Siły równoważące się — kurs Fizyka SP: Oddziaływania i siły
Moduł 06 kursu Oddziaływania i siły: równowaga sił, wypadkowa równa zero, I zasada dynamiki oraz różnica między siłami równoważącymi a akcją i reakcją.
9 min3.1. Kiedy siły się równoważą?1. Ten sam kierunek: obie siły działają wzdłuż dokładnie tej samej prostej (np. obie…
15 min3.2. Warunek równowagi i I zasada dynamikiW poziomie przez ułamek sekundy nie działała na monetę prawie żadna siła, więc zgodnie z…
15 min3.3. Symulatory: przeciąganie liny i równowaga siłRówne siły: wypadkowa 0 N, lina i znacznik pozostają w spoczynku — to stan równowagi.
5 minPodsumowaniebilet wyjściowy i zadanie domowe
Atom 1 z 3 · ~9 min
3.1. Kiedy siły się równoważą?
Przez stulecia wydawało się oczywiste, że podtrzymanie ruchu wymaga stałej siły: gdy przestajemy pedałować, rower zwalnia i staje. Dopiero Galileusz i Newton pokazali, że to złudzenie — rower zatrzymują tarcie i opór powietrza , a nie…
1. Ten sam kierunek: obie siły działają wzdłuż dokładnie tej samej prostej (np. obie pionowo lub obie poziomo).
2. Jednakowe wartości: wartość pierwszej siły jest równa wartości drugiej ( F₁ = F₂ ).
3. Przeciwne zwroty: jedna siła działa w jedną stronę, a druga w stronę dokładnie przeciwną (np. w górę i w dół).
4. Wspólny punkt przyłożenia: obie siły są przyłożone do TEGO SAMEGO CIAŁA !
Sprawdzenie · atom 1 · ~3 min
Pytanie do klasy
Który zestaw warunków muszą spełnić dwie siły działające na jedno ciało, aby całkowicie się zrównoważyć?
Poprawna: a) Równowaga wymaga działania wzdłuż jednej prostej, równych wartości, przeciwnych zwrotów oraz wspólnego punktu przyłożenia — obie siły muszą działać na to samo ciało.
Cały quiz: 3 pytania
Atom 2 z 3 · ~15 min
3.2. Warunek równowagi i I zasada dynamiki
Moneta, kartka i szklanka: połóż kartę do gry na szklance z wodą, a na jej środku monetę. Szybkim pstryknięciem uderz w krawędź karty w poziomie. Karta odleci w bok, a moneta wpadnie pionowo do szklanki .
W poziomie przez ułamek sekundy nie działała na monetę prawie żadna siła, więc zgodnie z I zasadą dynamiki zachowała ona stan spoczynku.
Zasada rozróżnia dwa stany równowagi: spoczynek (v = 0) oraz ruch jednostajny prostoliniowy (v = const).
Samochód jadący ze stałą prędkością ma więc napęd dokładnie równy sumie oporów — wypadkowa wynosi 0 N, choć silnik cały czas pracuje.
Uczniowie często mylą te pojęcia, bo w obu przypadkach siły mają równe wartości i przeciwne zwroty.
🧪 Doświadczalnik domowy: bezwładność monety
Zestawienie · atom 2 · ~6 min
3.2. Warunek równowagi i I zasada dynamiki
Moneta, kartka i szklanka: połóż kartę do gry na szklance z wodą, a na jej środku monetę. Szybkim pstryknięciem uderz w krawędź karty w poziomie. Karta odleci w bok, a moneta wpadnie pionowo do szklanki .
Siły równoważące się a para akcji i reakcji — porównanie
Kryterium porównania
Siły równoważące się
Para sił: Akcja i Reakcja (III zasada)
Do ilu ciał są przyłożone?
Do JEDNEGO I TEGO SAMEGO ciała!
Zawsze do DWÓCH RÓŻNYCH ciał!
Czy można wyznaczyć siłę wypadkową?
TAK: siły odejmujemy i dają one siłę wypadkową Fw = 0 N.
NIE! Sił działających na różne ciała pod żadnym pozorem nie wolno dodawać ani odejmować.
Czy siły się znoszą?
TAK: ich skutki ruchowe całkowicie się redukują.
NIGDY! Każda siła wywołuje skutek na swoim własnym ciele.
Natura fizyczna sił
Mogą mieć różne pochodzenie (np. siła grawitacji i siła sprężystości blatu).
Zawsze mają dokładnie to samo pochodzenie (np. obie grawitacyjne lub obie magnetyczne).
Ilustracja z życia
Książka spoczywająca na stole; żyrandol wiszący u sufitu.
Pływak odpychający ścianę basenu; wystrzał z armaty i odrzut lufy.
Sprawdzenie · atom 2 · ~3 min
Pytanie do klasy
Które zdanie poprawnie wyraża I zasadę dynamiki Newtona?
Poprawna: b) I zasada dynamiki opisuje stan równowagi: przy F_w = 0 N ciało pozostaje w spoczynku albo porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Cały quiz: 3 pytania
Atom 3 z 3 · ~15 min
3.3. Symulatory: przeciąganie liny i równowaga sił
Przeciąganie liny to najprostszy test równowagi sił. Gdy obie drużyny ciągną z taką samą siłą, znacznik na linie nie drgnie. Gdy jedna z nich przeważa, lina przesuwa się w stronę siły większej.
Równe siły: wypadkowa 0 N, lina i znacznik pozostają w spoczynku — to stan równowagi.
Różne siły: wypadkowa równa różnicy wartości, a jej zwrot wskazuje drużyna ciągnąca mocniej.
Ruch jednostajny: gdy wypadkowa wynosi 0 N, a lina już się porusza, przesuwa się dalej ze stałą prędkością.
Zmieniaj siły obu drużyn i sprawdź, kiedy lina pozostaje w równowadze, a kiedy zaczyna się przesuwać.
Symulacja · atom 3 · ~6 min
3.3. Symulatory: przeciąganie liny i równowaga sił
Sprawdzenie · atom 3 · ~3 min
Pytanie do klasy
Obie drużyny ciągną linę w przeciwne strony, każda siłą 350 N. Co dzieje się ze środkiem liny?
Poprawna: a) Równe siły o przeciwnych zwrotach działają wzdłuż liny, więc wypadkowa wynosi 0 N, a środek liny pozostaje w spoczynku.
Cały quiz: 3 pytania
Zamknięcie · ~4 min
Co zabrać z lekcji
Szczególnie ważny jest warunek czwarty: siły przyłożone do dwóch różnych ciał nigdy się nie równoważą, nawet jeśli mają równe wartości i przeciwne zwroty.
Zerowa wypadkowa nie oznacza, że na ciało nie działają żadne siły.
Równe siły: wypadkowa 0 N, lina i znacznik pozostają w spoczynku — to stan równowagi.
Bilet wyjściowy: W symulatorze ustawiono równe siły 200 N i 200 N, wyłączono tarcie, a wózek wcześniej pchnięto. Jak będzie się poruszał? Odpowiedź: d) Będzie poruszał się ruchem jednostajnym prostoliniowym, ponieważ wypadkowa wynosi zero.