Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Лекции по физике для учащихся колледжа.

Физика – наука о природе. Естественно-научный метод познания, его возможности и границы применимости. Моделирование физических явлений и процессов. Роль эксперимента и теории в процессе познания природы. Физические законы. Основные элементы физической картины мира.

Если вы спросите нескольких человек из тех, что попадутся на вашем пути – какая наука является наукой о природе, то, среди различных ответов, например, «Это биология» и прочих, будет присутствовать и такой: наука о природе – это физика. Это совершенно правильный ответ. Наличие других ответов в большей степени связано с тем, что под словом «природа» большинство из нас понимает, прежде всего, живую природу. Когда же мы вспоминаем, что природа многогранна и включает в себя и живое, и неживое, а также то, что в ней происходят различные явления и процессы, то этот ответ становится очевидным. Основной причиной таких ассоциаций является то, что люди, закончившие школу или институт достаточно давно и, деятельность которых, так или иначе напрямую не связана с наукой или применением каких-то специальных знаний из области науки, достаточно быстро забывают все, что они учили, так как в долговременной памяти прочно и быстро закрепляется лишь часто используемая информация. Если вы пару лет или больше не решали задач по физике, математике или из других дисциплин и занимались совершенно другой деятельностью, то все требуемые для этого, но неиспользуемые знания благополучно изгладятся из вашей памяти. Как сказал один мудрец: человек не может удерживать в своей памяти всю информацию, которую он получает в течение жизни, также как не может носить в своем теле всю съеденную им пищу.

Таким образом, наукой о природе является физика. Каждое природное явление можно описать на языке физики. Мы говорим «каждое», конечно же, имея в виду, не то, что все существующие явления можно без всяких проблем описать с помощью физики, а имея в виду, что это в принципе возможно. Как мы знаем, у природы нет ограничений, могут быть ограничены лишь наши знания о ней и ее явлениях, что как раз и не позволяет нам в полной мере объяснить все существующие явления на основе уже известных. Поэтому это и возможно лишь в принципе, в будущем.

Если мы окунемся в историю возникновения физики как науки, то увидим, что для выяснения сущности и описания всех тех явлений, которые нынешние школьники и студенты изучают в курсе физики, понадобилось достаточно много времени. При объяснении каждого физического явления используется его словесное разъяснение, но в основном в физике используются количественные соотношения между теми или иными величинами, которые в каждом случае выражаются с помощью математики. Математика – это язык физики. В итоге получаем, что физика – это наука о природе, которая описывает природу с помощью математики. Применение математики для описания физических явлений дало физике мощный импульс развития.

Вся физика строится на использовании тех или иных моделей и неразрывно связана с математическим моделированием со времен великого Исаака Ньютона (XVII-XVIII вв). Ньютон открыл фундаментальные законы механики (закон всемирного тяготения и прочие) описав их на языке математики. Также, он наряду с Лейбницем, разработал дифференциальное и интегральное исчисления, ставшие основой математического аппарата физики. Все последующие физические открытия (в термодинамике, электродинамике и др.) представлялись в форме законов и принципов, описываемых на математическом языке, то есть в форме математических моделей. Можно сказать, что решение любой физической задачи теоретическим путем как раз и есть математическое моделирование. Однако возможность решения задачи таким путем, зависит от того насколько сложной является построенная модель. Чем сложнее сам процесс, который описывает математическая модель, тем сложнее сама модель и сложнее использовать такую модель для расчетов. В простейшей ситуации решение задачи можно получить «вручную» аналитически. В большинстве же практически важных ситуаций найти аналитическое решение не удается из-за того, что математическая модель слишком сложна. В частности такие модели используются для расчета каких-то процессов в атомной и ядерной физике. В таком случае используют численные методы решения задачи, реализация которых возможна только на компьютере. Как показывает практика, даже на компьютере расчет некоторых реальных задач занимает как минимум несколько часов. Иначе говоря, физические исследования на основе сложных математических моделей производятся путем компьютерного математического моделирования. Именно в связи с этим в XX веке наряду с традиционным делением физики на теоретическую и экспериментальную возникло новое направление – «вычислительная физика».

