Сила – векторная физическая величина, характеризующая взаимодействие, являющаяся его мерой и равная произведению массы тела m на его ускорение а. Механическое взаимодействие тел

В результате этого взаимодействия может происходить изменение кинематического состояния материальных тел, т.е. не только изменение их положения в пространстве, но и изменение скоростей точек тела. Это определение ускоряющего свойства силы будет развито в динамике. В задачах статики мы будем понимать под силой действие одного тела на другое, выражающееся в виде давления, притяжения или отталкивания.

Простейшим примером силы является сила тяжести. Эта сила, с которой всякое тело притягивается Землей, в результате чего несвободное тело оказывает на свою опору давление (статическое действие силы), а, будучи свободным, падает на Землю с ускорением g (динамическое действие силы).

Рис. 1

Сила – величина векторная , поэтому графически изображается вектором (рис. 1). Обычно начало или конец вектора совпадает с точкой приложения силы; прямая, вдоль которой направлен вектор, изображающий силу, называется линией действия силы ; стрелка на конце вектора показывает, в какую сторону действует сила.

Длина вектора в принятом масштабе определяет численную величину (модуль) силы.

Таким образом, действие силы на тело определяется тремя факторами: численным значением (модулем), направлением вдоль линии действия и точкой приложения .

Замечание: на приведенных рисунках векторы сил условимся обозначать буквами F , R , G , и др. без стрелки (черты) сверху, так как изображение силы отрезком прямой со стрелкой на конце и есть вектор силы.

Точка приложения силы и точка приложения составляющих этой силы одна и та же. При разложении силы на составляющие необходимо выделить точку приложения.

Модуль или численное значение силы в системе СИ измеряется в ньютонах (Н). Иногда используют техническую систему МКГСС – килограмм-сила (кГс). 1 кГс = 9,81Н или 1Н ≈ 0.1 кГс.

Силы, действующие на твердое тело (или систему тел), делятся на внешние и внутренние силы.

Внешними называются силы (нагрузки), действующие на частицы данного тела (или на тела системы) со стороны других материальных тел (F е ). По условиям приложения различают нагрузки объемные и поверхностные. Объемными называются силы, распределенные по всему объёму тела. К объемным силам относятся: силы тяжести, силы инерции и магнитные воздействия и т.п.

Если внешние силы являются результатом непосредственного взаимодействия тела с другими телами (твердыми, жидкими или газообразными), то они прикладываются только по площадкам контакта и называются поверхностными .

Внутренними называются силы, с которыми частицы данного тела действуют друг на друга (F i ).

Поверхностные силы делятся на сосредоточенные силы и равномерно (неравномерно) распределённую нагрузку.

Сила, приложенная к телу в какой-нибудь одной его точке, называется сосредоточенной . Понятие о сосредоточенной силе является условным, так как практически приложить силу к телу в одной точке нельзя. Силы, которые в механике рассматриваются как сосредоточенные, представляют собою по существу равнодействующие некоторых систем распределённых сил.

Силы могут быть распределены по поверхности тела (например, давление газа в сосуде, снеговая нагрузка на кровлю здания, ветровая нагрузка, давление жидкости в резервуаре и др.) и по его длине (например, вес балки условно можно считать равномерно распределённым по его длине).

а ) силой, равномерно распределенной по прямой (рис. 2) – . Для такой системы сил интенсивность нагрузки q имеет постоянное значение. (q – интенсивность сплошной нагрузки (плотность распределения силы), она имеет размерность силы, деленной на длину [Н/м]). Принято условно изображать распределенную нагрузку над брусом, если она действует сверху вниз, и изображать под брусом, если она действует снизу вверх. При статических расчетах эту систему сил можно заменить равнодействующей Q . По модулю Q = q×l . Приложена сила Q в центре тяжести участка.

Рис. 2

б ) силой, распределенной вдоль отрезка прямой по линейному закону –

Рис. 3

В этом случае равнодействующая сила определяется как площадь треугольника по формуле:

Линия действия равнодействующей смещается в сторону больших значений интенсивности и проходит через центр тяжести площади треугольника, (пересечение медиан), который находится на расстоянии l /3 от стороны ВС эпюрного треугольника АВС . Примером такой нагрузки может служить силы давления воды на плотину, имеющие наибольшее значение у дна и падающие до нуля у поверхности воды.

