Чтобы выбрать силы в задаче, сначала решите, движение какого тела или группы тел нужно описать. Проведите границу системы, затем включите в схему только силы со стороны тел за этой границей. Внутренние взаимодействия при рассмотрении всей системы обычно не учитывают: они важны, если отдельно записывают уравнение для каждого тела.
Короткий алгоритм выбора системы и сил
- Определите, для какого тела или набора тел требуется найти ускорение, скорость или натяжение.
- Обозначьте тела, входящие в систему, и мысленно проведите её границу.
- Для каждого тела за границей проверьте, действует ли оно на выбранную систему.
- Нарисуйте внешние силы, задайте оси и только потом составляйте уравнения.
- Если нужна сила взаимодействия между телами системы, рассмотрите тела по отдельности.
Начните с вопроса: движение какого тела нужно описать
Этот способ подходит для задач, где нужно связать силы с движением одного тела или нескольких связанных тел: например, груза на нити и тележки. Он особенно полезен, если условие содержит опору, нить, контакт или несколько взаимодействующих объектов. Если задача просит только вычислить работу силы по уже заданным данным, выбор системы может не требоваться.
В задачах по физике силы нельзя корректно перечислить, пока не ясно, на какое тело составляется уравнение. Например, для груза на столе система может состоять только из груза или из груза вместе со столом: набор внешних сил в этих случаях будет разным.
Проведите границу системы через нужные тела
Для работы понадобятся условие задачи, лист для схемы, карандаш и понимание, какие тела соприкасаются или соединены. Отдельные приборы и дополнительные данные не нужны. Перед началом выпишите искомую величину и отметьте тела, движение которых связано с ней.
Представьте два груза, соединённые лёгкой нитью. Если выбрать оба груза системой, натяжение нити становится внутренним взаимодействием. Если выбрать только один груз, второй груз и нить находятся за границей системы, поэтому сила натяжения действует на выбранное тело извне.
Отделите внешние силы от внутренних взаимодействий
-
Назовите систему.
Запишите, какие тела входят в неё: одно тело или несколько. Не включайте в систему опору, нить или Землю автоматически — добавляйте их только тогда, когда это помогает решить задачу. -
Проведите границу.
Мысленно обведите выбранные тела. Всё, что осталось снаружи, может взаимодействовать с системой и создавать внешние силы. -
Найдите внешние воздействия.
Проверьте действие Земли, опоры, нити, пружины, воздуха и других тел, упомянутых в условии. Включайте в схему только те взаимодействия, которые существенны для принятой модели. -
Разделите внутренние и внешние силы.
Силы взаимодействия между телами внутри выбранной системы являются внутренними. Для уравнения движения всей системы их обычно не рисуют, но при разборе движения каждого тела по отдельности они могут стать внешними. -
Сопоставьте схему с вопросом задачи.
Для двух грузов на нити общая система позволяет описать движение группы, а отдельная схема для каждого груза помогает найти натяжение. Если искомая сила — внутреннее взаимодействие системы, рассмотрите её части отдельно. -
Выберите оси и запишите уравнения.
Направьте оси удобно относительно движения или поверхности. Для каждого выбранного тела или системы свяжите проекции внешних сил с ускорением по второму закону Ньютона.
Быстрый режим
- Подчеркните, что требуется найти.
- Выберите тело или группу тел, движение которых описываете.
- Отметьте все контакты и взаимодействия с объектами за границей системы.
- Нарисуйте внешние силы и проверьте, не пропустили ли вес или реакцию опоры.
- Если нужна сила между частями системы, составьте отдельную схему для одной из частей.
Если на первых шагах сложно понять, как определить силы, действующие на тело, задайте вопрос точнее: что входит в систему и какие объекты находятся снаружи? Поиск по запросу «система тел в физике задачи» полезен для дополнительной практики, но в каждой задаче границу системы выбирают исходя из искомой величины.
