Силы в механике

1)Силы тяготения (гравитационные силы).

В системе отсчета связанной с Землей, на всякое тело массой т действует сила:

= т,

называемая силой тяжести — сила, с которой тело притягивается Землёй. Под действием силы притяжения к Земле все тела падают с одинаковым ускорением g = 9,81 м/с², называемым ускорением свободного падения.

Весом тела — называется сила, с которой тело вследствие тяготения к Земле действует на опору или натягивает нить подвеса.

Сила тяжести действует всегда, а вес проявляется лишь тогда, когда на тело кроме силы тяжести действую другие силы. Сила тяжести равна весу тела только в том случае, когда ускорение тела относительно земли равно

нулю. В противном случае = т( - ), где — ускорение тела с опорой относительно Земли. Если тело свободно движется в поле силы тяготения, то = и вес равен нулю, т.е. тело будет невесомым.

Невесомость — это состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести.

2)Силы упругости возникают в результате взаимодействия тел, сопровождающегося их деформацией.

Упругая сила пропорциональна смещению частицы из положения равновесия и направлена к положению равновесия:

= - k ,

где — радиус-вектор, характеризующий смещение частицы из положения равновесия, А: — упругость. Примером такой силы является сила упругости деформации пружины при растяжении или сжатии:

F = - kх,

где k —жесткость пружины, х -упругая деформация.

3)Сила трения скольжения возникает при скольжении данного тела по поверхности другого:

F _тр = kN.

где k — коэффициент трения скольжения, зависящий от природы и состояния соприкасающихся поверхностей; N — сила нормального давления, прижимающая трущиеся поверхности друг к другу. Сила трения направлена по касательной к трущимся поверхностям в сторону, противоположную движению данного тела относительно другого.

Работа и энергия

17.Работа, энергия, мощность.

Энергия — это универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. С различными формами движения материи связывают различные формы энергии: механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную... Изменение механического движения тела вызывается силами, действующими на него со стороны других тел.

Работа силы — это количественная характеристика процесса обмена энергией между взаимодействующими телами.

При прямолинейном движении тела под действием постоянной силы , которая составляет некоторый угол α с направлением перемещения, работа этой силы равна:

А = F_ss = Fs соsα

В общем случае сила может изменяться как по модулю, так и по направлению, поэтому этой формулой пользоваться нельзя. Однако на элементарном (бесконечно малом) перемещении d можно ввести скалярную

величину — элементарную работу dА силы :

dA = (× d ) = F cos α × ds = F_s ds

Тогда работа силы на участке траектории от точки 1 до точки 2 равна алгебраической сумме элементарных работ на отдельных бесконечно малых участках пути:

Если зависимость F_s от s представлена графически, то работа А определяется площадью заштрихованной фигуры (см. рисунок).

Консервативной (потенциальной) называют силу, работа которой определяется только начальным и конечным положениями тела и не зави­сит от формы пути. Консервативными силами являются силы тяготения, упругости. Все центральные силы консервативны. Примером неконсерватив­ных сил являются силы трения.

Чтобы охарактеризовать скорость совершения работы, вводят понятие мощности. Мощность N равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка приложения этой силы.

Единица работы — джоуль (Дж) - работа совершаемая силой 1Н на пути 1м: 1Дж=1Н×м.

Единица мощности — ватт (Вт): 1 Вт — мощность, при которой за время 1с совершается работа 1Дж: 1Вт=1Дж/с.

18.Кинетическая и потенциальная энергия механической системы

Кинетическая энергия механической системы (K) — это энергия механического движения этой системы.

Сила, действуя на покоящееся тело и вызывая его движение, совершает работу, а энергия движущегося тела возрастает на величину затраченной работы. Таким образом, приращение кинетической энергии частицы на элементарном перемещении равно элементарной работе на том же перемещении:

dК = dА

Тело массой т, движущееся со скоростью u, обладает кинетической энергией:

Þ

Кинетическая энергия зависит только от массы и скорости тела. Поэтому кинетическая энергия: (1) является функцией состояния системы; (2) всегда положительна; (3) неодинакова в разных инерциальных системах отсчета.

Потенциальная энергия (W) — механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними.

Потенциальная энергия системы, подобно кинетической энергии, является функцией состояния системы. Она зависит только от конфигурации системы и ее положения по отношению к внешним телам.

Примеры потенциальной энергии:

1) Потенциальная энергия тела массой т на высоте h: W = тgh

2) Потенциальная энергия пружины, растянутой на длину х: W =

Единица кинетической и потенциальной энергии — Джоуль (Дж).

Дата добавления: 2014-01-04