Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №9 "Элементы статики. Простые механизмы"

Подготовка к ЗНО. Физика.
Конспект 9. Элементы статики. Простые механизмы.

Тема: Статика

1. Условия равновесия

Определение. Статика – раздел механики, изучающий условия равновесия тел.
Условия равновесия тел:
1) Первое условие равновесия – тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если равнодействующая всех приложенных к телу сил равна нулю. Это условие применимо для заданий, в которых тело можно рассматривать в качестве материальной точки или для записи условия равновесия центра масс тела.
 – первое условие равновесия
Замечание. По сути первое условие равновесия является частным случаем второго закона Ньютона, когда ускорение равно нулю. Поэтому при решении задач с использованием этого условия вполне корректно не учитывать точки приложения сил и все действующие на тело силы изображать приложенными к центру масс тела (центру тяжести).
Замечание. В задачах школьной программы по физике центр масс практически всегда совпадает c центром тяжести тела, т.е. эти понятия являются эквивалентными.
Определение. Центр тяжести тела – это точка приложения силы тяжести к этому телу.

2) Второе условие равновесия (правило моментов) – тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии (не вращается или вращается с постоянной угловой скоростью), если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси вращения равна нулю. Это условие, как правило, применяют для описания равновесия рычагов (см. определение далее).

 – второе условие равновесия
 – момент силы, Н∙м
Определение. Плечо силы () – наименьшее расстояние (длина перпендикуляра) от оси вращения до линии действия силы.
М>0 – сила вращает тело в одном выбранном направлении, например, против часовой стрелки;
М<0 – сила вращает тело в другом выбранном направлении, например, по часовой стрелке.

Замечание. Если линия действия силы проходит через ось вращения, то d=0 и М=0, такая сила не вращает тело.
Замечание. Чем дальше находится сила от оси вращения, тем больше ее вращающее действие на тело.
«Золотое» правило механики – невозможно выиграть в силе, не проиграв в перемещении (скорости).

Три вида равновесия тел:
1) Устойчивое равновесие – состояние, при котором тело после выведения из положения равновесия возвращается в исходное положение (возникает равнодействующая возвращающаяся сила).
2) Неустойчивое равновесие – состояние, при котором тело после выведения из положения равновесия стремится удалиться от исходного положения (возникает равнодействующая удаляющая сила).
3) Безразличное равновесие – состояние, при котором тело после выведения из положения равновесия оказывается в новом положении равновесия (не возникают силы, приводящие в движение).

Простые механизмы (самые часто встречающиеся):
1) Рычаг – твердое тело, закрепленное на неподвижной оси вращения. Как правило, применяется для получения выигрыша в силе для смещения тела, но при этом есть проигрыш в перемещении.
Замечание. Если у однородного рычага есть масса, необходимо учитывать силу тяжести, которая на него действует, прикладывают ее к середине рычага.
2) Блок – колесо с желобом, по которому протянут трос.
Виды блоков:
а) Неподвижный блок предназначен для изменения направления действия силы, не дает выигрыша в силе.
б) Подвижный блок дает выигрыш в силе и не меняет направление действия силы, идеальный блок (без массы и трения в осях) дает выигрыш в силе в 2 раза, но проигрыш в перемещении в 2 раза.

3) Наклонная плоскость – поверхность, расположенная под определенным углом к горизонту. Используется для выигрыша в силе при вытаскивании тела наверх, но при этом есть проигрыш в его перемещении.

2. Нахождение центра масс тела и системы тел

1) Центр масс однородных тел правильной формы, совпадает с геометрическим центром. Например, центр масс круга – его центр, квадрата – точка пересечения диагоналей.
2) Центр масс однородного плоского треугольника находится в точке пересечения его медиан, которая делит каждую из них в отношении 2:1, считая от вершин.
3) Центр масс системы из двух материальных точек находится в точке пересечения оси вращения рычага, с рычагом, построенным на этих телах.
4) Для нахождения центра масс сложных тел само тело сначала разбивают на отдельные более простые части и находят их центры масс, а затем попарно определяется общий центр масс.

Онлайн-тест подготовки к ЗНО по физике №12 "Элементы статики. Простые механизмы"