Инерция - свойство материальных тел, находящее отражение в первом и втором законах механики. Когда внешние силы, действующие на тело, уравновешены, инерция проявляется в том, что тело сорханяет неизменным состояние движения (или покоя) по отношению к инерциальным системам отсчета. Если же на тело действует неуравновешенная система сил, то свойство инерции сказывается в том, что изменение состояния движения происходит не мгновенно, а постепенно. При этом движение изменяется тем медленнее, чем больше инерция тела. Мерой инерции тела является его масса.
Для демонстрации инерции гири используется штатив, прикрепленный струбциной к столу. К горизонтальному стержню, укрепленному на штативе, с помощью шнура подвешена гиря массой 5 кг. В нижней части гири закреплен крючок. К этому крючку привязан второй шнур та7
.
кого же сечения. Прочность на разрыв шнура должна быть такой, чтобы он выдерживал силу тяжести гири, но обрывался при небольшом увеличении нагрузки.
Сила натяжения шнура зависит от его растяжения. Чем больше растяжение шнура 7 D 1l 0, тем больше сила натяжения 1T 0. При некотором критическом растяжении 7D 1l 4(kp) 0 сила натяжения достигает критического значения 1T 4(кр) 0 и при дальнейшем увеличении растяжения шнур обрывается.
В статическом случае (очень медленное увеличение силы, приложенной к нижнему концу нижней нити) условие равновесия можно записать следующим образом:
1T 4(в) = 1 mg 0 + 1 T 4 (н) 0, где 1 Т 4(в) 1 0- натяжение верхней нити; 1Т 4(н) 0 - натяжение нижней нити.
Так как 1 Т 4(в) 0 > 1 Т 4(н) 0, то натяжение верхней нити достигнет критического значения раньше, чем нижней. Поэтому верхняя нить оборвется и гиря упадет на стол.
Если резко дернуть за нижний шнур, то растяжение этого шнура будет увеличиваться очень быстро, и натяжение 1 Т 4(н) 0 будет возрастать также очень быстро. Растяжение 7 D 1l 0 верхнего шнура равно смещению гири. Однако в силу инерции смещение гири происходит постепенно, значительно медленнее, чем растяжение нижней нити. Поэтому натяжение верхнего шнура увеличивается со временем значительно медленнее, чем нижнего.
Примерная зависимость силы натяжения шнуров от времени показана на рисунке.
Здесь t 4(0) 0 - время начала растяжения нижнего шнура.
8
.
Из рисунка видно, что натяжение нижнего шнура достигает критического значения раньше, чем верхнего, откуда следует, что оборваться должен нижний шнур.
Для того чтобы смягчить удар гири о подставку штатива, под гирей следует положить мешочек с песком.
21.3. Выдергивание скатерти
Для того чтобы при ускореном движении скатерти тело массой 1 m
двигалось вместе со скатертью, надо чтобы оно двигалось с тем же ускорением 1 a 0. Движущей силой для рассматриваемого тела является сила трения, действующая со стороны скатерти. Эта сила не может быть больше, чем 7m 0mg ( 7m 0 коэффициент трения). Следовательно, максимальное ускорение, с которым может двигаться тело
1a 4max 0 = 7 m 1g 0.
Если ускорение скатерити меньше 1a 4may 0, то тело движется вместе со скатертью. Если ускорение скатерти больше 1a 4max 0, то скатерть движется быстрее, чем тело.
При больших ускорениях 1a 0 (резком выдергивании скатерти) время
7D 1t 0 выдергивания мало. За это время тело относительно стола успеет сместиться незначительно.
Как видно из формулы, 1a 4max 0 не зависит от массы тела, поэтому зависимость инерции от массы тела в этом опыте не обнаруживается.
21.4. Движение центра масс
Демонстрационная установка представляет собой тележку, на которой укреплен штатив с подвешенным на нем с помощью нити шариком.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.