Мальчик отбивает ракеткой теннисный мячик, который после удара падает на землю. Описать преобразования энергии мячика от попадания на ракетку до падения на землю

Что надо знать о силе

Сила - векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом 

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

 

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.



Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

 

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.



Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы "говорит" реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, "сопротивляются".

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как 

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.



Так как тело представляем

Масса стального шара:

     m₁ = ρ₁V₁,  где ρ₁ = 7800 кг/м³ - плотность стали

                              V₁ - объем стали, пошедший на изготовление шара

Масса пробкового шара:

     m₂ = ρ₂V₂,  где ρ₁ = 240 кг/м³ - плотность пробки

                               V₁ - объем пробки, пошедший на изготовление шара

Так как, по условию, m₁ = m₂, то:

             ρ₁V₁ = ρ₂V₂   =>   V₂/V₁ = ρ₁/ρ₂ = 7800 : 240 = 32,5

Таким образом, учитывая, что размеры шаров одинаковые, можно утверждать, что объем стали в стальном шаре, по отношению к объему пробки в пробковом, меньше в 32,5 раза.

Оставшийся объем в стальном шаре, очевидно, занимает воздух.

Можно оценить размеры полости в стальном шаре.

Так как сталь занимает 1 часть объема шара (V₂), а весь шар составляют 32,5 части, то на полость внутри шара приходится:

            Vₙ = 32,5V₂ - V₂ = 31,5V₂  

В процентном отношении:

             Vₙ = 100 : 32,5 · 31,5 ≈ 97% - занимает полость

              V₂ = V - Vₙ = 100 - 97 = 3% - занимает сталь