Поняття сили та енергії. Пристрої для перетворення сили (прості механізми)

У природі існує величезна кількість взаємодій, які відбуваються під дією різних сил. Під поняттям «сила» розуміють механічну силу — як фізичну величину, а також силу людини — як фізичну якість.

Коли йдеться про силу людини, мається на увазі її здатність долати зовнішній опір або перешкоджати його дії за допомогою м’язових напружень, наприклад, під час переміщення тіла. Характер силових зусиль залежить від маси, яка переміщується, та від швидкості її переміщення. Збільшуючи масу тіла, яка переміщується у просторі, ми тим самим збільшуємо величину силових зусиль (наприклад, підняття штанги вимагає більшої сили, ніж підняття стільця).

Але як сила пов’язана з енергією? Енергія — це здатність якогось тіла виконувати певну роботу (як-от підняття штанги) або бути джерелом тієї сили, що виконуватиме роботу. У цьому випадку ми говоримо про те, що тіло або система частково втрачають енергію на виконання певних дій, спрямованих на інші тіла чи предмети.

Коли тіло змінює своє розташування відносно інших тіл, ми говоримо, що тіло рухається. Отже, рух — це зміна положення тіла відносно інших тіл у просторі з часом.

На всі тіла, і на нас самих, постійно діє сила тяжіння. Це сила, із якою до себе притягує Земля. Сила тяжіння відіграє дуже важливу роль для життя на Землі. Саме завдяки цій силі Земля має атмосферу, відбуваються припливи чи відпливи в океанах, у людей і деяких тварин міцні скелети.

Під час взаємодії тіл виникає сила тертя, яка перешкоджає переміщенню одного тіла відносно іншого. До прикладу, вам треба зрушити з місця крісло. У цьому разі сила тертя виникає між підлогою і ніжками крісла. Тому перемістити крісло виявляється не так просто.

Людина у процесі свого розвитку придумала низку простих механізмів, за допомогою яких вона може піднімати й переміщувати тіла (як, власне, й наше крісло). Прості механізми — це пристрої, які дозволяють виконувати роботу, докладаючи невеликих зусиль та змінюючи напрямок дії сили на зручний для людини. Наприклад, такий пристрій, як блок (колесо, що обертається навколо своєї осі і має жолобок для мотузки чи каната), дає можливість регулювати силу під час підйому важкої бочки.

А, використовуючи важіль, ми маємо змогу підняти вантаж, набагато важчий за нас самих. Головне — знайти точку опори. Основні прості механізми подаються на мал. нижче.

Як ми бачимо на малюнках, прості механізми — це певні знаряддя праці. За їхньою допомогою люди навчилися будувати піраміди, церкви та інші споруди, переміщувати великі й важкі предмети, такі як кам’яні брили, дерев’яні колоди і стовпи.

Різні прості механізми по-різному використовуються. Навіть у наш час, коли панують високі технології. Скажімо, принцип коловороту все ще застосовують для піднімання води в сільських колодязях України.

А за допомогою похилої площини котять або пересувають важкі вантажі на будівництвах.