ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СИЛ В МЕХАНИКЕ. РАБОТУ ВЫПОЛНИЛА ПИСКУНОВА МАРИЯ. ГРУППА 113.

В природе существует много разных видов сил: тяготения, тяжести, Лоренца, Ампера, взаимодействия неподвижных зарядов и т.д., но все они в конечном счете сводятся к небольшому числу фундаментальных (основных) взаимодействий. Современная физика считает, что существует в природе лишь четыре вида сил или четыре вида взаимодействий: 1) гравитационное взаимодействие (осуществляется через гравитационные поля); 2) электромагнитное взаимодействие (осуществляется через электромагнитные поля); 3) ядерное (или сильное) (обеспечивает связь частиц в ядре); 4) слабое (отвечает за процессы распада элементарных частиц).

В рамках классической механики имеют дело с гравитационными и электромагнитными силами, а также с упругими силами и силами трения. 1. Сила всемирного тяготения. Это сила, с которой два материальных тела притягиваются друг к другу. Сила тяготения зависит от расстояния и для двух материальных точек с массами т 1 и т 2 находящихся на расстоянии r друг от друга, выражается равенством F =G m 1 m 2 /r 2, (3) где G гравитационная постоянная (в СИ G = 6, м 3 /кг с 2 ).

2. Сила тяжести. Это постоянная сила, действующая на любое тело, находящееся вблизи земной поверхности. Ясно, что данная сила является частным случаем силы всемирного тяготения, поэтому F Т = G mМ/R 2, (4) где m – масса тела, М и R – масса и радиус Земли. Величина g = G М/R 2 называется ускорением свободного падения. Тогда F T = mg. (5) Сила тяжести, как и величина g, изменяются с изменением широты и высоты над уровнем моря, масса же является для данного тела величиной неизменной. При решении большинства задач полагают g = 9,8 м/с 2.

Для экспе­риментального определения массы данного тела можно исходить из равенства (1), куда масса входит как мера инертности и называется, поэтому инертной массой. Однако можно исходить и из равенства (4), куда масса входит как мера гравитационных свойств тела и называется соответственно гравитационной массой. В принципе ни откуда не следует, что инертная и гравитационная массы пред­ставляют собой одну и ту же величину. Однако целым рядом экспе­риментов установлено, что значения обеих масс совпадают с очень высокой степенью точности. Поэтому в механике пользуются единым терми­ном «масса», определяя массу как количественную меру инертности тела и его гра­витационных свойств.

3. Вес тела. Это сила P, с которой тело действует на опору или подвес. Не следует путать вес тела и силу тяжести, так как они приложены к разным телам. Кроме того, P = F T = mg только в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения. При решении задач Р, как правило, находится по третьему закону Ньютона.

4. Сила упругости. Эта сила возникает в результате взаимодействия тел, сопровождающегося их деформацией. Она пропорциональна величине деформации и направлена против деформации. В частности, для силы упругости пружины F= k, (7) где удлинение (или сжатие) пружины, k - коэффициент жесткости пружины (в СИ измеряется в Н/м).

Сила реакции опоры. Направлена по общей нормали к поверхно­ стям соприкасающихся тел в точке их касания и приложена в этой точке. Когда одна из соприкасающихся поверхностей является точ­ кой (рис. 6, б), то реакция направлена по нормали к другой поверхности.

5. Сила трения. Так кратко называют силу трения скольжения, действующую (при отсутствии жидкой смазки) на движущееся тело. Ее модуль определяется равенством где µ коэффициент трения, который чаще считают постоянным. N - нормальная реакция. Направлена против движения.

6. Сила трения покоя – это сила, действующая между соприкасающимися телами, находящимися в состоянии покоя, равная по величине и противоположно направленная силе, понуждающей тело к движению. До возникновения скольжения сила трения покоя может иметь любое направление и принимать любое значение от нуля до некоторого максимального, при котором возникает скольжение:

7. Сила трения качения. При качении тела по поверхности другого возникает особая сила – сила трения качения, которая препятствует качению тела. Сила терния качения при тех же материалах соприкасаемых тел всегда меньше силы терния скольжения. Этим пользуются на практике, заменяя подшипники скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками. Кулон опытным путем установил для катящегося цилиндра радиуса R: где m К – коэффициент трения качения, величина которого уменьшается с увеличением твердости материала и шероховатости его поверхности. Для катящегося обода.

упругие силы и силы трения определяются характером взаимодействия между молекулами вещества, которое имеет электромагнитное происхождение. Следовательно, они по своей природе имеют электромагнитные происхождения. Гравитационные и электромагнитные силы являются фундаментальными – их нельзя свести к другим, более простым силам. Упругие силы и силы трения не являются фундаментальными.