Динамические характеристики поступательного движения

Фундаментальные взаимодействия

Третий закон Ньютона.

Второй закон Ньютона.

Динамические характеристики поступательного движения.

Фундаментальные взаимодействия.

Вопросы

И поступательного движения твердого тела

Динамика материальной точки

Лекция 3

В современной физике выделяют четыре вида фундаментальных, т.е. базовых, не сводящихся к каким-либо другим, взаимодействий:

· сильное ядерное, обеспечивающее связь частиц в атомном ядре – самое интенсивное, но короткодействующее: оно сказывается лишь на масштабах атомного ядра (порядка 10^-15 м).

· слабое ядерное, ответственное за ряд процессов распада элементарных частиц – малоинтенсивное (порядка 10^-13 от сильного ядерного) и также короткодействующее;

Оба ядерных взаимодействия определяют структуру микромира, тех кирпичиков, из которых «собран» наш привычный мир, макромир. Структура же макромира определяется двумя другими фундаментальными взаимодействиями. Все эффекты, встречающиеся в механике, имеют гравитационную или электромагнитную природу.

· электромагнитное, обеспечивающее стабильность атомов и молекул. Электромагнитное взаимодействие является весьма интенсивным (порядка 10^-2 от сильного ядерного) и одновременно – дальнодействующим. Оно могло бы доминировать при галактических масштабах, но редко проявляет себя явным образом в макромире, поскольку встречающиеся в нем объекты, как правило, электрически нейтральны (имеют нулевой суммарный заряд).

· гравитационное, проявляющееся, например, как взаимодействие небесных тел и определяющее структуру Вселенной. Оно малоинтенсивное (порядка 10^-38 от сильного ядерного), но дальнодействующее. Как и электромагнитное, гравитационное взаимодействие убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между взаимодействующими телами

К динамическим характеристикам поступательного движения относятся сила F, масса m и импульс р.

1. Сила () – это векторная величина, характеризующая меру воздействия тел друг на друга, в результате чего эти тела деформируются или приобретают ускорение. Сила, как и любой вектор, характеризуется: модулем, направлением и точкой приложения.

Рис.1. Схема к закону всемирного тяготения

1.1. Сила тяготения – сила взаимного притяжения, дейст­вующая между двумя материальными телами (точками); она обуслов­лена гравита­ци­он­ным взаимодействием между телами.

(1)

g = 6,67×10^-11 Н×м²/кг² – гравитационная постоянная.

Закон всемирного тяготения был открыт И. Ньютоном в 1682 году. Еще в 1665 году 23-летний Ньютон высказал предположение, что силы, удерживающие Луну на ее орбите, той же природы, что и силы, заставляющие яблоко падать на Землю.

Применяя закон всемирного тяготения к случаю взаимодействия земного шара с телом массой m, расположенным вблизи земной поверхности на высоте h, получим

. (2)

На Земле g_З = 9,8 м/c²; на Луне g_Л = 0,17g_З.

Рис.2. Упругое растяжение пружины

1.2. Упругая сила – сила, возникающая при упругой деформации тела, подчиняется закону Гука:

упругая сила, возникающая при деформации сжатия или растяжения, пропорциональна величине деформации:

F _упр = – kx, (3)

где x – величина абсолютной деформации, [м]; а k – коэффициент упругости [Н/м], зависящий от природы и геометрии тела; знак «–» означает, что направление упругой силы всегда противоположно направлению смещения частей тела.

Упругие свойства тел проявляются также при деформациях кручения и изгиба.

1.3. Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа) называется внутренним.

Трение между поверхно­стями двух твердых тел при отсутствии какой-либо про­слой­ки, например смазки между ними, называется сухим.

Рис. 3. Сила трения скольжения

Трение между твердым телом и жидкой или газо­образной средой, а также между слоями такой среды называется вязким.

Силы трения направлены по касательной к трущимся поверхностям.

Для сухого трения:

· сила трения скольжения;

· сила трения покоя.

Закон сухого трения:

F _тр = k N, (4)

k - коэффициент трения; N - сила нормального давления.

Закон вязкого трения, зависит от относительной скорости трущихся слоев жидкости (газа) или скорости v движения тела. При малых скоростях

F _тр = – α v. (5)

α – коэффициент вязкого трения, зависящий от формы тела; знак «–» означает, что направление силы вязкого трения противоположно направлению движения.

2. Масса (m) – скалярная величина, характеризующая меру инертности тела.

Масса является аддитивной («складывающейся») величиной: масса замкнутой системы, состоящей из n количества тел, равна алгебраической сумме масс составляющих данную систему тел.

Кроме инертной массы отличают гравитационную массу, ответственную за интенсивность гравитационного взаимодействия тел. Однако согласно подтвержденному экспериментально закону эквивалентности инертной и гравитационной масс эти две характеристики равны друг другу.

В ньютоновской механике масса тела считается постоянной величиной, не зависящей от его скорости. Согласно теории относительности масса зависит от скорости:

. (6)

3. Импульс () - векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость, характеризует способность механического движения передаваться от одного тела к другому.

(7)

4. Импульс силы () - векторная величина, численно равная произведению силы на время ее действия и совпадающая по направлению с направлением силы.

Дата добавления: 2014-01-07