Newton tog Galileos princip om inerti (1632) som sin første lov og supplerede det med begrebet en inerti-referenceramme. Ifølge Galileos inertiprincip opretholder et frit legeme en hviletilstand eller ensartet tilstand, retlinet bevægelse indtil indflydelsen fra andre kroppe bringer ham ud af denne tilstand.

Af dette princip følger det, at en tilstand af hvile eller ensartet retlinet bevægelse ikke kræver nogen ydre påvirkninger for at opretholde den. Dette afslører en særlig dynamisk egenskab ved kroppe kaldet inerti. Derfor kaldes Newtons første lov inertiloven, og en krops bevægelse i fravær af påvirkninger fra andre legemer er bevægelse ved inerti.

Newtons første lov gælder ikke i alle referencerammer. De systemer, som det kører i, kaldes inertielle referencesystemer.

Det er eksperimentelt blevet fastslået, at det praktisk talt inertielle referencesystem er det heliocentriske referencesystem, hvis oprindelse er placeret i midten af ​​Solen, og akserne er tegnet i retning af tre fjerne stjerner, valgt f.eks. de er indbyrdes vinkelrette.

Til mange praktiske formål bruger bevægelsen af ​​makroskopiske legemer den jordrelaterede ramme som en referenceramme. Et sådant referencesystem anses for tilnærmelsesvis inerti på grund af påvirkningen af ​​daglige og årlig rotation Jorden.

Således kan vi give følgende formulering af Newtons første lov: Der er sådanne referencesystemer, hvor kroppen opretholder en tilstand af hvile eller ensartet retlinet bevægelse, indtil indflydelsen fra andre legemer tager den ud af denne tilstand.

Lad os vise, at ethvert referencesystem, der bevæger sig ensartet og retlinet i forhold til en inertiramme, også er inerti. Lad krop A være i hvile i inertierammen for reference K (fig. 3.1). Referencesystemet K" bevæger sig i forhold til systemet K ensartet og retlinet med hastighed. Krop A i forhold til systemet K" bevæger sig ensartet og retlinet med hastighed - , som også opfylder Newtons første lov. Følgelig er referencesystemet K" inerti. Ved hjælp af et kendt inertiereferencesystem kan du således konstruere så mange af dem, som du vil, ved hjælp af metoden beskrevet ovenfor.

3.1.2. Newtons anden lov

Denne lov er den grundlæggende lov om dynamikken i et materielt punkt og en stiv krop, der bevæger sig translationelt.

Loven etablerer forholdet mellem kraft, masse og acceleration.

Erfaring viser, at enhver ændring i størrelsen eller retningen af ​​en krops bevægelseshastighed er forårsaget af dens interaktion med andre legemer.

I mekanik er kraft defineret som et kvantitativt mål for legemers interaktion, hvilket fører til en ændring i deres hastighed eller deformation.

Kraft er karakteriseret ved størrelse, retning og anvendelsespunkt. Derfor, kraft er en vektorstørrelse.

Ifølge moderne ideer, baseret på erfaring, kan alle interaktioner observeret i naturen reduceres til fire grundlæggende: gravitationel, svag, elektromagnetisk og stærk.

Gravitationsinteraktion iboende i alle materielle genstande. Det bestemmes af tilstedeværelsen af ​​masse i materielle legemer og adlyder Newtons lov om universel gravitation. Omfanget af gravitationsinteraktion er ubegrænset. I mikroverdenregionen er gravitationsinteraktionens rolle ubetydelig.

Svagt samspil- kort rækkevidde, eksisterer i mikrokosmos og manifesterer sig i, hvad der fører til en bestemt type ustabilitet af elementarpartikler.

Elektromagnetisk interaktion manifesterer sig under samspillet mellem strømme og ladninger. Omfanget af elektromagnetisk interaktion er ubegrænset. Det er afgørende for dannelsen af ​​atomer, molekyler og makroskopiske legemer.