В настоящее время существует много математических моделей и математическое моделирование широко распространено. Это связано также с массовым внедрением и удешевлением компьютеров. Опять обратившись к истории физики как науки, мы можем узнать, что первые физические открытия, то есть объяснения явлений природы, были сделаны путем наблюдений над этими явлениями в естественных, природных условиях. Затем, с развитием физических знаний, кому-то пришло в голову, что наблюдая какое-либо явление в естественных условиях, нельзя понять всю его глубину, уяснить себе все его нюансы и суть, поэтому надо попытаться воссоздать «вручную» исследуемое явление таким образом, чтобы можно было изменять его тем или иным способом, каждый раз получая в отдельном случае предсказуемый результат. С возникновением математики и использованием ее для описания физических явлений появилась возможность путем построения математических моделей предсказывать какие-то явления или результаты. Но, как мы понимаем, математические расчеты без знания закономерностей большинства явлений – это достаточно бесполезное занятие. В природе может быть все немного иначе и поэтому любая математическая модель не является идеальной, затем, в процессе, она дорабатывается, с тем, чтобы она описывала определенное явление с нужной точностью. Таким образом, стало возможным моделировать физические явления и процессы. Естественный метод познания, то есть, метод наблюдений за явлениями в естественных условиях имеет достаточно ограниченную применимость, так как в природе очень редко образуются разные условия позволяющее понять как ведет себя при них то или иное явление .

В физике очень велика роль эксперимента и теории, которые тесно взаимосвязаны между собой. Многие явления сначала были открыты экспериментально, и лишь потом описаны теоретически или, наоборот, сначала предсказаны теоретически и затем подтверждены экспериментально. Вообще говоря, экспериментальный метод исследования является основным в физике, но он является достаточно дорогостоящим и не каждый исследователь, и даже не каждый институт может позволить себе производить некоторые эксперименты. Поэтому в настоящее время большую роль играет теоретический метод исследования физических явлений, то есть описание с помощью математических формул, которые выражают известные физические законы.

Все физические законы, которые нам известны в настоящее время, имеют математическое выражение в виде формул. Некоторые формулы были установлены путем экспериментального установления зависимостей между физическими величинами, а некоторые были выведены путем теоретических размышлений.

Наиболее распространенные законы, выраженные в математической форме, вы знаете из курса физики для средней школы. Это такие законы как закон Гука, второй закон Ньютона, закон Ома для участка цепи и другие.

Научное познание — это объективно-истинное знание о природе, обществе и человеке, полученное в результате научно-исследовательской деятельности и, как правило, доказанное практикой. Естественно-научное познание структурно состоит из эмпирического и теоретического направлений научного исследования. Отправной точкой любого из этих направлений научного исследования является получение научного, эмпирического факта.
Главным в эмпирическом направлении исследования в некоторых областях естествознания является наблюдение. Наблюдение — это длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений объективного мира. Следующей структурой эмпирического направления познания является научный эксперимент. Эксперимент — это научно поставленный опыт, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в точно учитываемые условия. Отличительной особенностью научного эксперимента является то, что его способен воспроизвести каждый исследователь в любое время и получить предсказуемый результат, поэтому любой ученый может проверить результаты эксперимента других ученых или уточнить их. Найти аналогии в различиях — необходимый этап научного исследования. Эксперимент может быть проведен на моделях, т. е. на телах, размеры и масса которых пропорционально изменены по сравнению с реальными телами. Результаты модельных экспериментов можно считать пропорциональными результатам взаимодействия реальных тел. Возможно проведение мысленного эксперимента, т. е. представить себе тела, которых вообще не существует в реальности, и провести над ними эксперимент в уме. В современной науке надо проводить и идеализированные эксперименты, т. е. мысленные эксперименты с применением идеализаций. На основании эмпирических исследований могут быть сделаны эмпирические обобщения.
На теоретическом уровне познания помимо эмпирических фактов требуются понятия, которые создаются заново или берутся из других разделов науки. Понятие есть мысль, отражающая предметы и явления в их общих и существенных чертах, свойствах сокращенно, концентрированно (например, материя, движение, масса, скорость, энергия, растение, животное, человек и др.).
Важным способом теоретического уровня исследования является выдвижение гипотез. Гипотеза— это особого рода научное предположение о непосредственно наблюдаемых или вообще неизвестных формах связи явлений или причинах, производящих эти явления. Гипотеза как предположение выдвигается для объяснения фактов, которые не укладываются в имеющиеся законы и теории. Она выражает прежде всего процесс становления знания, в теории же в большей степени фиксируется достигнутый этап в развитии науки. При выдвижении какой-либо гипотезы принимается во внимание не только ее соответствие эмпирическим данным, но и некоторые методологические принципы, получившие название критериев простоты, красоты, экономии мышления и т. п. После выдвижения определенной гипотезы исследование опять возвращается на эмпирический уровень для ее проверки. Цель — проверка следствий из этой гипотезы, о которых ничего не было известно до ее выдвижения. Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то она приобретает статус закона природы, если нет — считается отвергнутой.
Закон природы является наилучшим выражением гармонии мира. Закон — внутренняя причинная, устойчивая связь между явлениями и свойствами различных объектов, отражающая отношения между объектами. Если изменения одних объектов или явлений (причина) вызывает вполне определенное изменение других (следствие), то это означает проявление действия закона. Например, периодический закон Д. И. Менделеева устанавливает связь между зарядом атомного ядра и химическими свойствами данного химического элемента. Совокупность нескольких законов, относящихся к одной области познания, называется научной теорией.
Принцип фальсифицируемости научных положений, т. е. их свойство быть опровергаемыми на практике, остается в науке непререкаемым. Эксперимент, который направлен на опровержение данной гипотезы, носит название решающего эксперимента. Естествознание изучает мир с целью творения законов его функционирования, как продуктов человеческой деятельности, отражающих периодически повторяющиеся факты действительности.
Итак, наука строится из наблюдений, экспериментов, гипотез, теорий и аргументации. Наука в содержательном плане — это совокупность эмпирических обобщений и теорий, подтверждаемых наблюдением и экспериментом. Причем творческий процесс создания теории и аргументации в их поддержку играет в науке не меньшую роль, чем наблюдение и эксперимент.

