Публикация на тему Элементы статики

Элементы статики

Учитель физики Антощук Л.Г

Задания по этой теме направлены на проверку знания следующих элементов:

- определение плеча силы;

- определение момента силы;

- применение правила моментов к рычагам;

- давление твердых тел;

- закон Паскаля;

- гидростатическое давление столба жидкости;

- равновесие разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах;

- сила Архимеда, условия плавания тел;

- простые механизмы, КПД простых механизмов.

Большая часть материала этой темы изучается в основной школе (7 - 9 класс), эти разделы нужно обязательно повторить. В заданиях на нахождение момента силы нужно опустить перпендикуляр из точки вращения на линию действия силы. Необходимо помнить, что момент силы равен 0, если линия действия силы проходит через точку вращения. При применении правила моментов к рычагам нужно учитывать также знак момента.

Полезно вспомнить, что условия равновесия для тела: - равенство 0 суммы всех сил, действующих на тело, и равенство 0 алгебраической суммы моментов сил. (для материальной точки достаточно требовать только равенство 0 суммы всех сил, приложенных к материальной точке). ). Напомним, что моментом силы называют произведение вектора силы действующей на тело, на плечо силы. Плечо силы - расстояние от оси вращения (или опоры) до прямой вдоль которой действует сила. Момент сил, вращающий тело по часовой стрелки считается положительным, если силы, действующие, на тело вращают его против часовой стрелки; момент этих сил считается отрицательным. Центр масс - точка через которую должна проходить линия действия силы, чтобы под действием этой силы тело двигалось поступательно. Центр тяжести - точка приложения силы тяжести, действующей на тело. В однородном теле центр тяжести и центр масс совпадают.

Виды равновесия: Равновесие тела устойчивое, если при малом отклонении тела от положения равновесия, возникают силы стремящиеся возвратить тело в исходное положение.

Равновесие неустойчивое если при малом отклонении тела от положения равновесия возникают силы, стремящиеся увеличить это отклонение .Безразличное равновесие - когда тело остаётся в равновесии при малом отклонении. В положении устойчивого равновесия тело обладает минимальной потенциальной энергией, при выведении из этого положения потенциальная энергия увеличивается.

Особые затруднения вызывают задания на условия равновесия рычага, нахождение давления предмета на опоры.

Примеры решения задач.

1. К левому концу невесомого стержня прикреплен груз массой 3 кг (см. рисунок). Стержень расположили на опоре, отстоящей от груза на 0,2 длины. Груз какой массы надо подвесить к правому концу, чтобы стержень находился в равновесии?

1)

0,6 кг

2)

0,75 кг

3)

6 кг

4)

7,5 кг

.

3. К концам рычага приложены силы 8Н и 18Н. Длина рычага 13см, пренебрегая весом рычага, найти плечи сил.

Решение: 1.Обозначим ℓ₁ плечо меньшей силы, тогда ℓ₂ =13 - ℓ₁

2. Запишем условие равновесия рычага:

F₁ ℓ₁ = F₂ ℓ₂;

заменим ℓ_{2 ,} запишем теперь условие равновесия : F₁ ℓ₁ = F₂(13 - ℓ₁); ℓ₁ /(13 - ℓ₁) = F₂/ F₁; после преобразований получим:

8 ℓ₁ = 18 (13 - ℓ₁); ℓ₁ =9см; ℓ₂ = 4см.

4. Рельс длиной10м и весом 9кН, расположенный горизонтально, поднимают на двух параллельных тросах. Найти силу натяжения тросов, если один из них укреплён на конце рельса, а другой на расстоянии 1м от другого конца рельса.

Из условия задачи имеем: плечо первой силы отрезок АС - 5м, второй силы отрезок СВ - 4м.

Применим условия равновесия:

1. F₁ + F₂ = mg

2. F₁ АС = F₂ СВ, тогда F₁ = mg - F₂;

Найдём силы.

3. 5(mg - F₂) = 4 F₂ ,

4. тогда F₂ = 5 mg /9 = 5кН, F₁=4кН.

ПОПРОБУЙТЕ РЕШИТЬ ЗАДАЧИ САМОСТОЯТЕЛЬНО.

ЖЕЛАЮ УСПЕХА.

СПИСОК ПОДОБРАННЫХ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ СТАТИКА.

1. Балка длиной 10см и весом 10 000Н лежит своими концами на двух опорах. На расстоянии 2см от левого конца балки лежит груз весом 5000Н. Определить силы давления балки на опоры. (6кН, 9кН).

2. К концам рычага приложены силы 24 и 27Н. Длина рычага 17см.Найти плечи рычага. Весом рычага пренебречь. ( 8см, 9см)

3. Балка длиной 10см и весом 500Н лежит своими концами на двух опорах. На расстоянии 3см от правого конца балки лежит груз весом 300Н. Определить силы давления балки на опоры. (460Н, 340Н).

4. К концам балки длиной 8см приложены силы 15 и 5Н. Пренебрегая весом балки, определить, где надо подпереть балку, чтобы она находилась в равновесии.( 6см от точки приложения меньшей силы).

5. Двое рабочих несут шест длиной 4м и весом 100Н, опирающийся концами на их плечи. К шесту подвешен груз в 400Н на расстоянии 1м от одного из концов. Какую силу давления на плечо испытывает каждый рабочий? ( 150Н, 350Н).

6. Балка длиной 12см и весом 20Н подвешена своими концами на двух канатах. На расстоянии 2см от левого каната на балку действует сила 45Н. Определить силы натяжения канатов.(17,5Н и 47,5Н).

7. К стержню длиной100см Вес стержня 30Н. В какой точке нужно поместить опору, чтобы стержень находился в равновесии? (25см от правого конца).