В задачах, где распределенная нагрузка изменяется по трапециевидному закону, ее можно заменить одной сосредоточенной силой, проходящей через центр тяжести трапеции и равной по модулю площади трапеции, или разбить трапецию на треугольник и прямоугольник, после чего для каждой из частей найти равнодействующую, т.е. заменить трапецию двумя сосредоточенными силами.

в) общий случай - неравномерная криволинейно распределенная нагрузка.

Рис. 4

Равнодействующую сплошной нагрузки получаем интегрированием по длине участка:

;

Точка приложения сосредоточенной силы Q:

Внешние силы бывают активные и реактивные. Активные силы (нагрузка) вызывают перемещение тела, реактивные стремятся противодействовать перемещению тела под действием внешних сил.

2014-05-28

Физические тела могут оказывать существенное влияние друг на друга, то есть взаимодействовать. Результатом этого взаимодействия может быть то, что тела деформируются, меняют скорость или направление своего движения. (Демонстрация столкновения двух тележек, движущихся в одном направлении с различными скоростями или навстречу друг другу.)

— Можете ли вы привести другие примеры взаимодействий?

— Количественной мерой взаимодействия тел является сила. Сила является векторной величиной, то есть характеризуется не только числом, но и направлением и точкой приложения (можно предложить учащимся открыть плотно закрытую дверь, прикладывая силу в разных точках). Силу измеряют динамометром в единицах ньютонах (Н), названных так в честь английского физика Исаака Ньютона, и обозначают буквой — F. (Учеников можно более подробно ознакомить с биографией ученого.) Различают силу тяжести, силу упругости, силу трения и другие силы электрического и магнитного происхождения.

Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает к себе все тела. Благодаря этому притяжению все тела, поднятые над Землей и затем брошены, падают вниз; в реках течет вода; подпрыгнув вверх, мы опускаемся на Землю. Опытами установлено, что сила притяжения прямо пропорциональна массе тела. Если массы тел одинаковы, то одинаковы и силы тяжести, действующие на них. О теле большей массы мы говорим, что оно тяжелее. О телах, массы которых различны, мы говорим, что одно труднее, второе — легче.

Деформация — это изменение формы или объема тела. (Демонстрация упругой и пластической деформации.)

Сила упругости — это сила, возникающая при деформации тела и направлена в сторону, противоположную перемещению частиц тела при деформации. Если тело подвесить к пружине или нити, то растяжение пружины или нити прекратится тогда, когда значение сил упругости и тяжести будут одинаковы.

Электризация — это процесс, в результате которого тела приобретают свойства притягивать другие тела. Электрический заряд передается через трения или прикосновения. При электризации каждое тело приобретает своего заряда. Стеклянная палочка, потертая о шелк, приобретает положительный заряд (+), а шелк при этом заряжается отрицательно (-). Эбонит, потертый о шерсть, заряжается отрицательно (-), а сама шерсть при этом — положительно (+). Разноименно заряженные тела притягиваются, а одноименно заряженные — отталкиваются. (Демонстрация электризации трением и взаимодействия заряженных тел.) Следует ознакомить учащихся с применением электризации в быту и на производстве; с ее полезными свойствами и негативными последствиями. Можно напомнить им о том, что на уроках физики уже говорилось об электрических явлениях, в том числе о молнии. Также нужно напомнить о магнитных явлениях (демонстрация взаимодействия магнитов, магнитных стрелок и притяжения магнитами железных и стальных предметов).

Взаимодействие тел. Опыт показывает, что при сближении тел (или систем тел) характер их поведения меняется. Поскольку эти изменения носят взаимный характер, говорят, что тела взаимодействуют друг с другом . При разведении тел на очень большие расстояния (на бесконечность) все известные на сегодняшний день взаимодействия исчезают.

Галлилей первым дал правильный ответ на вопрос, какое движение характерно для свободных (т.е. не взаимодействующих тел). Вопреки существующему тогда мнению, что свободные тела “стремятся” к состоянию покоя (), он утверждал, что при отсутствии взаимодействия тела находятся в состоянии равномерного движения (
), включающего покой как частный случай.

Инерциальные системы отсчета. В рамках формального математического подхода, реализуемого в кинематике, утверждение Галилея выглядит бессмысленным, поскольку равномерное в одной системе отсчета движение может оказаться ускоренным в другой, которая “ничем не хуже” исходной. Наличие взаимодействия позволяет выделить особый класс систем отсчета, в которых свободные тела движутся без ускорения (в этих системах большинство законов природы имеют наиболее простую форму). Такие системы называются инерциальными.

