Сила упругости. Закон Гука

Равновесному положению молекул в жидкости и твердом теле соответствует равенство сил притяжения и отталкивания. При деформации тел (как жидких, так и твердых) равновесные расстояния между молекулами изменяются, поэтому возникают силы, стремящиеся вернуть их в исходное состояние. Эти силы проявляются как силы упругости. Отметим, что силы упругости не относятся к фундаментальным, законы позволяющие вычислять их значения, как правило, являются экспериментальными и выполняются приближенно.

В общем случае зависимость сил упругости от деформации может быть очень сложной, однако при малых деформации справедлив закон Р.Гука: сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону противоположную деформации. В простейшем случае деформации растяжения и сжатия закон Р. Гука выражается формулой , (1)

где x - изменение длины тела, k - коэффициент пропорциональности (так же называемый коэффициентом упругости), зависящий от материала тела, его размеров и формы. Знак минус явно указывает, что сила упругости направлена в сторону, противоположную деформации.

Для того чтобы деформировать тело, к нему необходимо приложить внешнюю силу, тогда возникающие деформации приведут к появлению сил упругости (рис. 62). Итак, причиной деформаций являются внешние воздействия, а сами деформации являются причиной сил упругости. Если деформированное тело находится в состоянии равновесия, то возникающая сила упругости оказывается равной по величине и противоположной по направлению внешней силе . Таким образом, соотношение справедливо только в состоянии равновесия и является следствием условий равновесия, а не 3 закона Ньютона.

6. Силы трения. проявлением межмолекулярных взаимодействий являются силы трения скольжения – силы, возникающие при относительном движении двух тел и направленные вдоль границы их соприкосновения. Одна из причин появления трения очевидна – поверхности взаимодействующих тел не являются идеально гладкими, микроскопические выступы и впадины зацепляются друг за друга, в них возникают силы упругости, направленные вдоль поверхности соприкосновения

законы, описывающие рассматриваемый вид взаимодействия носят экспериментальный (эмпирический) характер. Наиболее простой вид закона, описывающего силу трения скольжения, установлен экспериментально и носит название закона Кулона-Амонтона. Это закон утверждает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормальной реакции взаимодействующих тел и направлена в сторону, противоположную скорости относительного движения тел (рис.68) , (1) безразмерный коэффициент пропорциональности (называемый коэффициент трения) μ зависит от материала соприкасающихся поверхностей и степени их обработки. Как правило, этот коэффициент определяется экспериментально. Сила трения может возникнуть и в том случае, когда тела не движутся друг относительно друга, такую силу называют силой трения покоя. Повседневный опыт указывает, что для того чтобы сдвинуть одно тело относительно другого, необходимо приложить силу, превышающую определенное пороговое значение

Таким образом, сила трения покоя может принимать максимальное значение, после чего трение покоя переходит в терние скольжения. Силы, препятствующие движению, наблюдаются и при качении одного тела по поверхности другого. Эти силы называются силами трения качения. Сразу подчеркнем, что природа этих сил отличается от сил сухого трения. Основной причиной возникновения трения качения являются неупругие деформации самого катящегося тела и поверхности, по которой происходит качение. Так колесо, расположенное на горизонтальной поверхности деформирует последнюю. При движении колеса деформации не успевают восстановиться, поэтому колесу, приходится, как бы все время взбираться на небольшую горку, из-за чего появляется момент сил, тормозящий качение (рис. 72). Неупругие деформации колеса также приводят к появлению тормозящих сил.

Таким образом, силы трения качения определяются упругими свойствами взаимодействующих тел. Закон для силы трения также является экспериментальным и приближенным, его принято записывать в форме , (2)

где N - сила нормальной реакции, R - радиус катящегося тела, k - коэффициент трения качения, имеющий размерность длины. При записи формулы в такой форме, коэффициент трения качения определяется, главным образом, материалом взаимодействующих тел и не зависит от радиуса катящегося тела.

Дата добавления: 2015-04-23