Виды сил в природе

ПЛАН 1. Гравитационные силы 2. Силы упругости 3. Силы трения и скольжения 4. Сила трения качения

1. Гравитационные силы Самой первой силой, существование которой осознал человек, является сила притяжения, действующая на тело со стороны Земли.

Первым, кто осознал, что сила тяготения действует между любыми телами, был английский физик И. Ньютон. Он сформулировал закон всемирного тяготения : Любые два тела притягиваются друг к другу. Сила притяжения между точечными телами направлена по прямой, их соединяющей, прямо пропорциональна массам обоих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними : F = G ×

Точечные тела – это тела, размеры которых во много раз меньше расстояния между ними. G ( гравитационная постоянная ) = 6,7× Н × м 2 / кг 2. Силы всемирного тяготения называют гравитационными силами. Сила тяготения, действующая вблизи поверхности Земли, направлена к ее центру и равна : F = m × g, где g – ускорение свободного падения

Силы тяготения в живой природе играют большую роль, т. к. от ее величины зависят размеры, формы и пропорции живых существ.

2. Силы упругости Силы, действующие на тело, создают его ускорение и его деформацию.

Сила упругости – это сила, возникающая при деформации тела и направленная в сторону, противоположную смещению частиц тела. Сила упругости действует со стороны деформированного тела на тело, с которым оно соприкасается ( со стороны пружины на руку ).

Растяжение и сжатие испытывают все твердые тела. Этот закон экспериментально установил английский ученый Роберт Гук : Сила упругости, возникающая при малой деформации ( по сравнению с размерами тела ), прямо пропорциональна величине деформации x и направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела : F = - k × x k – жесткость тела ( зависит от размеров, формы и материала ), Н / м.

При сжатии динамометра, растяжении эспандера, прыжках на батуте возникает сила упругости. Ее очень важно учитывать. Например, при прыжке с трамплина очень важен процесс восстановления формы деформированного тела. При прыжках в воду используют трамплин, который, распрямляясь, сообщает телу спортсмена дополнительную скорость и он прыгает выше.

3. Сила трения и скольжения Сила трения покоя – сила, возникающая на границе соприкасающихся тел при отсутствии их относительного движения. Сила трения покоя направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел в сторону, противоположную силе F, и равна ей по величине : F = -F

При увеличении модуля силы F изгиб зацепившихся зазубрин будет возрастать, и они начнут лопаться. Тело придет в движение.

Сила трения скольжения – сила, возникающая на границе соприкасающихся тел при их относительном движении. Вектор силы скольжения направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно поверхности, по которой оно скользит.

Модуль силы трения скольжения пропорционален силе нормального давления : F ск = μ ×N ( μ – коэффициент трения скольжения, зависит от материалов, соприкасающихся поверхностей и степени их шлифовки ).

Например, при передвижении на лыжах μ зависит от качества смазки ( сорт мази, толщина слоя мази ), поверхности лыжни, температуры и влажности воздуха и т. д. Большое количество переменных факторов делает этот коэффициент непостоянным. Скольжение считается хорошим, если μ = 0,045 – 0,055.

Сила трения скольжения всегда мешает движению, а роль силы трения покоя во многих случаях позитивна. Благодаря этой силе возможно перемещение человека, животных и наземного транспорта.

Сила трения снижает спортивные результаты, поэтому ведутся непрерывные исследования по ее уменьшению. Одним из направлений повышения результатов в лыжном спорте является совершенствование мазей.

4. Сила трения качения Этот вид трения проявляется при качении и связан с деформацией дороги ( прогиб ) и самого колеса ( сплющивание ). При качении по мягкому покрытию колесо вдавливается в опору, образуя ямку, через край которой ему все время приходится перекатываться.

Французский физик Ш. Кулон на основе опытов нашел, что сила трения качения пропорциональна силе нормального давления N и обратно пропорциональна радиусу колеса r: F кач = k× k – коэффициент трения качения ( зависит от радиуса колеса, выражается в м или см ).

При движении по твердому покрытию сила трения качения связана с деформацией самого колеса. С этой силой приходится считаться в вело - и мотоспорте : F кач = N× где N – сила нормального давления, b - расстояние между теоретической точкой опоры шины и фактической первой точкой встречи шины с поверхностью, по которой происходит перемещение. Сила трения качения много меньше силы трения скольжения, поэтому колесо широко используется в различных видах транспорта.

Elements