Законы Ньютона и их применение. Движение твёрдого тела. Импульс и импульс силы.

Первый закон Ньютона Первый закон Ньютона - тело движется равномерно и прямолинейно или сохраняет состояние покоя, пока воздействие других тел не изменит это состояние ( закон инерции) Инертность сохранение состояние движения Сумма всех сил, действующих на тело равна 0 2

Следует отметить, что инерциальность системы отсчета можно утверждать с определённой степенью точности. Так систему отсчета, связанную с Землей можно считать инерциальной, если можно пренебречь ее вращательным движением относительно собственной оси и относительно Солнца.

Второй закон Ньютона Количественной характеристикой влияния других тел на данное тело является сила Деформация – при маленьких напряжениях пропорциональна силе Сила изменяет состояние движения тела (тело ускоряется) Сила – величина векторная и в каждый момент времени она характеризуется численным значением, направлением в пространстве и точкой приложения 4

Ускорение, с которым движется материальная точка, равно отношению результирующей всех сил, действующих на нее, к её массе

Третий закон Ньютона силы, с которыми две материальные точки действуют друг на друга, имеют одинаковую природу, всегда равны по модулю и направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти точки 7

Применение законов Ньютона для решения задач 8

Пример 1 Внешняя сила приводит в движение систему, которая движется с ускорением 9

Пример 2 Сила гравитации является причиной возникновения свободного падения тела 10

Пример 3 Силы, обусловленные взаимодействием тел, следует разложить на направления ожидаемого движения тела, в каждом из которых рассматривается равновесие тел 11

Пример 4 Рассмотреть условия равновесия 12

Импульс и импульс силы Изменение состояния движения тела зависит не только от силы, но и от времени действия этой силы. По второму закону Ньютона: 13

Произведение силы на время её действия называется импульсом силы Произведение массы тела на скорость называется импульсом (количество движения) Импульс силы и импульс векторные величины 14

Закон изменения и сохранения импульса системы материальных точек импульс системы материальных точек есть величина постоянная, если векторная сумма всех внешних сил, действующих на систему, равна нулю. (в изолированной системе) По третьему закону Ньютона: между телами действуют силы равные по величине и разные по направлению

Изменение импульса Суммарный импульс до удара = суммарному импульсу после удара

Силы в природе Консервативные и диссипативные силы Сила тяжести, сила упругости Работа не зависит от формы траектории а только от перемещения Сила трения (выделение тепла, разрушение)

Сила упругости Тело после прекращения действия силы восстанавливает свой первоначальный вид – упругая деформация После деформации первоначальный вид не восстанавливается – пластичная (неупругая) деформация Деформация связана со смещением частиц тела между собой и с изменением среднего расстояния между частиц

Виды деформации Растяжение-сжатие Смещение Кручение Изгиб Их комбинация – сложные деформации В физических процессах важные: растяжение-сжатие, смещение. Это простые деформации 20

При деформировании тела в нём возникают силы между воображаемыми элементарными площадями (т.е между частицами), которые уравновешивают внешние силы. В отсутствии равновесия тело деформируется (излом, повреждение итд) Интенсивность внутренних сил характеризуется напряжением 21

При влиянии внешних сил изменяются размеры и вид тела (линейные размеры, углы, площади поперечного сечения, объёмы). Относительная деформация - относительное изменение длины и диаметра тела: 22

Закон Гука Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации. Площадь сечения Длина стержня Коэффициент упругости Модуль(Юнга) упругости удлинение

Закон Гука È= 1 H/м 2

Деформация при смещении При смещении деформирующая сила действует по касательной поперечной поверхности тела. Параллелепипед из однородного материала, нижняя часть жёстко закреплена. При действии силы в каждом поперечном слое действуют напряжения смещения 25

Модуль сдвига

Сила трения При движении тела возникает сила трения Причина: прямой контакт с другими телами или влияние окружающей среды Диссипативная сила – работа этой силы превращается в тепло Также возникает внутри тела – относительное смещение единичных частей тела: внутреннее трение 27

По характеру движения соприкасающихся тел определяется: статическое и кинематическое трение (трение скольжения, трение качения, трение вращения) Кинематическое трение – сила трения направлена в противоположную сторону движению тела При уменьшении трения поверхности смазывают так, что появляется скольжение на водной плёнке: жидкостное трение Отсутствие смазки или её малое количество: сухое или граничное трение (толщина слоя до 0,1 мкм) 28

Статическое трение Тело находится на горизонтальной поверхности. Для смещения тела прикладываем силу, которая свидетельствует о появлении силы трения в положении покоя 29 Тело начнёт двигаться только в том случае, если прикладываемая сила будет больше силы трения

30

Трение скольжение Если сила, влияющая на тело, превышает трение покоя, тогда тело начинает скользить При скольжении причиной трения является сцепление неровностей и влияющие молекулярные силы в местах контакта соприкасающихся тел 31

Трение качение В случаях идеально твёрдых тел, одно из которых катится по поверхности другого, соприкосновение их происходит по линии или в точке и сопротивление качению отсутствует. То есть катится без проскальзывания (элементы машин: разные подшипники) 32

Работа

Связано с понятием энергии Количественной характеристикой всех форм движения является энергия Причиной изменения состояния движения тела, при котором сопровождается изменение энергии, влияние других тел, количественной характеристикой чего является сила Энергия передаётся от одного тела к другому, то есть изменяется распределение энергии между телами

Способ передачи энергии, которая происходит при влиянии силы, называется работой Работа – это произведение пути, пройденного телом, на компоненту силы, направленную в сторону движения

Сила может измениться в течении движения тела как по величине, так и по направлению Если сила изменяется, то интегрируем

Положительная и отрицательная работа

Работа консервативных и диссипативных сил Движение точки по замкнутой траектории в силовом поле

Найдём работу Работа на бесконечно малом участке замкнутой траектории

Для замкнутой траектории перемещение равно нулю Для консервативных сил Для диссипативных сил

Мощность Работа, совершённая за единицу времени, называется мощностью Мощность в данный момент времени

Кинетическая энергия Пусть на тело массой m, которое движется со скоростью V 1, действует сила F. Под действием силы тело начинает ускоряться. Сила совершает работу, в результате чего увеличивается энергия тела и скорость тела V 2. Элементарная работа, совершённая со стороны силы

Ускорение тела: Таким образом Работа, совершённая силой при изменении скорости от до :

Кинетическая энергия Всегда положительна Зависит от системы отсчёта

Рассмотрим гомогенное поле тяжести Потенциальная энергия Работа совершается только в вертикальном направлении

В дифференциальном виде

Потенциальная энергия или энергия положения зависит от сил, с которыми тела влияют друг на друга определяется силами взаимодействия между атомами и молекулами Закона Гука: деформация тела прямо пропорциональна силе, действующей на тело - жёсткость тела k Потенциальная энергия

Деформирующая сила совершает работу : ВСЕГДА ПОЛОЖИТЕЛЬНА

Момент силы Момент силы – это произведение силы на плечо это силы Плечо силы – расстояние от точки приложения силы до опоры или оси вращения 52

53 На рисунках изображен равномерный стержень, которые опирается на острие. На концах стержня закреплены грузы. Выберете правильное утверждение и обоснуйте свой ответ. 1.Стержень будет находится в равновесии 2.Правое плечо будет перевешивать 3.Левое плечо будет перевешивать 4.Нарушено условие равенства моментов сил