Эмпирический и теоретический уровни знания различаются по предмету, средствам и результатам исследования. Знание — проверенный практикой результат познания действительности, верное отражение действительности в мышлении человека. Различие между эмпирическим и теоретическим уровнями исследований не совпадает с различием между чувственным и рациональным познанием, хотя эмпирический уровень преимущественно чувственен, а теоретический рационален.
Структура научного исследования, описанная нами, представляет собой в широком смысле способ научного познания или научный метод как таковой. Метод — это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата. Метод не только уравнивает способности людей, но также делает их деятельность единообразной, что является предпосылкой для получения единообразных результатов всеми исследователями. Выделяются эмпирические и теоретические методы (табл. 2.1). К эмпирическим методам относятся:
Наблюдение — это длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений объективного мира. Можно выделить два вида наблюдения — непосредственное и с помощью приборов. При осуществлении наблюдения с помощью соответствующих приборов в микромире требуется обязательный учет свойств самого прибора, его рабочей части, характера взаимодействия с микрообъектом.
Описание — это результат наблюдения и эксперимента, состоящий в фиксировании данных с помощью определенных систем обозначений, принятых в науке. Описание как метод научного исследования производится как путем обычного языка, так и специальными средствами, составляющими язык науки (символы, знаки, матрицы, графики и т. д.). Важнейшими требованиями к научному описанию являются точность, логическая строгость и простота.
Измерение представляет собой познавательную операцию, обеспечивающую численное выражение измеряемых величин. Оно осуществляется на эмпирическом уровне научного исследования и включает количественные эталоны и стандарты (вес, длина, координаты, скорость и т. д.). Измерение осуществляется субъектом как непосредственно, так и опосредованно. В связи с этим оно делится на два вида: прямое и косвенное. Прямое измерение представляет собой непосредственное сравнение измеряемого объекта или явления, свойства с соответствующим эталоном; косвенное определение величины измеряемого свойства на основе учета определенной зависимости от других величин. Косвенное измерение помогает производить определение величин в таких условиях, когда непосредственное измерение усложнено или невозможно. Например, измерение тех или иных свойств многих космических объектов, галактических микропроцессов и т. д.
Сравнение — сопоставление объектов с целью выявления признаков сходства или признаков различия между этими объектами. Известный афоризм гласит: "Все познается в сравнении". Для того чтобы сравнение было объективным, оно должно отвечать следующим требованиям:

1. сравнивать необходимо сопоставимые явления и предметы (например, нет смысла сравнивать человека с треугольником или животное с метеоритом и т. д.);
2. сравнение должно осуществляться по наиболее важным и существенным признакам, так как сравнение по несущественным признакам может привести и заблуждению.