Nuklear el stærk interaktion er den mest intense. Radius af den stærke vekselvirkning er meget lille ~ 10 -15 m Takket være denne vekselvirkning tilbageholdes protoner og neutroner i kernerne, på trods af den stærke frastødning af protoner.

Ikke-fundamentale kræfter omfatter kræfterne elasticitet, friktion, modstand og andre. Alle disse kræfter kan reduceres til elektromagnetiske eller gravitationelle, men dette fører til en betydelig komplikation ved at løse mekaniske problemer. Af denne grund betragtes elasticitet og friktionskræfter i mekanik sammen med fundamentale.

En anden vigtig egenskab ved kræfter, som manifesterer sig under mekanisk vekselvirkning, er blevet eksperimentelt etableret. Kræfter i mekanikken adlyder superpositionsprincippet som er som følger: samtidig interaktion af partikel M med flere andrenpartikler med kræfter

svarende til virkningen af ​​en kraft , lig med deres vektorsum.

. (3.1)

Styrke kaldes resultatet.

Som erfaringen viser, har alle legemer den egenskab, at de forhindrer ændringer i hastighedens størrelse og retning. Denne egenskab kaldes inerti.

Massen kan bestemmes på to måder. Den første af dem er som følger. Der vælges et referenceorgan, hvis masse m fl tages som en masseenhed. Massen m af det undersøgte legeme bestemmes ud fra følgende forhold etableret eksperimentelt:

,

Hvor EN Og EN et - accelerationer forårsaget af virkningen af ​​den samme kraft på reference- og prøvningsorganerne. I dette tilfælde er den såkaldte inert masse.

Den anden metode er baseret på brugen af ​​loven om universel gravitation. I dette tilfælde er den såkaldte gravitationsmasse.

A. Einstein formulerede princippet om ækvivalens af gravitations- og inertimasse: inerti- og gravitationsmasserne i det samme legeme er de samme.

Ækvivalens af inert og gravitationsmasse giver dig mulighed for at vælge én måleenhed for dem. SI-enheden for masse er kilogram (kg) - massen af ​​en standard platin-iridium krop opbevaret i Frankrig hos International Bureau of Weights and Measures.

Den dynamiske effekt af en bevægende krop på andre kroppe afhænger af hastighed og masse. Derfor introducerer vi som en dynamisk karakteristik af trafikintensitet vektor mængde kaldet kroppens momentum (eller momentum) og lig med produktet af dets masse og hastighed:

. (3.2)

Enheden for impuls er kilogram meter divideret med sekund (kg m/s).

Ifølge Newtons anden lov er den tidsafledede af et legemes momentum lig med resultanten af ​​alle kræfter, der påføres det:

. (3.3)

Af (3.3) følger det ændringen i momentum sker i retning af den resulterende kraft . Bemærk, at Newtons anden lov i form (3.3) giver mulighed for en beskrivelse af bevægelsen af ​​et legeme med variabel masse. Hvis kroppens masse er konstant, så får vi fra (3.2) og (3.3) ligningen for Newtons anden lov i formen

, (3.4)

hvorfra vi, under hensyntagen til formel (2.21), opnår:

. (3.5)

SI kraftenheden er en afledt enhed, hvis definition er baseret på formel (3.5). Kraftenhed - 1 Newton (N), dette er den kraft, der giver en acceleration på 1 m til et legeme med en masse på 1 kg/ Med 2 .

Newtons anden lov kaldes ofte den fundamentale lov for translationel dynamik. Ved hjælp af denne lov løser mekanik to hovedopgaver:

1. Direkte hovedopgave -etablering af differentialligninger for bevægelse af et legeme (punkt) og deres løsning.

2. Omvendt hovedproblem- at finde afhængigheden af ​​vekselvirkningskræfterne mellem legemer af deres koordinater, hastigheder og tid, det vil sige at etablere vekselvirkningens love.

