Урок 18. Динамометр. Равнодействующая сил

Физика, 7 класс · Взаимодействие тел · ~45 минут

🎯 Что ты узнаешь

Как устроен прибор, которым измеряют силу — динамометр
Почему пружинка способна «показывать» ньютоны
Что происходит, когда на тело действуют сразу две силы
Как найти равнодействующую: когда складывать, а когда вычитать
Сам отградуируешь пружину в лабораторной работе

📖 Разбираемся в теме

В прошлых уроках мы считали силы по формулам. Но как силу измерить по-настоящему, как длину линейкой? Для этого есть специальный прибор. И в основе его лежит закон, который ты уже знаешь, — закон Гука.

Динамометр — измеритель силы

«Динамис» по-гречески — «сила», «метрео» — «измеряю». Динамометр буквально «силомер».

Самый простой динамометр — пружина со стрелкой и шкалой. Принцип такой: по закону Гука сила упругости пропорциональна удлинению (F = k·x). Значит, чем сильнее тянешь — тем больше растягивается пружина. Остаётся нанести на шкалу деления в ньютонах — и можно мерить силу прямо по растяжению.

📌 Запомни: Динамометр — прибор для измерения силы. Его работа основана на законе Гука: удлинение пружины пропорционально приложенной силе.

Рис. 1. Устройство пружинного динамометра: корпус, пружина, стрелка-указатель, шкала в ньютонах и крючок для груза.

Чтобы динамометр показывал правильно, его нужно отградуировать — нанести деления. Для этого подвешивают известные грузы и отмечают, где останавливается стрелка. Этим ты и займёшься в лабораторной.

💡 Интересно: Динамометры бывают не только пружинные. Есть электронные, есть гигантские — для измерения силы тяги тепловозов или ракетных двигателей (там счёт идёт на миллионы ньютонов!).

Когда сил несколько

В жизни на тело почти всегда действует не одна сила, а сразу несколько. На санки давит сила тяжести, тянет верёвка, тормозит трение... Как с этим разобраться?

Хитрость: несколько сил всегда можно заменить одной силой, которая действует так же, как все вместе. Эта замещающая сила называется равнодействующей.

📌 Запомни: Равнодействующая — это одна сила, которая производит на тело такое же действие, как все приложенные силы вместе.

В 7 классе мы разбираем простой, но важный случай: силы направлены вдоль одной прямой.

Силы в одну сторону — складываем

Два человека толкают машину сзади, оба вперёд. Их усилия складываются.

⚡ Формула: Если силы направлены в одну сторону: R = F₁ + F₂ R — равнодействующая (Н), направлена туда же.

Например, 200 Н + 300 Н = 500 Н вперёд.

Рис. 2. Силы направлены в одну сторону: равнодействующая равна их сумме.

Силы в разные стороны — вычитаем

Перетягивание каната. Одна команда тянет влево с силой 400 Н, другая вправо с силой 300 Н. Кто победит? Тот, кто сильнее. А «лишняя» сила, которая реально двигает канат, равна разности.

⚡ Формула: Если силы направлены в разные стороны: R = F₁ − F₂ (из большей вычитаем меньшую) Равнодействующая направлена в сторону большей силы.

400 Н − 300 Н = 100 Н в сторону первой команды.

А если силы равны (400 Н и 400 Н)? Тогда R = 0, канат стоит на месте — силы уравновешивают друг друга.

Рис. 3. Силы направлены в разные стороны: равнодействующая равна разности и смотрит в сторону большей силы.

⚠️ Частая ошибка: Всегда складывать силы. Сначала смотри на НАПРАВЛЕНИЕ! В одну сторону — плюс, в разные — минус.

🤔 А знаешь ли ты? Когда ты спокойно стоишь, на тебя действуют сразу две силы: вниз — сила тяжести, вверх — сила упругости пола (реакция опоры). Они равны и противоположны, равнодействующая равна нулю — поэтому ты и не двигаешься.

⏱ Прикинь сам: На ящик действуют сила тяги 50 Н вправо и сила трения 20 Н влево. Куда и с какой равнодействующей он поедет?

✍️ Разбор задач

Пример 1. На тележку действуют две силы в одну сторону: 12 Н и 18 Н. Найди равнодействующую.