Эксперимент — научно поставленный опыт, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в точно учитываемые условия, что дает возможность изучать их влияние на объект в чистом виде. В отличие от наблюдения эксперимент характеризуется вмешательством исследователя в положение изучаемых объектов благодаря активному воздействию на предмет исследования. Он широко распространен в физике, химии, биологии, физиологии и других естественных науках. Эксперимент приобретает все большее значение в социальных исследованиях. Однако здесь его значение ограничено, во-первых, моральными, гуманистическими соображениями, во-вторых, тем, что большинство социальных явлений нельзя воспроизвести в лабораторных условиях, и, в-третьих, тем, что многие социальные явления невозможно многократно повторять, изолировать от других общественных явлений. Итак, эмпирическое изучение является исходным для формирования научных законов, на этой ступени объект подвергается первичному осмыслению, выявляются его внешние особенности и некоторые закономерности (эмпирические законы).
Моделирование — изучение объекта путем создания и исследования его модели (копии), замещающей оригинал, с определенных сторон, интересующих исследователя. В зависимости от способа воспроизведения, т. е. от тех средств, при помощи которых строится модель, все модели могут быть разделены на два вида: "действующие", или материальные модели; "воображаемые", или идеальные модели. К материальным моделям можно отнести макеты моста, плотины, здания, самолета, корабля и т. д. Они могут быть построены из того же материала, что и изучаемый объект, или на основе чисто функциональной аналогии. Идеальные модели подразделяются на мысленные конструкции (модели атома, галактики), теоретические схемы, воспроизводящие в идеальной форме свойства и связи исследуемого объекта, и знаковые (математические формулы, химические знаки и символики и др.). Особо выделяются кибернетические модели, которые заменяют еще недостаточно изученные управляющие системы, помогают исследовать законы функционирования данной системы (например, моделирование отдельных функций человеческой психики).
К научным методам теоретического уровня исследований относятся:
Формализация — отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях, т. е. построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. Формализация играет важную роль в анализе, уточнении и экспликации научных понятий. Она неразрывно связана с построением искусственных или формализованных научных законов.
Аксиоматизация — построение теорий на основе аксиом-утверждений, доказательства истинности которых не требуется. Истинность всех утверждений аксиоматической теории обосновывается в результате строгого соблюдения дедуктивной техники вывода (доказательства) и нахождения (или построения) интерпретации формализации аксиоматических систем. При самом же построении аксиоматики исходят из того, что принятые аксиомы — истины. Анализ — фактическое или мысленное расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства, отношения или связи) с целью его всестороннего изучения. Анализ, разлагая предметы на части и изучая каждую из них, должен обязательно рассматривать их не сами по себе, а как части единого целого.
Синтез — фактическое или мысленное воссоединение целого из частей, элементов, сторон и связей, выделенных с помощью анализа. С помощью синтеза мы восстанавливаем предмет как конкретное целое во всем многообразии его проявлений. В естественных науках анализ и синтез применяются не только теоретически, но и практически. В социально-экономических и гуманитарных исследованиях предмет исследования подвергается лишь мысленному расчленению и воссоединению. Анализ и синтез как методы научного исследования выступают в органичном единстве.
Индукция — метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод о свойствах предметов и явлений строится на основе отдельных фактов или частных посылок. Так, например, переход от анализа фактов, явлений к синтезу полученных знаний осуществляется методом индукции. С помощью индуктивного метода можно получить знание не достоверное, а вероятное, причем различной степени точности.
Дедукция — это переход от общих рассуждений или суждений к частным. Вывод новых положений с помощью законов и правил логики. Дедуктивный метод имеет первостепенное значение в теоретических науках как орудие их логического упорядочения и построения, особенно когда известны истинные положения, из которых можно получить логически необходимые следствия.
Обобщение — логический процесс перехода от единичного к общему, от менее общего к более общему знанию, при этом устанавливаются общие свойства и признаки исследуемых объектов. Получение обобщенного знания означает более глубокое отражение действительности, проникновение в ее сущность.