Formulering første lov Newton , hvis eksperimentelle grundlag blev skabt ved eksperimenter, Galileo tilbage i 1636 blev ændret flere gange, men dens essens forblev den samme. I øjeblikket anvendes to formuleringer af denne lov. Den mest brugte er følgende:

Der er sådanne referencesystemer, i forhold til hvilke et translationelt bevægende legeme bevarer sin hastighed konstant, hvis andre legemer ikke virker på det, eller hvis andre legemers handling kompenseres.

Newtons første lov er anderledes formuleret.

Kroppen opretholder en tilstand af hvile eller ensartet retlinet bevægelse, indtil den udsættes for ukompenseret påvirkning fra andre kroppe eller fysiske felter.

Fysisk betydning: 1) Loven angiver, hvad der vil ske med kroppen, hvis andre instanser ikke handler på den eller andre instansers handling kompenseres. 2) Af alle referencesystemer skelner Newtons første lov dem, hvor den er opfyldt; sådanne referencesystemer kaldes inerti

Fænomenet med et legeme, der ikke er udsat for ukompenserede ydre påvirkninger, der holder sin hastighed konstant (inklusive lig med nul, hvis kroppen er i hvile) kaldes inerti, og de referencesystemer i forhold til hvilke sådanne legemer bevæger sig med konstant hastighed eller hvile, kaldes inerti. I denne forbindelse kaldes Newtons første lov ofte inertiloven. Retlinet ensartet bevægelse af et legeme i en inerti-referenceramme kaldes bevægelse ved inerti. Konceptet med en inertiel referenceramme er grundlæggende i fysik generelt og mekanik i særdeleshed.

Mekanikkens love afhænger ikke af, hvilken inerti-referenceramme de forholder sig til. Med andre ord alt inertisystemer referencepunkter for ethvert mekanisk fænomen er ens, dvs. der er ingen speciel "hoved" inerti-referenceramme, hvor bevægelsen i forhold til hvilken kunne betragtes som "absolut bevægelse".

8. Styrke. Newtons anden lov.

Newtons første lov indikerer, at for at ændre et legemes hastighed i forhold til en inertiereferenceramme, dvs. For den accelererede bevægelse af en krop er det nødvendigt, at en anden krop virker på denne krop. Denne effekt kaldes med magt . Kræfternes natur kan være forskellig, men enhver kraft er karakteriseret ved to grundlæggende egenskaber.

1. Styrke er en fysisk størrelse, dvs. det kan karakteriseres ikke kun fra den kvalitative side, adskille det fra andre fysiske størrelser, men kan også udtrykkes på en bestemt kvantitativ måde. Dette bekræftes af det eksperimentelle faktum, at forskellige kræfter forårsager forskellige accelerationer.

2. Kraft er en vektorstørrelse. Som et resultat af virkningen af ​​en kraft på et legeme, erhverver det acceleration, som er en vektormængde. Kraft er følgelig også en vektorstørrelse: Ved at ændre retningen af ​​kraften ændrer vi accelerationsretningen. Kraftvektorens størrelse bestemmer omfanget af andre legemers virkning på en given krop.

Dermed, kraft - vektor fysisk mængde, der karakteriserer et legemes virkning på et andet, hvilket, idet det ikke kompenseres, fører til en ændring i accelerationen af ​​dette legeme og er et mål for en sådan påvirkning. I SI-systemet er kraften 1 N. Kraften er karakteriseret ved: påføringspunkt, størrelse, retning.

Der etableres et direkte kvantitativt forhold mellem kraften, der virker på et legeme og accelerationen af ​​dette legeme Newtons anden lov :

Den acceleration, som et legeme opnår under påvirkning af en kraft, er direkte proportional med denne kraft, og dens retning falder sammen med retningen af ​​denne kraft. Eller: Resultatet af alle kræfter, der virker på et legeme, er lig med produktet af kroppens masse og acceleration.

