-либо упругую силу. Так как упругие силы зависят от величины деформации, за эталон можно принять силу, с которой какая-либо определенная пружина, определенным образом растянутая, действует на тело, прикрепленное к одному из ее концов.
Такой эталон в принципе можно осуществить, например, в виде цилиндрической пружины, снабженной указателем, позволяющим всякий раз устанавливать одно и то же растяжение пружины (рис. 3.2.). За направление силы примем направление оси пружины. Наш эталон определяет, таким образом, как величину, так и направление силы.
Рис. 3.2. Простейший эталон силы - действие пружины, растянутой до метки A
На практике, однако, такой эталон силы неудобен: упругие свойства пружины зависят от температуры, могут изменяться с течением времени и т. п. Поэтому стремятся выбрать эталон таким образом, чтобы изменчивость свойств пружины не могла сказываться