Аналогия — прием познания, который представляет собой умозаключение, в ходе которого на основе сходства объектов в одних свойствах, связях делается вывод об их сходстве и в других свойствах, связях. Умозаключение по аналогии играет существенную роль в развитии научного познания. Многие важные открытия в сфере естествознания были сделаны путем переноса общих закономерностей, свойственных одной области явлений, на явления другой области. Так, X. Гюйгенс на основании аналогии свойства света и звука пришел к выводу о волновой природе света; Дж. К. Максвелл распространил этот вывод на характеристику электромагнитного поля. Выявление определенного сходства отражательных процессов живого организма и некоторых физических процессов способствовало созданию соответствующих кибернетических устройств.
Математизация — это проникновение аппарата математической логики в естественные и другие науки. Математизация современного научного знания характеризует его теоретический уровень. С помощью математики формулируются основные закономерности развития естественно-научных теорий. Математические методы находят широкое применение и в социально-экономических науках. Создание (под непосредственным влиянием практики) таких отраслей, как линейное программирование, теория игр, теория информации и появление электронных математических машин открывает совершенно новые перспективы.
Абстрагирование — метод познания, при котором происходит мысленное отвлечение и отбрасывание тех предметов, свойств и отношений, которые затрудняют рассмотрение объекта исследования в "чистом" виде, необходимом на данном этапе изучения. Посредством абстрагирующей работы мышления возникли все понятия, категории естественных и социально-экономических наук: материя, движение, масса, энергия, пространство, время, растение, животное, биологический вид, товар, деньги, стоимость и др.
Кроме рассмотренных нами эмпирических и теоретических методов существуют общенаучные методы исследования, к которым можно отнести следующие.
Классификация — разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком.
Гипотетико-дедуктивный метод — один из методов рассуждения, основанный на выведении (дедукции) заключений из гипотез и других посылок, истинное значение которых неопределенно. Данный метод настолько глубоко проник в методологию современного естествознания, что нередко его теории рассматриваются как тождественное с гипотетико-дедуктивной системой. Гипотетико-дедуктивная модель довольно хорошо описывает формальную структуру теорий, однако она не учитывает ряд других особенностей и функций, а также игнорирует генезис гипотез и законов, являющихся посылками. Результат гипотетико-дедуктивного рассуждения имеет лишь вероятный характер, так как его посылками служат гипотезы, а дедукция переносит вероятность их истинности на заключение.
Логический метод — это метод воспроизведения в мышлении сложного развивающего объекта в форме определенной теории. При логическом исследовании объекта мы отвлекаемся от всех случайностей, несущественных фактов, зигзагов, из которых вычленяется самое главное, существенное, определяющее общий ход и направленность развития.
Исторический метод — это когда воспроизводятся все детали, факты познаваемого объекта во всем конкретном многообразии исторического развития. Исторический метод предполагает исследование конкретного процесса развития, а логический метод — исследование общих закономерностей движения объекта познания.
Большое значение в современной науке приобрели статистические методы, позволяющие определять средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов.
Итак, на теоретическом уровне осуществляется объяснение объекта, раскрываются его внутренние связи и сущностные процессы (теоретические законы). Если эмпирическое познание является исходным для формирования научных законов, то теория позволяет объяснить эмпирический материал. Оба эти уровня познания тесно связаны между собой. Общими для них являются и те формы, в которых осуществляются чувственные образы (ощущения, восприятия, представления), и рациональное мышление (понятия, суждения и умозаключения).

Вопросы на повторение

1. Что называется механическим движением?

2. Какими величинами характеризуется механическое движение?

3. Какие две характеристики имеет векторная величина?

4. Какие из характеристик движения являются векторными, а какие скалярными?

5. По какой формуле находится скорость при равномерном прямолинейном движении?

6. По какой формуле находится средняя скорость и к какой вид движения она характеризует (равномерное или неравномерное)?

7. Какое движение называется равноускоренным прямолинейным движением?

8. Что такое ускорение?

9. По какой формуле определяется координата тела при равномерном движении?

10. По какой формуле определяется координата тела при равноускоренном прямолинейном движении?

11. По какой формуле определяется скорость тела при равноускоренном прямолинейном движении?

Силы трения, упругости, тяжести.

Понятие силы первоначально возникло из ощущения мышечного напряжения. Чтобы поднять камень, сдвинуть лодку, натянуть тетиву лука и т. д. требуется некоторое напряжение мышц, различное в разных случаях. Степень этого напряжения и оценивалась силой. Можно привести примеры ряда выражений, где и сейчас слово «сила» применяется в своем первоначальном смысле: сильный человек, сделать отчаянное усилие, у меня силы на исходе, и т. д. Затем люди убедились, что понятие силы может служить и для характеристики воздействия одних тел на другие. Так появились понятия: сильный ветер, сильное течение, сильный удар, как характеристики внешних воздействий, равносильных мышечному усилию.