Все инерциальные системы эквивалентны друг другу, в любой из них законы механики проявляются одинаково. Это свойство было также отмечено Галилеем в сформулированном им принципе относительности: никаким механическим опытом в замкнутой (т.е. не сообщающейся с внешним миром) системе отсчета невозможно установить покоится ли она или равномерно движется. Любая система отсчета, равномерно движущаяся относительно инерциальной тоже является инерциальной.

Между инерциальными и неинерциальными системами отсчета существует принципиальное отличие: находящийся в замкнутой системе наблюдатель способен установить факт движения с ускорением последних, “не выглядывая наружу”(напр. при разгоне самолета пассажиры ощущают, что их “вдавливает” в кресла). В дальнейшем будет показано, что в неинерциальных системах геометрия пространства перестает быть евклидовой.

Законы Ньютона как основа классической механики. Сформулированные И.Ньютоном три закона движения в принципе позволяют решить основную задачу механики , т.е. по известным начальному положению и скорости тела определить его положение и скорость в произвольный момент времени.

Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета.

Второй закон Ньютона утверждает, что в инерциальных системах ускорение тела пропорционально приложенной силе , физической величине, являющейся количественной мерой взаимодействия. Величину силы, характеризующей взаимодействие тел, можно определить, например, по деформации упругого тела, дополнительно введенного в систему так, что взаимодействие с ним полностью компенсирует исходное. Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением называют массой тела :

(1) F= ma

Под действием одинаковых сил тела с большей массой приобретают меньшие ускорения. Массивные тела при взаимодействии в меньшей степени меняют свои скорости, “стремясь сохранить естественное движение по инерции”. Иногда говорят, что масса является мерой инертности тел (рис. 4_1).

К классическим свойствам массы следует отнести 1) ее положительность (тела приобретают ускорения в направлении приложенных сил), 2) аддитивность (масса тела равна сумме масс его частей), 3) независимость массы от характера движения (напр. от скорости).

Третий закон утверждает, что взаимодействия оба объекта испытывают действия сил, причем эти силы равны по величине и противоположно направлены.

Типы фундаментальных взаимодействий. Попытки классификации взаимодействий привели к идее выделения минимального набора фундаментальных взаимодействий , при помощи которых можно объяснить все наблюдаемые явления. По мере развития естествознания этот набор менялся. В ходе экспериментальных исследований периодически обнаруживались новые явления природы, не укладывающиеся в принятый фундаментальный набор, что приводило к его расширению (например, открытие структуры ядра потребовало введения ядерных сил). Теоретические же осмысление, вцелом стремящееся к единому, максимально экономному описанию наблюдаемого многообразия, неоднократно приволило к “великим объединениям” внешне совершенно несхожих явлений природы (ньютон понял,что падение яблока и движение планет вокруг Солнца являются результатами проявления гравитационных взаимодействий, Эйнштейн установил единую природу электрических и магнитных взаимодействий, Бутлеров опроверг утверждения о различной природе органических и неорганических веществ).

В настоящее время принят набор из четырех типов фундаментальных взаимодействий :гравитационные, электромагнитные, сильное и слабые ядерные . Все остальные, известные на сегодняшний день, могут быть сведены к суперпозиции перечисленных.

Гравитационные взаимодействия обусловлены наличием у тел массы и являются самыми слабыми из фундаментального набора. Они доминируют на расстояниях космических масштабов (в мега-мире).

Электромагнитные взаимодействия обусловлены специфическим свойством ряда элементарных частиц, называемым электрическим зарядом. Играют доминирующую роль в макро мире и микромире вплоть на расстояниях, превосходящих характерные размеры атомных ядер.

Ядерные взаимодействия играют доминирующую роль в ядерных процессах и проявляются лишь на расстояниях, сравнимых с размером ядра, где классическое описание заведомо неприменимо.

