Закони сил

В сучасній фізиці розглядають чотири типи взаємодії, які в порядку зменшення інтенсивності, можна розташувати так, як показано в таблиці

№	Взаємодія	Інтенсивність	Радіус дії
1.	сильна (забезпечує стабільність ядер)
2.	електромагнітна
3.	слабка (проявляється в -розпадах)
4.	гравітаційна

В основі механічних явищ лежать електромагнітні і гравітаційні сили. Це так звані фундаментальні сили, закони яких мають найбільш простий вигляд. Закон сили – це співвідношення, яке визначає силу через інші параметри. Так звані не фундаментальні сили такі, що мають наближені законі сил, які в принципі можна одержати із фундаментальних сил, але внаслідок складності розрахунків вони встановлюються емпірично.

Сила гравітаційної взаємодії. Згідно з законом всесвітнього тяжіння сила притягування між двома точковими масами пропорційна добутку мас цих точок і , обернено пропорційна квадрату відстані між ними і направлена вздовж прямої, що з’єднує ці точкові маси:

.

Тут – гравітаційна стала. Згадані в цьому законі маси називають гравітаційними на відміну від інертної маси, що входить у другий закон Ньютона. Але дослідом встановлено, що гравітаційна і інертна маси любого тіла пропорційні одна одній. Тоді обираючи один і той же еталон для виміру обох мас, одержимо рівність мас гравітаційної і інертної.

Сила електромагнітної взаємодії:

.

Це сила, яка діє на електричний заряд , що знаходиться в електричному і магнітному полі з напруженостями, відповідно і , – індукція магнітного поля. Для руху заряду з малими (нерелятивістськими) швидкостями магнітною складовою сили в можна нехтувати. Електрична взаємодія в цьому випадку описується законом Кулона.

Кулонівська сила, що діє між точковими зарядами і

.

Тут – відстань між зарядами, – коефіцієнт пропорційності, який залежить від вибору системи одиниць. Кулонівська сила може бути як силою протягування, так і силою відштовхування.

Серед сил, які мають наближені закони, наведемо наступні приклади.

1.Однорідна сила тяжіння

Тут – маса тіла, – прискорення вільного падіння.

2.Пружня сила – сила, пропорційна зміщенню частинки із положення рівноваги і направлена в бік положення рівноваги:

,

– радіус-вектор, що визначає зміщення частинки із положення рівноваги, – коефіцієнт пружності. Прикладом такої сили є сила пружної деформації пружини, чи стержня, яка визначається законом Гука.

3.Сила тертя. Сили тертя виникають при відносному переміщенні тіл, що дотикаються, або між частинами одного тіла. Тертя, що виникає при ковзанні одного тіла по поверхні другого, називається зовнішнім, а тертя між частинами одного і того ж тіла (наприклад, рідини або газу) називається внутрішнім. Силу тертя, що виникає між твердим тілом і рідиною або газом слід віднести до внутрішніх сил, оскільки шари рідини, що дотикаються до тіла, прилипають до нього і рухаються із швидкістю самого тіла, а на рух тіла буде впливати тертя між цими і зовнішніми по відношенню до них шарами рідини (газу).

Тертя між поверхнями двох твердих тіл, при відсутності мастила між ними, називається сухим. До сухого тертя відносяться сили ковзання та кочення.

Тертя між твердим тілом і рідиною або газоподібним середовищем, а також між шарами такого середовища називається в’язким.

Сили тертя діють вздовж дотичної до поверхонь (або шарів), які рухаються з відносними швидкостями, причому направлені так, що протидіють відносному зміщенню цих поверхонь (шарів).

Сухе тертя. При спробі зсунути тіло з місця, коли тіло ще не рухається, виникає ще одна так звана сила тертя спокою. Вона приймає значення прикладених до тіла зовнішніх сил , які змінюються в межах . Коли сила досягає значення величини починається ковзання тіла 1 (рис.21). Сила тертя ковзання , яка дорівнює максимальному значенню сили тертя спокою, наближено визначається співвідношенням

де – коефіцієнт тертя ковзання, який залежить від природи і стану (наприклад, шороховатості) поверхонь, що проковзують; – сила нормального тиску, що притискає поверхні, які ковзають одна до одної. Взагалі кажучи, коефіцієнт тертя є функцією швидкості. Типова залежність сили тертя від швидкості показана на рис.22. Тертя кочення формально описується тим же самим законом, що і тертя ковзання, але коефіцієнт тертя при коченні виявляється набагато меншим.

В’язке тертя і опір середовища. Характерною особливістю сили в’язкого тертя є те, що вона обертається в нуль, коли швидкість приймає значення нуля. Розглядаючи рух твердого тіла в в’язкому середовищі крім сил тертя слід враховувати ще так звані сили опору середовища (які залежать від форми і розмірів тіла) і які можуть бути більші за сили тертя. Але як показує дослід, закономірності обох цих сил приблизно однакові, тому надалі дамо загальну характеристику цим силам, називаючи їх силою в’язкого тертя.

Сила в’язкого тертя залежить від швидкості тіла відносно середовища і направлена протилежно вектору :

.

Тут – додатній коефіцієнт, характерний для даного тіла і даного середовища. Така закономірність справджується для невеликих швидкостей руху тіл. При більших швидкостях лінійний закон переходить у квадратичний, тобто сила починає зростати пропорційно квадрату швидкості

Тут – орт швидкості. Величина коефіцієнта залежить від розмірів і форми тіла.

Дата добавления: 2014-01-06