Силы в механике. Механика изучает взаимодействие тел.

Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие ее витков. Или чем ближе два одноименных заряда, тем сильнее они будут притягиваться.

Количественнойхарактеристикой взаимодействия является сила.

Сила — причина ускорения тел (в инерциальной системе отсчета).

Сила — это векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимодействии.

В механике изучают силы:

Гравитационная сила

Сила тяжести

Вес тела

Сила реакции опоры

Сила упругости

Сила трения

Гравитационная сила

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Сила всемирного тяготения проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщил законы движения небесных тел и выяснил, закон всемирного тяготения.

Законвсемирноготяготения

Физический смысл G=6,67*10-11 Н*м2/кг2

гравитационная постоянная численно равна силе, с которой притягиваются две материальные точки массой по 1 кг.на расстоянии 1 м.

Сила тяжести

– сила, с которой Земля притягивает к себе различные тела (гравитационная) F = mg

Приложена к центру тела, направлена к центру Земли, убывает при удалении от Земли.

Ускорение свободного падения ( g = 9,8м/с²) ускорение, с которым движется любое тело в поле тяготения Земли, если на него действует только Fтяж.

g=G(M3/(R3+h)²)

Вес тела

– сила, с которой тело давит на опору или растягивает нить подвеса.

Вес тела приложен к опоре (подвесу).

При движении тела вдоль вертикальной линии с ускорением вес тела может изменяться

а = 0 а↑ (вверх) а↓ (вниз)

P = mg P = m(g + a) P = m(g – a)

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают на себе космонавты как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

Если тело движется вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем

Если тело свободно падает, то в этом случае P = (g- g)m = 0.

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения независимо от направления и значения скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состояние невесомости.

Сила упругости

При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества. Ее называют силой упругости

Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия

Закон Гука

– сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации:

F = - kx

k – коэффициент жесткости (Н/м), зависит от материала пружины и геометрических размеров

х – удлинение тела (м) х = ℓ2 - ℓ1

Сила натяжение нити – сила упругости нити

Сила реакции опоры

Сила трения

возникает при соприкосновении двух тел. (электромагнитную природу).

Сила трения покоя

– возникает при попытке сдвинуть тело с места: FTP = F (I закон Ньютона)