В настоящее время стали весьма популярны рассуждения о биополе , при помощи которого “объясняется” ряд не очень надежно установленных на эксперименте явлений природы, связанных с биологическими объектами. Серьезное отношение к понятию биополя зависит от того, какой конкретный смысл. Вкладывается в этот термин. Если понятие биополя используется для описания взаимодействий с участием биологических объектов, сводящихся к четырем фундаментальным, такой подход не вызывает принципиальных возражений, хотя введение нового понятия для описания “старых” явлений противоречит общепринятой в естествознании тенденции к минимизации теоретического описания. Если же под биополем понимается новый тип фундаментальных взаимодействий, проявляющийся на макроскопическом уровне (возможности существования которого априорно, очевидно, отрицать бессмысленно), то для столь далеко идущих выводов необходимы очень серьезные теоретические и экспериментальные обоснования, сделанные на языке и методами современного естествознания, которые до настоящего времени представлены не были.

Законы Ньютона и основная задача механики. Для решения основной задачи механики (определение положения тела в произвольный момент времени по известным начальному положению и скорости) достаточно найти ускорение тела как функцию времени a (t). Эту задачу решают законы Ньютона (1) при условии известных сил. В общем случае силы могут зависеть от времени, положения и скорости тела:

(2) F=F (r,v, t) ,

т.е. для нахождения ускорения тела необходимо знать его положение и скорость. Описанная ситуация в математике носит название дифференциального уравнения второго порядка :

(3)
,

(4)

В математике показывается, что задача (3-4) при наличии двух начальных условий (положение и скорость в начальный момент времени) всегда имеет решение и притом единственное . Т.о. основная задача механики в принципе всегда имеет решение, однако найти его часто бывает весьма трудно.

Детерминизм Лапласа . Немецкий математик Лаплас применил аналогичную теорему о существовании и единственности решения задачи типа (3-4) для системы из конечного числа уравнений для описания движения всех взаимодействующих друг с другом частиц реального мира и пришел к выводу о принципиальной возможности расчета положения всех тел в любой момент времени. Очевидно, что это означало возможность однозначного предсказанная будущего (хотя бы в принципе) и полную детерменированность (предопределенность) нашего мира. Сделанное утверждение, носящее скорее философский, а не естественно научный характер, получило название детерминизма Лапласа . При желании из него можно было сделать весьма далеко идущие философские и социальные выводы о невозможности влиять на предопределенный ход событий. Ошибочность этого учения состояла в том, что атомы или элементарные частицы (“материальные точки”, из которых составлены реальные тела) на самом деле не подчиняются классическому закону движения (3), верному лишь для макроскопических объектов (т.е. обладающих достаточно большими массами и размерами). Правильное с точки зрения сегодняшней физики описание движения во времени микроскопических объектов, какими являются составляющие макроскопические тела атомы и молекулы, дается уравнениями квантовой механики, , позволяющими определить только вероятность нахождения частицы в заданной точке, но принципиально не дающего возможности расчета траекторий движения для последующих моментов времени.

Сила - это мера механического взаимодействия материальных тел между собой. Взаимодействие характеризуется величиной и на­правлением, т.е. сила есть величина векторная, характеризующа­яся точкой приложения (А), направлением (линией действия), вели­чиной (модулем) (рис. 1.1). Силу измеряют в ньютонах. Рис.1.1

Силы, действующие на тело (или систему тел), делятся на внеш­ние и внутренние. Внешние силы бывают активные и реактивные. Активные силы вызывают переме­щение тела, реактивные стремят­ся противодействовать перемещению тела под действием внешних сил.

Аксиомы статики. В результате обобщения человеческого опыта были установле­ны общие закономерности механического движения, выраженные в виде законов и теорем. Все теоремы и уравнения статики выводятся из нескольких исходных положений. Эти положения называют акси­омами статики.

Тела, ограничивающие перемещение других тел, называют свя­зями.

Силы, действующие от связей и препятствующие перемещению, называют реакциями связей.

Реакция связи всегда направлена с той стороны, куда нельзя перемещаться.

Все связи можно разделить на несколько типов.

Связь – гладкая опора (без трения)

Реакция опоры приложена в точке опоры и всегда направлена перпендикулярно опоре (рис. 1.2).

Гибкая связь (нить, веревка, трос, цепь.) Груз подвешен на двух нитях

Реакция нити направлена вдоль нити от тела, при этом нить может быть только растянута (рис. 1.3).

Рис.1.3 Рис. 1.4

Жёсткий стержень. На схемах стержни изображают толстой сплошной линией (рис. 1.4). Стержень может быть сжат или растянут. Ре­акция стержня направлена вдоль стержня.

Шарнирная опора. Шарнир допускает поворот вокруг точки закрепления. Различают два вида шарниров.

