5) Виды сил в механике. 4 Вида взаимодействия в природе.
Центр масс системы точек.
Виды сил в механике:
1)
Сила тяжести:
Одно из проявлений силы всемирного тяготения
- сила тяжести, то есть сила притяжения тел к Земле. Обозначим массу Земли
М, ее радиус R, массу данного тела m, тогда сила,
действующая на тело вблизи поверхности Земли, согласно закону всемирного
тяготения будет равна:
Это и есть сила тяжести. Направлена она к центру
Земли.
Если на тело действует только эта сила (а все другие уравновешены), то оно
совершает свободное падение. Ускорение этого свободного падения можно найти,
применив второй закон Ньютона,
Отсюда видно, что ускорение свободного падения g не зависит от массы m тела и,
следовательно, оно одинаково для всех тел. Теперь можно написать, что сила
тяжести
сила тяжести, а значит, и ускорение
свободного падения изменяются при удалении от поверхности Земли. Если тело
находится на высоте h над поверхностью Земли, то
выражение для ускорения свободного падения нужно писать в виде
На экваторе же система отсчета (та же линейка)
движется с ускорением Ускорение g
тела относительно неподвижной системы отсчета равно сумме двух ускорений:
ускорения g' тела относительно движущейся системы
отсчета и ускорения движущейся системы
относительно неподвижной. Следовательно,
Отсюда ускорение, измеренное на экваторе, равно:
Оно меньше, чем на полюсах, на величину
2)
Сила упругости:
Си́ла упру́гости — сила, возникающая при
деформации тела и противодействующая этой деформации.
В случае упругих деформаций является потенциальной. Сила упругости имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением
межмолекулярного взаимодействия. В простейшем случае растяжения/сжатия тела
сила упругости направлена противоположно смещению частиц тела, перпендикулярно
поверхности.
Вектор силы противоположен направлению деформации тела
(смещению его молекул).
Зако́н Гу́ка — уравнение теории упругости, связывающее напряжение и деформацию упругой среды. Открыт в 1660 году английским учёнымРобертом Гуком (Хуком)
(англ. Robert Hooke). Поскольку закон Гука записывается для малых напряжений и деформаций, он имеет вид простой пропорциональности.В словесной форме закон звучит следующим образом:
Сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо
пропорциональна удлинению тела и направлена противоположно направлению
перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации.
,
где —
жёсткость тела, —
величина деформации .
3)
Сила трения:
Обсуждая до сих пор силы, мы не интересовались их
происхождением. Однако в механике мы будем рассматривать различные силы:
трения, упругости, тяготения.
Из опыта известно, что всякое тело, движущееся по
горизонтальной поверхности другого тела, при отсутствии действия на него других
сил с течением времени замедляет свое движение и в
конце концов останавливается. Это можно объяснить существованием силы трения,
которая препятствует скольжению соприкасающихся тел друг относительно друга.
Силы трения зависят от относительных скоростей тел. Силы трения могут быть
разной природы, но в результате их действия механическая энергия всегда
превращается во внутреннюю энергию соприкасающихся тел.
Различают внешнее (сухое) и внутреннее (жидкое или
вязкое) трение. Внешним трением называется трение, возникающее в плоскости
касания двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении. Если
соприкасающиеся тела неподвижны друг относительно друга, говорят о трении
покоя, если же происходит относительное перемещение этих тел, то в зависимости
от характера их относительного движения говорят о трении скольжения, качения
или верчения.
Внутренним трением называется трение между частями
одного и того же тела, например между различными слоями жидкости или газа,
скорости которых меняются от слоя к слою. В отличие от внешнего трения здесь
отсутствует трение покоя. Если тела скользят относительно друг друга и
разделены прослойкой вязкой жидкости (смазки), то трение происходит в слое
смазки. В таком случае говорят о гидродинамическом трении (слой смазки
достаточно толстый) и граничном трении (толщина смазочной прослойки »0,1 мкм и меньше).
Обсудим некоторые закономерности внешнего трения. Это
трение обусловлено шероховатостью соприкасающихся поверхностей; в случае же
очень гладких поверхностей трение обусловлено силами межмолекулярного
притяжения.
закон: сила трения скольжения Fтр пропорциональна силе N нормального давления, с
которой одно тело действует на другое:
Fтр = f N ,
где f — коэффициент трения
скольжения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей.
Найдем значение коэффициента трения. Если тело
находится на наклонной плоскости с углом наклона a (рис.12), то оно приходит в движение, только когда
тангенциальная составляющая F силы тяжести Р больше
силы трения Fтр. Следовательно, в предельном случае
(начало скольжения тела) F=Fтр. или Psin
a0 = f
N = f P cos a0, откуда
f = tga0.
Таким образом, коэффициент трения равен тангенсу угла a0, при котором начинается скольжение тела по наклонной
плоскости.
Для гладких поверхностей определенную роль начинает
играть межмолекулярное притяжение. Для них применяется закон трения скольжения
Fтр = f ист (N + Sp0),
где р0 — добавочное давление,
обусловленное силами межмолекулярного притяжения, которые быстро уменьшаются с
увеличением расстояния между частицами; S — площадь контакта между
телами; fист
— истинный коэффициент трения скольжения.
4 вида
взаимодействий в природе:
Фундамента́льные взаимоде́йствия — качественно различающиеся типы взаимодействияэлементарных частиц
и составленных из них тел.На сегодня достоверно известно существование четырех
фундаментальных взаимодействий:
— радиус-вектор i-й точки системы,
Центр масс,
таким образом, характеризует распределение массы по телу или системе точек.