Проверьте опору, нить и контактные поверхности
- Для каждого тела на схеме указаны только силы, действующие именно на него.
- Гравитационное притяжение Земли учтено как сила тяжести, если оно важно в задаче.
- При контакте с поверхностью проверено наличие реакции опоры.
- Сила трения добавлена только при наличии контакта и соответствующих условий модели.
- Для натянутой нити учтена сила натяжения; её направление направлено вдоль нити.
- Силы действия и противодействия не перепутаны: они приложены к разным телам.
- Для общей системы внутренние взаимодействия не посчитаны как внешние силы.
- Направления осей и проекций согласованы со схемой.
Нанесите силы на схему до записи уравнений
- Не рисуйте силу «движения»: движение описывают скоростью и ускорением, а сила связана с изменением движения.
- Не добавляйте натяжение нити к общей системе тел, если нить соединяет части этой системы и её действие внутреннее.
- Не считайте вес и силу тяжести одной и той же силой. Сила тяжести действует на тело со стороны Земли, а вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес.
- Не направляйте реакцию опоры автоматически вертикально вверх: её направление зависит от контакта и выбранной модели.
- Не рисуйте пару сил действия и противодействия на одной схеме одного тела: эти силы приложены к разным телам.
- Не добавляйте силу трения без проверки условий контакта и указания модели задачи.
- Не составляйте уравнение для нескольких тел, а затем не подставляйте в него без пояснения силу, относящуюся только к одному телу.
Избегайте ловушек: вес, реакция опоры и сила натяжения
- Одна схема для всей системы. Выбирайте её, если нужно найти ускорение группы тел, а внутренние силы не являются искомыми. Для двух грузов на нити натяжение при таком выборе обычно исключается из уравнения системы.
- Отдельные схемы для каждого тела. Используйте их, если нужно определить натяжение, реакцию опоры или ускорение конкретного тела. Тогда взаимодействия между выбранными телами появляются как внешние силы на отдельных схемах.
- Смешанный подход. Сначала составьте уравнение для всей системы, чтобы связать внешние силы с общим движением, затем отдельно рассмотрите одно тело для нахождения внутренней силы.
- Уточнение модели. Если существенны масса нити, сопротивление воздуха или деформация опоры, не принимайте их влияние за нулевое без основания: используйте данные условия или явно оговорённое приближение.
Когда самостоятельной проверки недостаточно, можно обратиться к специалисту: запрос «репетитор по физике онлайн» помогает найти индивидуальные занятия, а «курсы физики онлайн» — систематическую практику. На разборе попросите отдельно объяснить выбор системы, а не только вычисления.
Разбор типичных затруднений при выборе системы
Что считать системой тел?
Система — это тело или выбранная группа тел, движение которой рассматривают в задаче. Её состав зависит от того, какую величину нужно найти.
Нужно ли учитывать натяжение нити для двух соединённых грузов?
Если оба груза входят в систему, натяжение между ними является внутренним взаимодействием и обычно не входит в уравнение всей системы. Для уравнения одного груза натяжение учитывают как внешнюю силу.
Когда рисовать реакцию опоры?
Реакцию опоры показывают на схеме тела, которое соприкасается с опорой. Её направление определяют по геометрии контакта и модели задачи.
Чем сила тяжести отличается от веса?
Сила тяжести действует на тело со стороны Земли. Вес — сила, с которой тело действует на опору или подвес; эти силы приложены к разным объектам.
Можно ли исключить внутренние силы всегда?
Их обычно исключают из уравнения движения всей системы, когда рассматривают суммарное движение. Если требуется найти взаимодействие между частями системы, нужно составить отдельную схему для одной из частей.
Что делать, если неясно, учитывать ли трение?
Проверьте, указано ли трение в условии или принято ли упрощение о гладких поверхностях. Не добавляйте и не исключайте его произвольно: используйте данную модель задачи.