Подвижный шарнир(рис.1.5). Реакция подвижного шарнира направлена перпендикулярно опорной поверхности, т.к не допускается только перемещение поперек опорной поверхности. Реакция подвижного шарнира направлена перпендикулярно опорной поверхности, т.к не допускается только перемещение поперек опорной поверхности.

Рис. 1.5 Рис. 1.6

Неподвижный шарнир. Реакция такой опоры проходит через ось шарнира, но известно по направлению. Ее принято изображать в виде двух составляющих: горизонтальной и вертикальной (Rx ; Ry) (рис. 1.6)

Защемление или “жесткая заделка” (рис. 1.7)

Реактивную силу принято представлять в виде двух составляющих вдоль осей координат R =Rx + Ry

Рис. 1.7 Рис.1.8

Связь в виде шероховатой плоскости

R n – нормальная реакция;

F тр - сила трения, касательная реакция.

Полная реакция равна геометрической сумме: (рис. 1.8)

Связь в виде ребра двухгранного угла или точечной опорой .

Реакция направлена перпендикулярно поверхности тела опоры (рис.1.9)

Задание. Ответить на вопросы.

1. Какие силы системы можно убрать, не нарушая механического состояния тела (рис. 1.10)? Рисунок выполнить.

2. Какая из приведенных систем сил уравновешена на рис.1.11? Рисунок выполнить.

3. Укажите возможное направление реакций в опорах на рис.1.12. Рисунки выполнить.

4. Груз подвешен на стержнях и канатах и находится в равновесии (рис. 1.12). Изобразить систему сил, действующих на шарнир А.

5. Как называются виды опор, представленные на рисунке 1.13 (рисунки не выполнять)?

Самостоятельная работа №2

Тема 1.2 Плоская система сходящихся сил / 3,стр.12-27/

Знать геометрический и аналитический способы определения равнодействующей системы сил, условия равновесия плоской системы сходящихся сил.

Уметь определять равнодействующую, решать задачи на равновесие в геометрической и аналитической формах.

36. По какой формуле вычисляется сила (§20)?

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела и приобретённого им ускорения: F=ma , где F - сила (Н), m - масса тела (кг), a - ускорение (м/с 2).

37. Что такое сила 1 Н (§20)?

Основной единицей силы является ньютон (1 Н). Сила 1 Н – это такая сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с 2 .

38. Что называется деформацией (§21)?

Деформацией называется изменение формы тела под действием силы. Деформация возникает в результате взаимодействия тел.

39. Какая деформация называется упругой (§21)?

Упругой деформацией тела называется такая деформация, которая после действия силы полностью исчезает.

40. Что такое динамометр (силомер) (§21)?

Прибор для измерения силы называется динамометром . В основу работы динамометра положена упругая деформация пружины.

41. Что такое Международная система единиц (§22)?

В большинстве стран мира принята Международная система единиц , сокращённо пишется СИ – система интернациональная . Она построена на базе семи единиц физических величин, называемых основными. Три из них изучаются в 7 классе. Это единицы длины 1 м, времени 1 с и массы 1 кг. Все остальные единицы физических величин называются производными . Например, в СИ единицей скорости является 1 , единицей ускорения 1 , единицей силы 1 Н =1 .

42. Какую силу называют равнодействующей (§23)?

Силу, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называют равнодействующей этих сил. Чтобы найти равнодействующую силу, необходимо найти геометрическую сумму всех сил, действующих на тело.

43. Как найти равнодействующую сил, направленных вдоль одной прямой в одну сторону (§23)?

Модуль равнодействующей сил равен сумме модулей всех действующих сил, если они направлены вдоль одной прямой в одну сторону: F=F 1 +F 2 +F 3 +… Направление равнодействующей сил в этом случае совпадает с направлением действующих сил.

44. Как найти равнодействующую сил, направленных вдоль одной прямой, но в разные стороны (§23)?

Модуль равнодействующей сил равен разности модулей действующих сил, если они направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны: F=F 1 -F 2 . Направлена равнодействующая сил в этом случае в сторону большей по модулю силы.

45. Чему равна равнодействующая двух сил, направленных под прямым углом друг к другу (§23)?

Геометрической суммой двух сил, направленных под прямым углом друг к другу, является диагональ прямоугольника, построенного на действующих на тело силах как его сторонах.

46. Какую силу называют силой упругости (§24)?