8. К концам рычага приложены силы 12Н и 18Н. Длина рычага 5см. Найти плечи сил Весом рычага пренебречь.(3см, 2см).

9. К стержню длиной 2м и весом 40Н приложены вниз параллельные силы: у левого конца 100Н, у правого 20Н. В какой точке нужно поместить опору, чтобы стержень находился в равновесии? (50см от левого конца).

10. Рельс длиной10м и весом 9кН, расположенный горизонтально, поднимают на двух параллельных тросах. Найти силу натяжения тросов, если один из них укреплён на конце рельса, а другой на расстоянии 1м от другого конца рельса.(5кН, 4кН)

11. Найти силы упругости, действующие на балки ВС и АС (рис8). (62Н, 47,7Н)

12. Груз весом 100Н удерживается в равновесии на коленчатом рычаге силой F (рис 9). Найти F, если АО = 20см, ОВ = 50см.(40Н)

13. Определить силу натяжения нитей и силу давления одного шара на другой (рис 10), если массы шаров одинаковы и равны по174г. (2Н,1Н).

14. Брусок находится на наклонной плоскости с углом наклона 45⁰. Чтобы брусок был в покое, его прижимают к наклонной плоскости с силой 3,3 Н. Чему равна масса бруска, если коэффициент трения 0,3? (0,2кг)

15. Определить силы давления балки на опоры (рис 11), если АВ = 6м, ВD =1м.(3,5кН,1.5кН )

16. Определить силы упругости в стержне АС и подкосе, ВС, если вес груза 100Н, АС =150мм, ВС = 250мм (рис 12). ( 125Н, 75Н)

17. Брусок массой10 кг( рис 13) нужно опрокинуть через ребро О.Найти силу F, необходимую для этого, если ширина бруска 50см, а высота 75см.(33Н)

18. Два трактора тянут канавокопатель (рис 14). Натяжение каждого троса 18кН.Найти силу сопротивления грунта, если тракторы движутся равномерно. (31кН)

19. К пластинке, свободно вращающейся вокруг оси, проходящей через точку О, приложены 4 силы. В каком направлении будет вращаться пластинка? (рис 15)

20. Найти силы давления балки на опоры (рис16), если АВ = 8м, АD = 2м, ВЕ = 2м.( 5.3кН.4,3кН).

21. Баржа удерживается двумя канатами. С какой силой ветер действует на баржу, если каждый канат натянулся с силой 8кН, а α = 60⁰ ( рис 17). (13.9кН).

22. Определить Т₁ и m₂ ( рис18 ),если α = 30⁰ , m₁ =2,5кг.(14,4Н, 2,9 кг)

23. Находится ли рычаг в равновесии? Вес рычага не учитывать, α = 30⁰ (рис 19 ).

24. Найти силы, действующие на трос ВС и стержень АС, если АС = 2м, ВС =2,5м, вес груза p = 1200Н ( рис 20). (2кН, 1,6кН). Антенна действует на верхний конец мачты в горизонтальном направлении с силой 500Н (рис 21). Мачта укреплена оттяжкой АВ длиной 17м. Определите силы, действующие на мачту и оттяжку, если высота мачты ВС = 15м. (1060Н, 940Н).

25. В ящике, длина которого 60см, лежит шар весом 30Н. С какой силой шар будет давить на дно и стенку ящика, если края ящика приподнять на 20см ( рис 22). (10Н, 28,5Н).

26. Лестница массой 8кг прислонена к гладкой вертикальной стене под углом α =17⁰. Человек тянет лестницу в горизонтальном направлении с силой F, приложенной к её середине. Какой минимальной величины должна быть эта сила, чтобы человек смог оторвать верхний конец от стены? Нижний конец из-за трения не скользит (рис 23). (25Н).

27. Шар висит на нити, опираясь на стенку. При каком минимальном µ между шаром и стеной точки О и А будут находиться на одной вертикали ( рис 24). (1).

28. Две одинаковые дощечки, поставленные на стол, опираются друг на друга. Угол между вертикалью и каждой дощечкой α. Каким должен быть µ между нижними краями дощечек и поверхности стола, чтобы дощечки не падали (рис 25)?

29. Однородный стержень, укрепленный шарнирно за верхний конец, находится в равновесии, когда половина стержня погружена в керосин. Какова плотность материала стержня, если плотность керосина 800кг/м³ (рис 26).

30. Нижний конец стержня АВ весом 80Н укреплён шарнирно. К верхнему концу А привязана верёвка АС, удерживающая стержень в равновесии. Найти натяжение, если углы АСВ и СВА равны α =20⁰ ( рис27).

31. Определите вес стержня АВ ( рис 28), если F₁= 2Н, F₂ = 3Н, F₃ = 4Н, ОВ = ОС =30см, АВ = 120см.

32. Фонарь массой 4кг подвешен над улицей на двух одинаковых тросах, угол между которыми равен 160⁰. Найти силу натяжения тросов.

Список используемой литературы:

-ЕГЭ 2009. Физика. Федеральный банк экзаменационных материалов./

Авторы составители : М.Ю. Демидова, И. И. Нурминский. - М. :Эксмо

-ЕГЭ 2006. Физика. Типовые текстовые задания/ М.Н. Ханнанов, Т.А. Ханнанова. - М.: Издательство «Экзамен»,2006

-Ю. С. Куперштейн. Физика. Опорные конспекты и дифференцированные задачи. 10 класс. СПб.: Изд. Дом «Сентябрь», 2006.

- Физика: Учебное пособие для 10кл. шк. И классов с углубленным изучением физики/ Ю. И. Дик, О. Ф. Кабардин, В.А. Орлов и др;. под редакцией А.А. Пинского. - М.: Просвещение, 1993.