Силы в природе: ОГЭ

Какие силы встречаются в ОГЭ по физике

Многие девятиклассники теряют от 4 до 6 первичных баллов в блоке «Механика» только потому, что путают направление сил, точки их приложения или забывают базовые законы динамики. В экзаменационных заданиях №1, №3, №5–10, а также в расчетных задачах второй части №21 и №23–25 силы в природе составляют фундамент решений. Если ты научишься безошибочно определять, какие взаимодействия действуют на тело в конкретной ситуации, экзамен ОГЭ по физике перестанет казаться сложным лабиринтом.

В школьном курсе физики все механические взаимодействия делятся на две ключевые группы по своей физической природе: гравитационные и электромагнитные. К гравитационным относится сила всемирного тяготения и её частный случай — сила тяжести. К электромагнитным взаимодействиям относятся сила упругости (включая силу реакции опоры и силу натяжения нити) и сила трения. Каждая сила является векторной величиной: у неё есть числовое значение (модуль), направление и строго определённая точка приложения.

Сила тяжести и вес тела: в чём принципиальная разница

Сила тяжести — это сила, с которой планета Земля притягивает к себе любое тело, находящееся вблизи её поверхности. Она направлена строго вертикально вниз к центру Земли и приложена непосредственно к центру тяжести самого тела. Модуль силы тяжести рассчитывается по формуле:

F_тяж = m · g
где m — масса тела (кг), g — ускорение свободного падения (на ОГЭ принимается равным 9,8 м/с² или 10 м/с² согласно справочным данным КИМ).

Вес тела (P) — это совершенно другая величина. Весом называют силу, с которой тело из-за гравитационного притяжения к Земле давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес. Вес приложен не к телу, а к опоре или подвесу.

Сила упругости и закон Гука

Сила упругости возникает при деформации тела — изменении его формы или геометрических размеров. Когда ты растягиваешь или сжимаешь пружину, атомы кристаллической решётки смещаются из положений равновесия, порождая электромагнитное сопротивление. Для малых упругих деформаций справедлив закон Гука:

F_упр = k · |Δl|
где k — жесткость тела или пружины (Н/м), Δl — абсолютное удлинение или сжатие (м).

Сила упругости всегда направлена противоположно направлению смещения частиц при деформации. Сила реакции опоры (N) и сила натяжения нити (T) — это тоже проявления сил упругости. Они направлены перпендикулярно поверхности соприкосновения или вдоль удерживающей нити. Ты можешь разобрать десятки подобных графических моделей на интерактивных тренажёрах в личном кабинете ученика.

Сила трения: покой, скольжение и качение

Сила трения возникает при непосредственном контакте поверхностей двух тел и препятствует их относительному перемещению. Различают три основных вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения. Трение покоя удерживает предмет на наклонной плоскости или позволяет нам ходить по земле: оно равно внешней сдвигающей силе, пока та не превысит максимального порога.

Когда тело начинает скользить, действует сила трения скольжения. Её модуль определяется формулой закона Амонтона — Кулона: F_тр.ск = μ · N, где μ — безразмерный коэффициент трения, а N — сила нормальной реакции опоры. Наглядно сравнить параметры основных сил поможет сводная таблица:

Сила	Основная формула	Направление	Точка приложения
Сила тяжести	Fтяж = m · g	Вертикально вниз к центру Земли	Центр тяжести тела
Вес тела	P = m · (g ± a)	Перпендикулярно опоре / вдоль подвеса	Опора или подвес
Сила упругости	Fупр = k · |Δl|	Против деформации тела	Деформированное тело
Трение скольжения	Fтр = μ · N	Противоположно вектору скорости	Поверхность соприкосновения

Если ты планируешь сдавать в 11 классе ЕГЭ по физике, уверенное владение этими формулами избавит тебя от сложностей с динамикой твердого тела в будущем.

Разбор типовой расчетной задачи из ОГЭ

Давай подробно решим комбинированную задачу второй части, где одновременно встречаются сила упругости, сила трения и сила тяжести. Такие условия регулярно встречаются в открытом банке ФИПИ.

Условие: Деревянный брусок массой 2 кг равномерно тянут по горизонтальной шероховатой поверхности с помощью пружины жесткостью 200 Н/м. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,3. Найди удлинение пружины. Ускорение свободного падения прими равным 10 м/с².

Дано:
\( m = 2 \text{кг} \)
k = 200 Н/м
\( \mu = 0,3 \)
\( g = 10 \text{\text{м/с}}^2 \)
\( v = const (a = 0 \text{\text{м/с}}^2) \)
Δl — ?

Решение:
1) Так как брусок движется равномерно и прямолинейно, по первому закону Ньютона векторная сумма всех сил равна нулю:
F⃗_упр + F⃗_тр + N⃗ + m·g⃗ = 0⃗

2) Запишем проекции сил на координатные оси:
Ось OY (вертикально): N - m · g = 0 ⇒ N = m · g
Ось OX (по ходу движения): F_упр - F_тр = 0 ⇒ F_упр = F_тр

3) Выразим силы через физические параметры:
F_тр = μ · N = μ · m · g
F_упр = k · Δl

4) Приравняем формулы и выразим удлинение:
\( k \cdot \Delta l = \mu \cdot m \cdot g \)
\( \Delta l = \dfrac{\mu \cdot m \cdot g}{k} \)
Δl = (0,3 · 2 кг · 10 м/с²) / 200 Н/м = 6 / 200 = 0,03 м = 3 см.

Ответ: 0,03 м (или 3 см).

Что запомнить и как тренироваться

Чтобы без ошибок решать задачи на силы в механике, запомни четыре правила: всегда выполняй четкий чертеж с расстановкой сил, строго разграничивай точку приложения (тело или опора), проецируй силы на оси координат с учётом ускорения и переводи единицы в СИ. Для закрепления материала перейди в бесплатную практику: реши 5 заданий по пройденной теме прямо сейчас и проверь свой уровень готовности к ОГЭ!