Сайт по физике

Другим важным понятием, которое пронизывает всю физику, является энергия. Как и силу, ее невоз­можно увидеть и к ней нельзя при­коснуться, хотя и ее проявления оче­видны. Чем бы ни являлась энергия, ее проявления заставляют нас сказать, что энергия ответственна за то, что мы наблюдаем вокруг нас. Энергия — это мера способности или возможности производить работу. В физике работа является специфическим термином, который нуждается в объяснении.

Два одинаковых шара, покрытые металлом, подвешены к стержню так, что расстояние между ними может ме­няться. На рисунке 1.3, а шары пока­заны на малом расстоянии друг от друга в равновесии. На-каждый шар действуют две силы W и Т, которые равны, противоположно направлены и действуют вдоль одной и той же пря­мой. W — вес, т. е. сила, обусловли­вающая притяжение шара к Земле, направлена вниз; Т — сила, направ­ленная вверх, которая называется си­лой натяжения нити. Когда каждый шар в равновесии, то Т— W = 0.

Что такое натяжение нити можно кратко объяснить так. Представьте, что нить находится под действием двух сил:

а) направленной вниз силы дейст­вия шара и

б) направленной вверх силы действия стержня. Эти две внеш­ние силы стремятся растянуть нить. В свою очередь нить действует на шар и стержень, противодействуя растя­жению. Эти две силы, действующие на шар и стержень, равны и противо­положны.   Поскольку  здесь  мы рассматриваем только равновесие шара, то существенна лишь сила Т с кото­рой нить действует на шар.

Представьте себе мощный магнит, который вы держите в руке.  Силами, действующими на магнит, являются:

а) сила, которую вы при­кладываете, чтобы удержать магнит, Р и б) сила притяжения Земли W. Когда магнит неподвижен, то Р— W=0, т. е. результирующая сила равна нулю. Если, однако, магнит перемещен в по­ложение над железным гвоздем, ле­жащим на скамье (рис. 1.2)

б) то силы, действующие на магнит, немного изменятся благодаря добавочной ма­лой силе f притяжения магнита гвоз­дем (магнитным материалом). Для не­подвижного   магнита   P— W— f = 0.

Теперь рассмотрим силы, дейст­вующие на гвоздь, лежащий в покое на скамье; это сила притяжения Земли w, действующая на гвоздь (его вес), сила притяжения магнита  f, действующая на гвоздь, и давление поверхности скамьи R на гвоздь. Поскольку R+ f — w = 0, и, следовательно, R — = w — f, то в этом случае сила реак­ции опоры R не равна численно си­ле w. Так как сила f, действующая на гвоздь, направлена вверх, сила реак­ции опоры R не должна быть столь большой, как при отсутствии маг­нита.

Существует три вида сил: а) гра­витационные силы; б) электромагнит­ные силы; в)  ядерные силы.

Гравитационные силы 

Рисунок 1.1 демонстрирует грави­тационную силу, действующую на три яблока: висящее на дереве, свободно падающее и находящееся в покое на земле.   Рисунок  также  иллюстрирует различие между контактными силами и дистанционными силами (бескон­тактными). На яблоко, висящее на дереве, действует сила, называемая «вес яблока»; это бесконтактная сила, источником которой является тяга (притяжение) Земли. (Существует также равная и противоположная си­ла притяжения яблоком Земли, но эффект этой тяги настолько мал, что ею можно пренебречь.)

Вес яблока действует на ветку дерева с силой Р; значение Р равно W. Действие ябло­ка Р на ветку является контактной си­лой, и ветка действует на яблоко с силой, равной и противоположной весу яблока. Сила реакции Т равна по вели­чине Р, которая со своей стороны рав­на W.

Если кто-нибудь описывает объект, говоря: «Он красный», то мы могли бы подобрать много разнообразных объектов, отвечающих этому описа­нию, например: красные почтовый ящик, автобус, роза, шарф, платье, шар и т. д. Если же описание рас­ширено до «он красный и круглый», вы, вероятно, представите себе крас­ный шар, яблоко или помидор. Вы не можете точно сказать, что это за пред­мет, пока не получите некоторую до­бавочную информацию, описывающую его более подробно. Представим себе, что теперь он описан как «красный, круглый и съедобный», в этом случае вы скорее всего выберете яблоко или помидор из тех предметов, которые уже упомянуты, но вы можете поду­мать и о чем-нибудь другом. А теперь представьте, что вам дали яблоко и спросили: «Что это?» Ответ прост: «Это — яблоко». Вы видели, ощущали и пробовали яблоко и инстинктивно знаете, что это такое. Если кому-либо дать подробное описание яблока, то он сможет представить, на что похоже яблоко и каков его вкус. Но поду­майте, насколько трудно было бы опи­сать, что такое яблоко, тому, кто ни­когда не видел и не пробовал его. Ни одно устное описание яблока ни­когда не сможет точно передать его качеств. Самое лучшее — дать яблоко человеку и таким образом раскрыть все!

Таким образом, сопротивление ре­зистора равно 2,0 Ом. Значения у для точек А (2,4) и В (0,4) следует читать на оси у; линейка, помещен­ная параллельно оси х в точках А и В, поможет определить это точно. Об­ратите также внимание, что единица измерения указана на оси у вместе с названием физической величины.

Когда инструкции внимательно прочитаны, прибор собран по приве­денной схеме, сама схема изображена правильно, обозначены ее составные части, составлена таблица для записи результатов, вы готовы к проведению самого эксперимента. Каждое измере­ние или показание прибора сразу должны заноситься в приготовленную таблицу результатов. Лучше всего было бы записывать эти результаты сначала карандашом, а затем, если расчеты подтверждают их правиль­ность, обвести результаты чернилами.

Письменная запись результатов эксперимента должна всегда следо­вать образцу, предоставленному вам учителем. Следующий пример по­казывает план, который часто ис­пользуется:

Заголовок. Проверка закона Гука для винтовой пружины.

Пояснение. Закон Гука утвержда­ет, что в случае, когда не превыша­ются пределы упругости, растяжение е пружины прямо пропорционально ве­су груза L, присоединенного к ней.

Схема. Схема должна быть точно вычерчена и правильно обозначена.

Метод. Подробный отчет о последо­вательных действиях по проведению эксперимента должен быть написан в прошедшем времени. Он должен со­держать достаточно сведений для того, чтобы другой человек, незнакомый с экспериментом, прочитав его, мог успешно повторить проведенный эксперимент. Все меры предосторож­ности или дополнительные действия по улучшению работы прибора должны быть включены в описание метода. Таким образом, письменная запись должна быть точным, хронологически последовательным отчетом о том, что было сделано и как это было сделано.