Билет 7 Силы трения скольжения. Сила упругости. Закон Гука.

Сила сопротивления, возникающая при перемещении одного тела относительно другого, называется силой трения.

F – сила трения покоя, если внешняя сила недостаточна для относительного перемещения тел.

F – сила трения скольжения, если под действием силы происходит относительное перемещение тел.

F – сила трения качения, если одно тело катится по поверхности другого.

F=μ·N, где N – сила давления, μ – коэффициент трения скольжения.

Коэффициент трения скольжения зависит: от площади соприкосновения трущихся поверхностей (медленно возрастает с её увеличением); от скорости относительного движения поверхностей (может, как возрастать, так и убывать с ростом скорости в зависимости от материала поверхностей).

Силу трения скольжения можно уменьшить во много раз с помощью смазки – чаще всего тонкого слоя жидкости (обычно того или иного сорта минерального масла) между трущимися поверхностями.

Сила, возникающая при деформации тела и направленная в сторону, противоположную смещению частиц тела при деформации.

Деформация – это изменение формы или объёма тела.

Типы деформаций: растяжение (сжатие), сдвиг, изгиб, кручение.

Упругая деформация – исчезает после прекращения действия внешних сил.

Пластические – не исчезают после прекращения действия внешних сил.

Закон Гука: Сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации. F=k·|Δℓ|, где k – коэффициент жёсткости, Δℓ - удлинение тела. При проекции на ось Х закон Гука принимает вид: F= - kx, где x=Δℓ - удлинение тела (x>0 при деформации растяжения, x<0 при деформации сжатия).

Жёсткость тела зависит от формы и размеров тела и от материала, из которого оно изготовлено. Единица измерения [Н/м].

Закон Гука применяется только для упругих деформаций.

Билет № 7

Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энер­гия. Закон сохранения механической энергии.

Работой A постоянной силы F называется физическая величина, равная произведению модулей сил и перемещения, умноженному на косинус угла α между векторами силы F и перемещения s: A=Fscosα.

Работа положительна, если угол α между векторами силы F и вектором перемещения меньше 90°. При значениях угла 90°<α≤ 180° работа силы отрицательна. Если вектор F перпендикулярен вектору перемещения s, то косинус угла α равен нулю и работа силы F равна нулю. Единица работы в СИ называется джоулем.

Энергия – это величина, характеризующая способность тела совершать работу. В механике различают кинетическуюи потенциальную энергию.

Движущее тело обладает кинетической энергией. Эта энергия равна работе, которую надо совершить, чтобы увеличить скорость тела от нуля до значения υ. Кинетической энергиейназывается величина, равная половине произведения массы на квадрат скорости тела. Е_к = mυ²/2.

Потенциальная энергия – это энергия, обусловленная взаимодействием различных тел или частей одного и того же тела. Она зависит от взаимного расположения тел или величины упругой деформации тела. Е_р = mgh. Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел.

Потенциальная энергия поднятого над Землёй тела – это энергия взаимодействия тела и Земли гравитационными силами. Потенциальная энергия упруго деформированного тела – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

В замкнутой системе тел положительная работа внутренних сил увеличивает кинетическую энергию и уменьшает потенциальную. Отрицательная работа, напротив, увеличивает потенциальную энергию и уменьшает кинетическую. Именно благодаря этому выполняется закон сохранения энергии: В замкнутой системе, в которой действуют консервативные силы, механическая энергия сохраняется.

Е = Е_к + Е_р = const.

Это понятие было введено в 1847 г. 26-летним немецким учёным Гельмгольцем. Что происходит с полной механической энергией по мере движения тела? Рассмотрим простое явление. Бросим вертикально вверх мяч. Придав мячу скорость, мы тем самым сообщим ему некоторую кинетическую энергию. По мере движения мяча вверх его движение будет замедляться притяжением Земли и скорость, а вместе с ней и кинетическая энергия мяча будет становиться всё меньше и меньше. Потенциальная же энергия мяча вместе с высотой будет при этом возрастать. В высшей точке траектории (на максимальной высоте) потенциальная энергия мяча достигнет наибольшего значения, а кинетическая энергия окажется равной нулю. После этого мяч начнёт падать вниз, постепенно набирая скорость. Кинетическая энергия при этом начнёт увеличиваться, а потенциальная энергия (из-за уменьшения высоты) – убывать. В момент удара о землю кинетическая энергия мяча достигнет максимального значения, а потенциальная обратится в нуль.

Итак, когда кинетическая энергия тела уменьшается, потенциальная возрастает, и наоборот, когда кинетическая энергия тела увеличивается, его потенциальная энергия убывает. Изучение свободного падения тела (в отсутствие сопротивления воздуха) показывает, что всякое уменьшение одного из видов энергии сопровождается равным увеличением другого вида энергии. Полная же механическая энергия тела при этом сохраняется. В этом состоит закон сохранения механической энергии: ПОЛНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ТЕЛА, НА КОТОРОЕ НЕ ДЕЙСТВУЮТ СИЛЫ ТРЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ, В ПРОЦЕССЕ ЕГО ДВИЖЕНИЯ ОСТАЁТСЯ НЕИЗМЕННОЙ.

Билет8