Fysisk betydning: 1) Loven forbinder en krops kinematiske og dynamiske karakteristika; 2) Loven siger, hvad der vil ske med et legeme, hvis andre legemer eller felter virker på det 3) Kraftenheden er sat til 1 Newton

Legeme (materiale punkt), ikke udsat for ydre påvirkninger, er enten i hvile eller bevæger sig retlinet og ensartet. Sådan en krop kaldes gratis. Bevægelsen af ​​en sådan krop kaldes fri bevægelighed eller friløb.

Der er en referenceramme, hvori alt frie kroppe bevæge sig lige og jævnt

Der er sådanne referencesystemer, kaldet inerti, i forhold til hvilke et materielt punkt, i fravær af ydre påvirkninger, bevarer størrelsen og retningen af ​​sin hastighed på ubestemt tid.

Sådanne systemer kaldes inertielle referencesystemer - Newtons første lov.

Newtons anden lov

Enhver krop udviser modstand, når den forsøger at sætte den i gang, dvs. giv det lidt acceleration. Denne egenskab ved legemer kaldes inerti. Mål for inerti - vægt.

Et system af kroppe, der ikke er påvirket af andre kroppe, kaldes lukket system eller isoleret system. I sådanne systemer kan kroppe kun interagere med hinanden. Lad et lukket system bestå af to kroppe (to materielle punkter). Hastigheden af ​​kroppe og , og stigningen af ​​disse hastigheder over den samme tidsperiode. Vektorer og har modsatte retninger og er forbundet med relationen . Koefficienterne er både konstante og har identiske tegn og kaldes masser eller inertimasser af legeme 1 og 2.

Puls eller momentum af et materielt punkt- vektor, lig med produktet massen af ​​et punkt på dets hastighed.

Systemimpuls- vektor summen af ​​impulserne af individuelle materielle punkter, der udgør systemet: for et system bestående af materialepunkter.

Momentum af et isoleret system forbliver konstant over tid - Loven om bevarelse af momentum.

Kraft (i mekanik)- enhver grund, der ændrer en krops momentum (dette er en kvalitativ egenskab). Kvantitative egenskaber udtrykt ved ligningen:

Denne ligning er kun gyldig hvis m afhænger ikke af hastigheden.

I en inertiereferenceramme er den afledte af et materielt punkts momentum i forhold til tiden lig med den kraft, der virker på det.

I en inertiereferenceramme er accelerationen, som et materialepunkt modtager, direkte proportional med resultanten af ​​alle kræfter påført det og omvendt proportional med dets masse

Ovenstående udsagn er ikke mere end to formuleringer Newtons anden lov. Ligningen svarende til lovens definition er bevægelsesligning for et materielt punkt.

Newtons tredje lov

Kræfterne af interaktion mellem to materielle punkter er lige store, modsat rettet og virker langs den lige linje, der forbinder disse materielle punkter.

Enhver handling har en lige og modsat reaktion.

Materiale punkter virker på hinanden i par med kræfter, der har samme natur, rettet langs den lige linje, der forbinder disse punkter, lige stor og modsat i retning: . Eller, hvis systemet består af mange materielle punkter, så, dvs. materialepunkter interagerer i par. Begge kræfter er rettet langs den lige linje, der forbinder disse punkter.

Disse tre udtryk er forskellige formuleringer Newtons tredje lov.

Ethvert system, der bevæger sig med acceleration i forhold til en inertiereferenceramme er ikke-inerti.

