Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.

Визначимо вагу тіла підвішеного на нитці.

Якщо тіло покоїться (рис 1.13 а), або рухається рівномірно, згідно з першим законом Ньютона сила тяжіння урівноважується силою натягу нитки.F_н=mg. За третім законом Ньютона вага тіла чисельно дорівнює силі натягу нитки F_н=Р тоді вага чисельно дорівнює силі тяжіння. Р=mg

F_н F_н F_н

а=0 а а

Mg mg mg

Рисунок.1.13а Рисунок. 1.13б Рисунок. 1.13в

Розглянемо випадок, коли тіло рухається з прискоренням у вертикальній площині.

На рисунку 1.13б тіло, підвішене на нитці, рухається з прискоренням спрямованим вгору.

На тіло діють дві сили сила тяжіння mg і сила натягу нитки F_н Згідно з другим законом Ньютона :

mа= F_н – mg,

з урахуванням того, що F_н=Ротримаємо:

Р=m(g+а).

В цьому випадку вага тіла збільшується. Такий стан називається перевантаженням.

На рисунку 1.13в тіло, підвішене на нитці, рухається з прискоренням спрямованим вниз.

На тіло діють дві сили: сила тяжіння mg і сила натягу нитки F_н Згідно з другим законом Ньютона :

mа= mg – Fн,

з урахуванням того, що F_н=Р отримаємо:

Р=m(g - а).

В цьому випадку вага тіла зменшується.

Невагомість

Вага - це сила, з якою тіло діє на опору або підвіс. Уявимо собі такий випадок: опора або підвіс разом з тілом вільно падають. Адже опора і підвіс теж тіла, і на них діє сила тяжіння. Якою в цьому випадку буде вага тіла, тобто з якою силою тіло діятиме на опору або підвіс? Звернемося до досліду. Підвісимо до закріпленої пружини тіло. Під дією сили тяжіння тіло починає рухатися в низ, тому пружина розтягується до тих пір, поки сила пружності не урівноважить силу тяжіння. Потім, якщо пружину відпустити, вона разом з тілом почне вільно падати. Спостерігаючи за пружиною, помічають, що її розтягування зникло. І доки пружина з тілом падає вона залишається не розтягнутою. Отже, тіло, що падає, не діє на пружину, яка падає разом з тілом. В цьому випадку вага тіла дорівнює нулю, але сила тяжіння не дорівнює нулю. Вона як і раніше діє на тіло і примушує його падати. Якщо тіло і підставка, на якій воно лежить, вільно падатимуть, то таке тіло не давитиме на підставку. Отже, і в цьому випадку вага тіла дорівнюватиме нулю.

Подібні явища спостерігаються на супутнику, що обертається навколо Землі. Сам супутник і тіла, що знаходяться на ньому, включаючи космонавта, обертаючись навколо Землі, як би безперервно вільно падають на Землю. Про такі тіла говорять, що вони знаходяться в стані невагомості.

Сила тертя

Поставимо декілька простих питань: чому звучить скрипкова струна, коли по ній ведуть смичком? Адже смичок рухається, а коливання струни періодичні. Як розганяється автомобіль, і яка сила зупиняє його при гальмуванні? Чому автомобіль "заносить" на слизькій дорозі? Відповіді на ці і багато інших важливих питань, зв'язаних з рухом тіл дають закони тертя. У XVIII столітті французький фізик Кулон відкрив закон, згідно з яким сила тертя F_тр між твердими тілами не залежить від площі доторкання, а пропорційна силі N, що здавлює тіла.

Величина сили тертя визначається формулою:

Fтр=μN,(1.22)

де μ - коефіцієнт тертя, залежний від роду дотичних поверхонь (величина безрозмірна). Коефіцієнт тертя зазвичай лежить в межах від 0,15 до 0,5,

N -сила нормального тиску, або сила реакції опори.

Тертя виникає на поверхнях зіткнення твердих тіл. Поверхня твердого тіла має нерівності. Наприклад, навіть у дуже добре відшліфованих металів в електронний мікроскоп видно "гори" і "западини" розміром в 10 - 100 нм. При стискуванні тіл доторкання відбувається тільки в найвищих місцях. Тиск в цих місцях може бути дуже великим, і там виникає пластична деформація. У місці контакту діють сили молекулярного зчеплення (відомо, наприклад, що дуже чисті і гладкі металеві поверхні прилипають один до одного).

Сила тертя при ковзанні твердих тіл залежить не лише від властивостей поверхонь і сили тиску, але і від швидкості руху. Часто із збільшенням швидкості сила тертя спочатку різко зменшується, а потім знову починає зростати. Ця важлива особливість сили тертя якраз і пояснює, чому звучить скрипкова струна. Спочатку між смичком і струною немає прослизання, і струна захоплюється смичком. Коли сила тертя спокою досягне максимального значення, струна зривається і далі коливається майже як вільна, потім знову захоплюється смичком і так далі.

Якщо тіло, рухається горизонтально, то сила тиску N чисельно дорівнює силі тяжіння mg, а сила тертя рівна: F_тр=μmg.

Доцентрова сила

При рівномірному русі по колу тіло має постійне за величиною прискорення, спрямоване до центру кола (доцентрове прискоренням). Але прискорення тіла завжди зумовлене наявністю сили. Така сила називається доцентровою. З цією силою на тіло, що рухається по колу, діє зв'язок. Наприклад, на спортивний снаряд "молот" діє трос, що утримується спортсменом. Доцентрова сила змушує тіло рухатися по колу і надає тілу доцентрового прискорення. Але доцентрове прискорення рівне а_д=v²/R, або а_д=ω²·R, тоді доцентрова сила дорівнює:

,абоF_дц=mω²·R.(1.23)

Відцентрова сила

За третім законом Ньютона всяка дія викликає рівну і протилежно спрямовану протидію. Доцентровій силі, з якою зв'язок діє на тіло, протидіє рівна по модулю і протилежно спрямована сила, з якою тіло діє на зв'язок. Цю силу назвали відцентровою, так, як вона спрямована по радіусу від центру кола. Відцентрова сила рівна по модулю з доцентровою:

,або F_вц= mω²·R.