Шаг 2

Силы и литература

Любая книга — умный друг:
Чуть утомит, она смолкает;
Она безмолвно поучает,
С ней назидателен досуг.

Лопе де Вега
Источник: http://www.wisdoms.ru/68.html

Лебедь, щука и рак

Когда в товарищах согласья нет,

На лад их дело не пойдет,

И выйдет из него не дело, только мука.

Однажды Лебедь, Рак да Щука

Везти с поклажей воз взялись,

И вместе трое все в него впряглись;

Из кожи лезут вон, а возу все нет ходу!

Поклажа бы для них казалась и легка:

Да Лебедь рвется в облака,

Рак пятится назад, а Щука тянет в воду.

Кто виноват из них, кто прав, - судить не нам;

Да только воз и ныне там.

Иван Андреевич Крылов, 1814 г.

http://pritchi.ru/id_6661

Задача.

История из басни И.А.Крылова о том, как “Лебедь, рак, да щука везти с поклажей воз взялись”, известна всем. Прав ли автор басни с точки зрения физики? Действительно ли воз при заданных условиях не придет в движение?

Решение:

На вопрос об условиях сохранения состояния покоя или прямолинейного равномерного движения отвечает первый закон Ньютона:

Тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действуют, но их действие скомпенсировано.

Другими словами: тело останется в покое, если равнодействующая сил, действующих на него, равна нулю.

Равнодействующей силой двух или нескольких сил называется такая сила, которая способна одна полностью заменить эти составляющие силы, то есть произвести такое же изменение в состоянии равновесия или движения тела, что и все составляющие.

Рассмотрим ситуацию из басни. На воз действуют силы:

1) сила тяги Лебедя, направленная вверх (“лебедь рвется в облака”);

2) сила тяги Рака - вдоль дороги (“рак пятится назад”);

3) сила тяги Щуки (“а щука лезет в воду”), направленная перпендикулярно дороги или под углом к ней;

3) сила тяжести, направленная вертикально вниз;

4) сила трения покоя, которая возникает при появлении силы, пытающей сдвинуть воз с места;

5) сила реакции опоры (дороги), равная по значению весу тела, и противоположная ему по направлению (III закон Ньютона);

Выясним, каково значение и направление равнодействующей этих сил. Разобьем решение задачи на две части:

Сначала рассмотрим силы, действующие на воз по вертикали:

1. сила тяжести Fm = mg - сила, действующая на воз со стороны Земли. Эта сила приложена к центру масс тела и направлена к центру Земли;

2. сила реакции опоры N - сила, с которой опора (дорога) действует на воз . Эта сила перпендикулярна к поверхности
соприкосновения тел и равна по модулю (согласно третьему закону Ньютона) силе
нормального давления (весу воза) и противоположна ей по направлению;

3. F_л-сила тяги Лебедя.

Предположим, что сила тяги Лебедя не превосходит по модулю силу тяжести воза, иначе возникнет движение по воздуху (полет). Из соотношения сил следует, что сила тяги Лебедя уменьшает давление воза на опору, т.е. вес воза и сила реакции опоры незначительные.

Р = N = Fm - Fл , где Р - вес воза.

Таким образом вертикальная составляющая равнодействующей силы, действующей на воз, влияет на уменьшение веса тела, а значит и на силу трения покоя, т. к.

Fтр = μ Fн.д.; где - μ коэффициент трения, а Fн.д.- сила нормального давления, равная по модулю силе реакции опоры. Fн.д.= N = P.

Рассмотрим теперь силы, действующие в горизонтальной плоскости.

Здесь тоже три силы:
1. Fр - сила тяги Рака - вдоль дороги (“рак пятится назад”);
2. Fщ - сила тяги Щуки (“а щука лезет в воду”), направленная перпендикулярно дороги или под углом к ней;
3. Fтр - сила трения покоя, которая, как мы показали, незначительна.

Сила трения покоя должна иметь направление, противоположное результирующей силе Рака и Щуки. Результирующая сил тяги Рака и Щуки не будет равна нулю, так как силы направлены не по одной прямой, а под углом друг к другу. Покажем примерное направление сил:

R1 - суммарная сила Рака и Щуки

R - равнодействующая всех сил.

Таким образом, равнодействующая действующих на воз сил не равна нулю, а значит тело придет в движение, т. е. изменит свою скорость.

Итог: воз должен двигаться в сторону воды, под углом к дороге.

Решение задачи о том, как “лебедь, рак да щука везти с поклажей воз взялись” рассматривается в книге Якова Исидоровича Перельмана “Занимательная физика”, книга 2, глава 2. Сила. Работа. Трение. Автор приходит к аналогичному выводу о результате действия сил.
"^{^[1]}Ясно, что эта равнодействующая сила должна сдвинуть воз с места, тем более, что вес его частично или полностью уравновешивается тягой лебедя. Другой вопрос в какую сторону сдвинется воз: вперед, назад или вбок? Это зависит уже от соотношения сил и угла между ними.

Я.И. Перельман "Занимательная физика"

Житейское правило И.А.Крылова: «когда в товарищах согласья нет, на лад их дело не пойдет» в физике не всегда применимо - пусть силы действуют в разных направлениях, и даже в разных плоскостях, скорость тела может измениться. А вот к работе команды над единой задачей это правило, пожалуй, подходит полностью. Наша команда, в отличие от героев басни И.А.Крылова, будет стараться действовать дружно, согласованно.

Использованные источники:

А.В.Перышкин. Физика. 7 кл. : учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2013.