В дальнейшем термин «сила» стал трактоваться весьма широко. Возникли выражения: «сила воли», «сила духа» и т. д. До сих пор пользуются рядом терминов, таких, например, как «сила света», «электродвижущая сила», «лошадиная сила» и т. д. хотя эти понятия ничего общего с силой не имеют.

Термин «сила» в механике применяется только в его прямом смысле – как мера взаимодействия тел.

Сила – это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического действия на рассматриваемое тело со стороны других тел.

Механическое воздействие на данное тело со стороны других тел может осуществляться двумя способами: 1) непосредственно, 2) на расстоянии

Непосредственное действие другие тела оказывают на данное тело, например, путем столкновений, давления и прочих воздействий.

Когда говорят, что на тело оказывается действие на расстоянии, то речь идет о действии на тело различных полей.

Среди сил, которые порождают различные поля можно выделить: 1) силы гравитационного притяжения, 2) электромагнитные силы, 3) ядерные силы (действующие между атомными ядрами), 4) силы, порождающие слабые взаимодействия (отвечают за превращения одних элементарных частиц в другие).

От ядерных сил и слабых взаимодействий легко освободиться, так как они короткодействующие и проявляются лишь на расстояниях, меньших примерно 10^-12 см. Электромагнитные и гравитационные силы являются дальнодействующими и с расстоянием убывают медленно. Вообще говоря, ядерные силы являются самыми мощными в природе.

В отсутствии электромагнитных полей всегда можно убедиться, так как они действуют по-разному на положительные и отрицательные заряды, из которых состоят тела. Под действием таких полей возникло бы разделение зарядов, которое можно было бы обнаружить на опыте.

Про гравитационные поля такого сказать нельзя. Гравитационные силы являются самыми мощными, но оказывают сильное влияние только тогда, когда размеры одного из тел сравнимы с размерами планеты. В обычных условиях гравитационные силы являются слишком слабыми и не оказывают заметного влияния, поэтому их еще не обнаружили экспериментально.

Говорят, что сила полностью определена, если указаны ее следующие параметры:

1. Направление действия силы

2. Значение модуля силы, то есть ее величина

3. Точка ее приложения

Измерить силу можно при помощи прибора, который называется динамометром.

Механическое взаимодействие тел, рассматриваемое в механике, обусловлено следующими типами сил:

1. Сила, вызванная деформацией тел, называемая упругой, например, взаимодействие тела с нитью или пружиной, на которой оно подвешено. Силу упругости можно расcчитать используя закон Гука: F_упр. = - κΔl: при упругой деформации растяжения (сжатия) сила упругости пропорциональна вектору удлинения (сжатия) и противоположна ему по направлению. κ – коэффициент упругости (жесткость) пружины. Таким образом, закон Гука справедлив только для упругих деформаций. Кроме упругих деформаций есть еще деформации пластические. Упругими называются деформации, при которых тело восстанавливает свои первоначальные размеры и форму после прекращения действия на него внешних сил. Например, упругой является деформация обычной стирательной резинки. Деформации, при которых, тело не сохраняет свои первоначальные размеры и форм после прекращения воздействия внешних сил, называются упругими. Такие деформации, например, имеют место при лепке из гипса или пластилина.

