Силы в природе: разбор для ОГЭ

Силы в природе: фундамент механики на ОГЭ

Задачи на механические силы встречаются почти в половине вариантов ОГЭ по физике — от простых тестов до сложных расчетных задач второй части. В этом разборе мы разложим по полочкам все основные силы, разберем частые ошибки девятиклассников и научимся безошибочно применять формулы на реальном экзамене.

В физике сила — это векторная физическая величина, которая служит мерой взаимодействия тел. В Международной системе единиц (СИ) сила измеряется в ньютонах (Н). Любая сила характеризуется тремя параметрами: точкой приложения, направлением в пространстве и числовым значением (модулем). Когда на тело действуют сразу несколько сил, их геометрическая сумма называется равнодействующей.

В школьном курсе механики для ОГЭ мы работаем с тремя фундаментальными проявлениями взаимодействий: гравитацией, упругостью и трением. Если научиться правильно определять, какие именно силы действуют на брусок, тележку или подвешенный груз, решение любой задачи по динамике превратится в понятный алгоритм.

Гравитация: закон всемирного тяготения, сила тяжести и вес

Все тела во Вселенной притягиваются друг к другу. Закон всемирного тяготения Исаака Ньютона утверждает: две материальные точки притягиваются с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. В задачах ОГЭ закон всемирного тяготения чаще всего применяется к планетам, спутникам и космическим кораблям.

\( F = G \cdot \dfrac{m_1 \cdot m_2}{r^2} \)
G ≈ 6,67 · 10⁻¹¹ Н · м² / кг² (гравитационная постоянная)

Вблизи поверхности Земли гравитационное притяжение называют силой тяжести. Она всегда направлена вертикально вниз — строго к центру нашей планеты. Модуль силы тяжести рассчитывается по формуле F_тяж = m · g, где g — ускорение свободного падения (в бланках ОГЭ обычно принимается g = 10 м/с²).

Сила упругости и закон Гука: как работают пружины и опоры

Когда внешняя нагрузка меняет форму или размеры тела, возникает деформация. В ответ на смещение молекул внутри тела рождается сила упругости. Она направлена строго противоположно деформации и стремится вернуть тело в исходное недеформированное состояние.

Для малых упругих деформаций растяжения и сжатия справедлив закон Гука. Сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинению пружины или стержня. Коэффициент пропорциональности k называют жесткостью тела, он измеряется в Н/м и зависит от материала и геометрических размеров пружины.

F_упр = k · |Δx|
Δx = x - x₀ (удлинение или сжатие пружины в метрах)

Частный случай силы упругости — сила нормальной реакции опоры (обозначается буквой N). Она возникает, когда тело давит на стол, пол или наклонную плоскость, и всегда направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения.

Сила	Формула	Куда направлена	Точка приложения
Сила тяжести	F_тяж = m · g	Вертикально вниз к центру Земли	Центр тяжести тела
Сила упругости	F_упр = k · |Δx|	Против направления деформации	К деформируемому телу
Сила трения скольжения	F_тр = μ · N	Против относительной скорости	К границе соприкосновения тел
Вес тела	P = m · (g ± a)	В сторону действия на опору/подвес	К опоре или подвесу

Сила трения: покой, скольжение и качение без путаницы

Сила трения возникает при непосредственном контакте двух поверхностей из-за шероховатостей и межмолекулярного сцепления. В механике различают три вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения. Трение покоя удерживает шкаф на месте, когда мы пытаемся его сдвинуть, и автоматически уравновешивает внешнюю толкающую силу до некоторого максимального порога.

Как только тело начинает скользить, начинает действовать сила трения скольжения. Ее модуль зависит от силы нормального давления N и коэффициента трения μ (безразмерная величина, зависящая только от свойств соприкасающихся материалов). Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения поверхностей при неизменной силе прижатия.

Разбираем типовую расчетную задачу ОГЭ по шагам

Рассмотрим классическую задачу повышенного уровня сложности из банка заданий ОГЭ. Деревянный брусок массой 2 кг равномерно тянут по горизонтальной шероховатой доске с помощью пружины жесткостью 100 Н/м. Коэффициент трения между бруском и доской равен 0,25. Определи абсолютное удлинение пружины при таком движении. Прими g = 10 м/с².

Дано:
\( m = 2 \text{кг} \)
k = 100 Н/м
\( \mu = 0,25 \)
\( g = 10 \text{\text{м/с}}^2 \)
Δx — ?

Решение:
1. Так как брусок движется равномерно и прямолинейно, его ускорение равно нулю (a = 0 м/с²).
2. По второму закону Ньютона сумма сил равна нулю: F_упр + F_тр + N + F_тяж = 0.
3. В проекции на вертикальную ось OY: N - m · g = 0 → N = m · g = 2 · 10 = 20 Н.
4. Сила трения скольжения: F_тр = μ · N = 0,25 · 20 = 5 Н.
5. В проекции на горизонтальную ось OX: F_упр - F_тр = 0 → F_упр = F_тр = 5 Н.
6. По закону Гука F_упр = k · Δx → Δx = F_упр / k.
7. Вычисляем удлинение: Δx = 5 / 100 = 0,05 м = 5 см.

Ответ: 0,05 м (или 5 см).

В подобных задачах всегда начинай с рисунка с указанием всех действующих сил, затем записывай второй закон Ньютона в векторном виде и только потом проецируй его на координатные оси OX и OY.

Что запомнить для экзамена и как тренироваться дальше

Подведем итог: чтобы уверенно решать блок «Динамика» на ОГЭ по физике, помни о главных принципах:

1. Сила тяжести (F = m · g) приложена к телу и направлена к центру Земли, а вес (P) приложен к опоре или подвесу.
2. Закон Гука (F = k · |Δx|) работает при упругих деформациях, где удлинение обязательно переводится в метры.
3. Трение скольжения рассчитывается по формуле F_тр = μ · N и не зависит от площади граней бруска.
4. Равновесие или равномерное прямолинейное движение означает, что векторная сумма всех сил равна нулю.

Теория становится прочным навыком только на практике. Чтобы закрепить материал, перейди в личный кабинет Просто Урок и бесплатно реши 5 интерактивных заданий по теме «Силы в природе» с мгновенной проверкой ответов.