А.В.Перышкин, Е.М.Гутник. Физика. 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа. 2012.

Бендриков Г.А., Буховцев Б.Б., Керженцев В.В., Мякишев Г.Я.Задачи по физике для поступающих в вузы.Учебное пособие для подготовительных отделений вузов. М.: Физматлит, 2005.

Я.И.Перельман. Занимательная физика.Ч.2.М.: Наука. 1983 г

Силы в баснях И.А.Крылова

Ворона и лисица

И на приветливы Лисицыны слова
Ворона каркнула во всё воронье горло:
Сыр выпал — с ним была плутовка такова.
Источник:http://pritchi.ru/id_6550

(Какие силы действовали на сыр до падения? Почему упал сыр?)

http://pritchi.ru/id_6550

Белка

В деревне, в праздник, под окном
Помещичьих хором,
Народ толпился.
На Белку в колесе зевал он и дивился.
Источник:http://pritchi.ru/id_6575

http://pritchi.ru/id_6575

(Белка бегает "что лапки лишь мелькают", но для наблюдателей белка остается на одном и том же месте. Почему?)

Силы в других произведениях

1. В.М.Гаршин. Лягушка-путешественница.

“Тут лягушка уж не выдержала и, забыв всякую осторожность, закричала изо всей мочи: “Это я! Я!” И с этим криком она полетела вверх тормашками на землю. Утки громко закричали; одна из них хотела подхватить бедную спутницу на лету, но промахнулась. Лягушка, дрыгая всеми четырьмя лапками, быстро падала на землю; но так как утки летели очень быстро, то она упала не прямо на то место, над которым закричала и где была твердая дорога, а гораздо дальше, что было для нее большим счастьем, потому что она бултыхнулась в грязный пруд на краю деревни”.
(Почему лягушка упала на землю не на то место, над которым она начала падать?)

http://oskazkax.ru/read/autor/garshin/293-lyagushka-puteshestvennica.html

2. К. Г. Паустовский. Кара-Бугаз.

«…Наш кок отпросился искупаться, но залив его не принял. Он высоко выкидывал ноги, и при всём тщании

кок погрузиться в воду не смог. Это повеселило команду и улучшило её дурное расположение. Кок к вечеру покрылся язвами и утверждал, что вода залива являет собой разбавленную царскую водку, иначе серную кислоту».

(Почему кок не смог погрузиться в воду залива Кара-Богаз-Гол?)

Для любознательных: Вода в заливе отличается большой концентрацией соли. Её плотность составляет примерно 1200 кг/м³.

http://paustovskiy.niv.ru/paustovskiy/text/kara-bugaz/bugaz.htm

3. Б.С. Житков. Под водой.

Входит в: сборник «Морские истории»

«Лейтенант вздрогнул. Минёр вопросительно на него взглянул.

– Сели на мель? Так ведь? спросил он лейтенанта. Рули были поставлены на подъём, винт работал, приборы показывали, что лодка на той же глубине. Лейтенант вспомнил, что тут в порту глинистое, липкое дно…»

(Почему подводной лодке иногда бывает трудно оторваться от глинистого дна?

Проблемный вопрос: всегда ли на тело, погружённое в жидкость, действует Архимедова сила)

читать рассказ

4. А. Беляев "Звезда КЭЦ"

"Я начал раздеваться. И вдруг почувствовал, что физический закон - "сила действия равна силе противодействия" - обнаруживается здесь в чистом виде, не затемненный земным притяжением. Здесь все вещи и сам человек превращаются в "реактивные приборы". Я отбросил костюм, говоря по - земному "вниз", а сам, оттолкнувшись от него, подпрыгнул вверх. Получилось: не то я сбросил костюм, не то он меня подбросил".

(О каком законе идет речь?)

http://elkin52.narod.ru/

5. А.Чехов . Степь

"Егорушка тоже разделся, но не спускался вниз по бережку, а разбежался и полетел с полуторасаженной вышины. Описав в воздухе дугу, он упал в воду, глубоко погрузился, но дна не достал; какая-то сила, холодная и приятная на ощупь, подхватила его и понесла обратно наверх. Он вынырнул и, фыркая, пуская пузыри, открыл глаза; ..."

(О какой силе идет речь в отрывке?)

http://elkin52.narod.ru/

6. Н.В.Гоголь. Сорочинская ярмарка.

"Нагнувшиеся от тяжести плодов широкие ветви черешень, слив, яблонь, груш; ..."

(О проявлении каких сил говорится в описании малороссийского лета?)

читать

7. И.А.Бунин. ОТЛИВ

В кипящей пене валуны,

Волна, блистая, заходила, -

Ее уж тянет, тянет Сила

Всходящей за морем луны.

Во тьме кокосовых лесов

Горят стволы, дробятся тени –

Луна глядит – и, в блеске, в пене,

Спешит волна на тайный зов.

(О какой Силе говорит поэт в данном отрывке?)

Читать

СКАЗКИ

Народная сказка “Царевна лягушка”.

http://azku.ru/russkie-narodnie-skazki/tsarevna-lyagushka.html
Катится клубочек по высоким горам ,катится по темным лесам, катится по зелёным лугам, катится по топким болотам , катится по глухим местам, а Иван-царевич все идет, да идет за ним – не остановится на отдых ни на часок.

(Почему именно в сказках берут круглый клубочек?)

1. Можно взять и квадратный ящик.
2. Потому что, круглому клубочку легче катиться.
3. Потому что, трения меньше.