2. Силы, действующие со стороны тела на поверхность (опору) и со стороны опоры на тело называются силой давления и силой реакции опоры соответственно. Обычно эти силы раскладываются по двум взаимно перпендикулярным направлениям: по нормали к поверхности соприкосновения и по касательной. Составляющие сил давления и реакции опоры по нормали называются силами нормального давления. Составляющие сил взаимодействия тел вдоль касательной называются силами трения. Существуют различные виды трения: сухое трение и вязкое трение. Сухое трение в свою очередь, также бывает нескольких видов: трение покоя, трение скольжения и трение качения. Сила трения скольжения возникает между соприкасающимися поверхностями тел при их движении друг относительно друга. Сила трения покоя возникает, когда тело находится в покое, и она никогда не может быть больше приложенной силы, так как движение тела в направлении, противоположном действию приложенной силы никогда не возникает. Сила трения покоя может увеличиваться лишь до определенного предела и этого предела она достигает в тот момент, когда тело начинает скользить под действием приложенной силы. Модуль и направление силы трения покоя определяются модулем и направлением той внешней силы, которую она уравновешивает. Таким образом: сила трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению той внешней силе, которая стремится вызвать скольжение одного тела по другому. Иначе говоря, сила трения покоя действует на тело навстречу тому направлению, в котором возникло бы скольжение, если бы сила трения покоя отсутствовала. Сила трения определяется по формуле: F_тр. = - μN, где N - сила, с которой тело давит на пол, μ – коэффициент трения. Сила, действующая со стороны поверхности на катящееся по ней тело, называется силой трения качения. При той же силе давления сила трения качения много меньше силы трения скольжения. Если твердое тело находится внутри жидкости или газа, то вся его поверхность соприкасается с частицами жидкости или газа. При движении тела на него со стороны жидкости или газа действуют силы, направленные навстречу движению. Эти силы называют силами сопротивления среды. Как и силы трения, силы сопротивления среды всегда направлены против движения. Сопротивление среды можно рассматривать как один из видов трения. Особенностью сил трения в жидкости или газе является отсутствие сил трения покоя. Силы сопротивления среды при движении тела внутри жидкости или газа называют силами вязкого трения. Силу вязкого трения можно определить по формуле Стокса:F = 6πηvr, где η – коэффициент вязкого трения, v – скорость, r – характерный размер тела. Сила вязкого трения зависит от размеров и формы тела, от скорости его движения и свойств жидкости или газа, в которых тело движется.

3. На все тела, которые находятся на Земле, всегда действует по крайней мере одна сила – это сила тяжести. Она определяется по формуле: F_т = m∙g, где m – масса тела, g - ускорение свободного падения тела. Принято считать, что сила тяжести приложена к центру масс тела. Центр масс – это точка, в которой сосредоточена вся масса тела. При взаимодействии тела с горизонтальной опорой или с нитью, сила, действующая на опору, называется весом тела. Вес тела обозначают буквой P. Принято считать, что вес тела всегда приложен к опоре. Таким образом, вес тела и сила тяжести – совершенно разные силы. Они приложены к разным телам. Вес тела приложен к опоре, а сила тяжести – к телу.

Задачи:

1. Трактор, сила тяги которого на крюке 15 кН, сообщает прицепу ускорение 0,5 м/с². Какое ускорение сообщит этому же прицепу трактор, развивающий тяговое усилие 60 кН?

2. Сила в 60 Н сообщает телу ускорение 0,8 м/с². Какая сила сообщит этому телу ускорение 2 м/с²?

3. Тело массой 4 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение 2 м/с². Какое ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием такой же силы?

4. Порожний грузовой автомобиль массой 4т начал движение с ускорением 0,3 м/с². Какова масса груза, принятого автомобилем, если при той же силе тяги он трогается с места с ускорением 0,2 м/с²?

5. Заполните таблицу, где а ускорение, которое приобретает тело массой m под действием силы F.

Справочные данные: 1 см = 0,01м, 1 км = 1000 м, 1 г = 0,001 кг, 1 мН = 0,001 Н 1 кН = 1000 Н

6. С каким ускорением двигался при разбеге реактивный самолет массой 60 т, если сила тяги двигателей 90 кН?

7. Масса легкового автомобиля равна 2 т, а грузового 8 т. Сравнить ускорения автомобилей, если сила тяги грузового автомобиля в 2 раза больше, чем легкового.

8. Мяч массой 0,5 кг, после удара, длящегося 0,02 с, приобретает скорость 10 м/с. Найти среднюю силу удара.

9. Боевая реактивная установка БМ-13 (катюша) имела длину направляющих балок 5 м, массу каждого снаряда 42,5 кг и силу реактивной тяги 19,6 кН. Найти скорость схода снаряда с направляющей балки.

10. Порожнему прицепу тягач сообщает ускорение а₁ = 0,4 м/с², а груженому а₂ = 0,1 м/с². Какое ускорение сообщит тягач обоим прицепам, соединенным вместе? Силу тяги тягача считать во всех случаях одинаковой.

11. В известных опытах Отто фон Герике (1654 г.) с магдебургскими полушариями по изучению атмосферного давления, чтобы разнять два полушария, из которых был выкачан воздух, впрягали 16 лошадей (по 8 к каждому полушарию). Можно ли обойтись меньшим количеством лошадей?

12. Какие силы надо приложить к концам проволоки, жесткость которой 100 кН/м, чтобы растянуть ее