Силой упругости F упр называют силу, возникающую в результате деформации тела и стремящуюся вернуть его в исходное состояние.

47. Как читается закон Гука (§24)?

Сила упругости , возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна удлинению тела: F упр = k Δl, где F упр – сила упругости (Н), k – коэффициент жесткости (Н/м), - деформация тела (м). Это уравнение выражает закон Гука (Роберт Гук, 1635-1703, Англия).

48. Какую силу называют силой тяжести (§25)?

Силу, с которой Земля притягивает к себе тела, называют силой тяжести . Сила тяжести вычисляется по формуле: F тяж = mg , где F тяж – сила тяжести (Н), m - масса тела (кг), g =9,8 м/с 2 – ускорение свободного падения.

Сила тяжести всегда действует (приложена) на тело.

49. Как формулируется закон всемирного тяготения (§26)?

Сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: , где F - сила всемирного тяготения (Н ), m 1 , m 2 - массы тел (кг ), r - расстояние между центрами тел (м ), G - гравитационная постоянная (). Впервые значение гравитационной постоянной измерил в 1798 году Генри Кавендиш (1731-1810, Англия) : G = 6,672·10 -11

50. Что называют весом тела (§27)?

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или растягивает подвес. Вес тела принято обозначать буквой P (Н ).

Вес всегда действует (приложен) на опору или подвес, в отличие от силы тяжести, которая действует на тело.

51. Что такое невесомость (§27)?

Невесомость – это состояние, когда у тела отсутствует вес.

Вес тела не имеет постоянного значения. Он может меняться в зависимости от условий, в которых находится тело. Например:

Если лифт находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, то наш вес в лифте равен силе тяжести, действующей на нас: Р = F тяж ;

В начальный момент, когда лифт трогается вверх с ускорением a < g , наш вес увеличивается, т.к увеличивается сила давления на опору (пол лифта): Р > F тяж ;

Когда лифт начнет опускаться вниз с ускорением a < g, наш вес уменьшается, т.к. уменьшается сила давления на опору (пол лифта): Р < F тяж;

Если тело и его опора (или подвес) движутся с ускорением a = g , т.е. тело находится в свободном полете, то вес тела Р =0, т.е. тело не давит на опору (или не натягивает подвес), вследствие чего находится в состоянии невесомости.

Если не учитывать сопротивление воздуха, то все подброшенные и свободно падающие тела находятся в состоянии невесомости, т.к. в это время они движутся только под действием силы тяжести; не действуют на опору (или подвес) и их ускорение a=g.

Космонавты во время тренировок поднимаются на самолёте-лаборатории высоко над Землёй, потом пикируют (падают) с выключенными двигателями. В это время они и все тела в самолёте и сам самолёт находятся в состоянии невесомости.

Парашютисты до раскрытия парашюта тоже находятся в невесомости.

52. Что называют давлением (§28)?

Физическую величину, равную отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называют давлением : где F – сила, действующая на поверхность (Н), S – площадь поверхности (м 2), p – давление (Па – паскаль).

За единицу давления принимается давление, которое производит сила 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м 2 перпендикулярно этой поверхности. Единица давления называется паскаль (Па):

52. Что называют силой трения (§29)?

Силу, возникающую при движении одного тела по поверхности другого и направленную против движения тела, называют силой трения ( тр).

Существует трение скольжения, трение качения, трение покоя.

54. Как вычисляют силу трения скольжения (§29)?

Формула для нахождения силы трения скольжения имеет вид: , где - сила трения скольжения (Н), коэффициент трения скольжения, - сила нормального давления (Н) – это сила, действующая перпендикулярно поверхности соприкасающихся тел.

55. Что называют системой отсчёта (§30)?

Системой отсчёта , относительно которой рассматривается движение тела, называют тело отсчёта, систему координат, связанную с ним, и часы (способ отсчёта времени).

56. Какие системы отсчета называют инерциальными и неинерциальными (§30)?

- Инерциальными считают все системы отсчета, которые покоятся или движутся равномерно и прямолинейно относительно других инерциальных систем отсчета.

Примерами инерциальных систем отсчёта является Земля и все тела, движущиеся относительно Земли равномерно и прямолинейно.

- Неинерциальными являются все системы отсчета, связанные с ускоренно движущимися телами.

57. Кто открыл основные законы механики (§30)?

Основных законов в механике три. Они были открыты в 1678 г. Исааком Ньютоном (1642-1727, Англия).