Дано: F₁ = 12 Н F₂ = 18 Н (в ту же сторону)

Найти: R

Решение: Силы сонаправлены, значит складываем: R = F₁ + F₂ = 12 + 18 = 30 Н, направлена туда же.

Ответ: R = 30 Н.

Пример 2. На лодку действует сила мотора 250 Н вперёд и сила сопротивления воды 90 Н назад. Найди равнодействующую и её направление.

Дано: F₁ = 250 Н (вперёд) F₂ = 90 Н (назад)

Найти: R

Решение: Силы направлены противоположно — вычитаем из большей меньшую: R = F₁ − F₂ = 250 − 90 = 160 Н, направлена вперёд (в сторону большей силы).

Ответ: R = 160 Н вперёд.

Пример 3. Груз весом 30 Н висит на динамометре неподвижно. Что показывает динамометр? Какие силы действуют на груз и чему равна их равнодействующая?

Решение: На груз действуют: вниз — сила тяжести 30 Н, вверх — сила упругости пружины динамометра. Груз покоится, значит силы уравновешены: сила упругости тоже 30 Н. Динамометр показывает 30 Н. Равнодействующая: R = 30 − 30 = 0.

Ответ: динамометр показывает 30 Н; равнодействующая равна нулю.

Пример 4. Два мальчика толкают санки навстречу друг другу: один с силой 80 Н, другой с силой 80 Н. Что будет с санками?

Решение: Силы равны по величине и противоположны по направлению. R = 80 − 80 = 0. Силы уравновешивают друг друга — санки остаются на месте.

Ответ: R = 0, санки не сдвинутся.

💡 Запомни главное

⚡ Силы в одну сторону: R = F₁ + F₂ ⚡ Силы в разные стороны: R = F₁ − F₂ (направлена к большей силе) R — равнодействующая (Н), F₁, F₂ — силы (Н)

Динамометр измеряет силу; работает по закону Гука.
Равнодействующая заменяет все силы одной.
Если силы равны и противоположны — R = 0, они уравновешены.

🔬 Лабораторная работа: «Градуировка пружины и измерение сил динамометром»

Цель: научиться градуировать пружину и измерять силы готовым динамометром.

Оборудование: спиральная пружина со стрелкой на штативе, набор грузов по 100 г (вес каждого ≈ 1 Н), линейка, полоска бумаги для шкалы, готовый динамометр, небольшой предмет для измерения (например, брусок).

Ход работы:

Закрепи пружину на штативе. Рядом приклей полоску бумаги. Отметь начальное положение стрелки — это «0 Н».
Подвесь один груз (100 г, вес ≈ 1 Н). Стрелка опустится — отметь на бумаге деление и подпиши «1 Н».
Добавляй грузы по одному. После каждого ставь отметку: «2 Н», «3 Н», «4 Н». Проверь, что деления получаются примерно одинаковыми по расстоянию (это подтверждает закон Гука!).
Запиши результаты в таблицу:

Число грузов	Сила F, Н	Положение стрелки (отметка)
1	1
2	2
3	3
4	4

Сними грузы. Теперь у тебя самодельный динамометр со шкалой.
Готовым динамометром измерь вес бруска и силу, нужную, чтобы тянуть его по столу. Запиши значения.
Вывод: напиши, подтвердился ли закон Гука (равны ли деления шкалы), и какие силы ты измерил.

📝 Домашнее задание

Что такое динамометр и на каком законе основана его работа?
Зачем динамометр нужно градуировать? Как это делают?
В каком случае равнодействующую находят сложением, а в каком — вычитанием?
На тело действуют силы 25 Н и 40 Н в одну сторону. Найди равнодействующую.
На тело действуют силы 60 Н вправо и 35 Н влево. Найди равнодействующую и направление.
Чему равна равнодействующая двух равных противоположных сил по 15 Н?
Груз весом 8 Н неподвижно висит на динамометре. Что покажет динамометр и почему?
На ящик действует сила тяги 120 Н вперёд и сила трения 45 Н назад. Найди равнодействующую и направление движения.
⭐ Лошадь тянет повозку вперёд с силой 500 Н. Повозка движется равномерно (с постоянной скоростью). Чему равна сила сопротивления (трения)? Чему равна равнодействующая всех сил? Объясни.