Законы Ньютона справедливы (действуют) только в инерциальных системах отсчета.

58. Как формулируется первый закон Ньютона (§30)?

Первый закон Ньютона формулируется так: существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела.

59. Как формулируется второй закон Ньютона (§30)?

Ускорение, приобретаемое телом в результате взаимодействия с другими телами, прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его массе , где - ускорение тела (м/с 2), - сила (Н), m – масса (кг).

60. Как формулируется третий закон Ньютона (§30)?

Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными в противоположные стороны вдоль одной прямой: = , где - сила, действующая со стороны первого тела на второе тело, - сила, действующая со стороны второго тела на первое тело.

Из третьего закона Ньютона также следует, что силы всегда появляются парами,они приложены к разным телам и поэтому не уравновешивают друг друга.

Силы, которые возникают при взаимодействии тел, являются силами одной природы. Например, силе тяготения противодействует сила тяготения, силе упругости – сила упругости.

61. Что называют механической работой (§31)?

Механическая работа – это физическая величина, прямо пропорциональная силе, действующей на тело, и пути, пройденному им в направлении этой силы: , где - сила (Н), s - пройденный путь (м), A – механическая работа (Дж – джоуль).

Единицу работы назвали в честь ученого Джеймса Джоуля (1818-1889, Англия).

62. Что называют мощностью (§32)?

Мощность равна отношению работы, совершаемой в течение некоторого времени, к этому времени: , где A – работа (Дж), t – время (с), N – мощность (Вт – ватт).

Единица мощности названа в честь изобретателя паровой машины Джеймса Уатта (1736-1819, Англия).

63. Что называют простыми механизмами (§33)?

Приспособления, служащие для преобразования силы, называют простыми механизмами . К ним относятся: наклонная плоскость, рычаг, блок, ворот, клин и винт.

Простые механизмы предназначены для облегчения работы. Они дают выигрыш в силе или изменяют направление действия силы, но не дают выигрыша в работе.

64. Что называют плечом силы (§34)?

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называют плечом силы.

Чтобы найти плечо силы, надо опустить перпендикуляр из точки опоры на линию, вдоль которой действует сила.

65. Как читается правило равновесия рычага (§34)?

На основании опытов более двух тысяч лет назад Архимед (287-212 гг. до н.э., Древняя Греция) установил правило равновесия рычага: рычаг находится в равновесии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил: , и – силы, действующие на рычаг (Н), и - плечи этих сил (м).

66. О чём гласит «золотое правило» механики (§35)?

«Золотое правило» механики гласит: во всех случаях использования простых механизмов во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии. Ни один из простых механизмов не даёт выигрыша в работе.

Например, подвижный блок дает выигрыш в силе и проигрыш в пути в 2 раза (F=P/2) ; неподвижный блок не дает выигрыша в силе (F=P), а применяется для изменения направления действия силы.

67. Что называют коэффициентом полезного действия (КПД) механизма (§36)?

Отношение полезной работы к полной работе называют коэффициентом полезного действия механизма: , где - полезная работа (без учёта потерь) (Дж), - полная работа (с учётом потерь) (Дж), («эта») - коэффициент полезного действия (КПД).

Обычно КПД выражают в процентах:

68. Что называют энергией (§37)?

Энергия – это физическая величина, характеризующая способность тел совершать работу. Энергию принято обозначать буквой E. Энергию выражают в тех же единицах, что и работу, т.е. в джоулях (Дж).

69. Какую энергию тела называют кинетической энергией (§38)?

Энергию, которой обладает тело вследствие своего движения, называют кинетической энергией : , где - масса тела (кг), - скорость тела (м/с), - кинетическая энергия (Дж).

Чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше кинетическая энергия. Кинетическая энергия – это энергия движения.

70. Какую энергию тела называют потенциальной энергией (§38)?

Энергию, которая определяется взаимным расположением взаимодействующих тел (или частей одного и того же тела), называют потенциальной энергией ().

Например, потенциальную энергию тела, поднятого над землёй, вычисляют по формуле: , где - масса тела (кг), =9,8 м/с 2 , - высота тела над землёй (м). Чем больше высота, на которую поднято тело, и чем больше его масса, тем больше потенциальная энергия этого тела.

Потенциальной энергией обладает любое деформированное тело: растянутая дверная пружина, растянутая тетива лука, сжатый газ в пневматическом ружье и т.д.