Dynamik er den gren af ​​mekanik, der studerer forskellige slags mekaniske bevægelser under hensyntagen til kroppens interaktion med hinanden. Grundlaget for dynamikken er Newtons tre love, som er resultatet af en generalisering af observationer og eksperimenter inden for mekaniske fænomener, som var kendt før Newton og udført af Newton selv. Newtons love for dynamik (også kendt som klassisk dynamik) har begrænset område anvendelighed. De er gyldige for makroskopiske legemer, der bevæger sig med hastigheder meget lavere end lysets hastighed i vakuum. Fænomenet inerti Lad os observere forskellige legemers adfærd i forhold til Jorden, idet vi vælger et fast referencesystem, der er forbundet med Jordens overflade. Vi vil opdage, at hastigheden af ​​enhver krop kun ændres under indflydelse af andre kroppe. Lad fx kroppen stå på en stationær vogn. Vi skubber vognen og kroppen vil tippe mod bevægelsen. Hvis man derimod pludselig standser en kørende vogn med krop, vil den vælte i bevægelsesretningen. Det er klart, at hvis der ikke var nogen friktion mellem vognen og karosseriet, ville kroppen ikke vælte. I det første tilfælde ville følgende ske: siden hastigheden stående krop er nul, og vognens hastighed begyndte at stige, ville vognen glide frem fra under den stationære krop. I det andet tilfælde, når vognen bremsede, ville kroppen, der stod på den, bevare sin bevægelseshastighed og glide fremad fra den standsede vogn.

Et andet eksempel. En metalkugle ruller ned ad en skrå sliske på et vandret plan fra samme højde h (fig. 16), og derfor er dens hastighed ved det punkt, hvor den starter vandret bevægelse, er altid det samme. Lad den vandrette overflade drysses med sand først. Bolden vil rejse en kort afstand s1 og stoppe. Lad os erstatte den sandede overflade med en glat plade. Bolden vil tilbagelægge en væsentlig større afstand s2, før den stopper. Lad os erstatte brættet med is. Bolden vil rulle i meget lang tid og vil rejse en afstand s3 >> s2, før den stopper. Denne sekvens af eksperimenter viser, at hvis vi reducerer indflydelsen miljø på et bevægeligt legeme nærmer dets vandrette bevægelse i forhold til Jorden sig uendeligt ensartet og retlinet. (Når kroppen bevæger sig vandret overflade Jordens tiltrækning af dette legeme kompenseres af støttens elasticitet - brædder, is osv.) Det faktum, at kroppen har en tendens til ikke at opretholde nogen bevægelse, nemlig retlinet, bevises f.eks. af følgende eksperiment ( Fig. 17). En bold, der bevæger sig retlinet langs en flad vandret overflade, der kolliderer med en forhindring med en buet form, tvinges til at bevæge sig i en bue under påvirkning af denne forhindring. Men når bolden når kanten af ​​forhindringen, stopper den med at bevæge sig krumlinjet og begynder igen at bevæge sig i en lige linje. Ved at opsummere resultaterne af de ovennævnte (og lignende) observationer kan vi konkludere, at hvis en given krop ikke bliver påvirket af andre kroppe, eller deres handlinger gensidigt kompenseres, er denne krop i hvile eller hastigheden af ​​dens bevægelse forbliver uændret i forhold til til referencerammen, fast forbundet med jordens overflade. Fænomenet med en krop, der opretholder en hviletilstand eller retlinet ensartet bevægelse i fravær eller kompensation af ydre påvirkninger på denne krop kaldes inerti.

Galileo og derefter Newton kom først til konklusionen om eksistensen af ​​fænomenet inerti. Denne konklusion er formuleret i form af Newtons første lov (inertiloven): der er sådanne referencesystemer, i forhold til hvilke et legeme (materielt punkt), i mangel af ydre påvirkninger på det (eller med deres gensidige kompensation), opretholder en hviletilstand eller ensartet retlinet bevægelse. Referencerammer, hvori Newtons første lov er opfyldt, kaldes inerti. Følgelig er inertisystemer de referencesystemer, i forhold til hvilke et materielt punkt, i mangel af ydre påvirkninger på det eller deres gensidige kompensation, er i ro eller bevæger sig ensartet og retlinet.

Observationer viser, at med meget høj grad nøjagtighed kan betragtes som en inertiel referenceramme heliocentrisk system, hvor oprindelsen af ​​koordinater er forbundet med Solen, og akserne er rettet mod bestemte "faste" stjerner. Referencesystemer, der er stift forbundet med Jordens overflade, er strengt taget ikke inerti, da Jorden bevæger sig i en bane omkring Solen og samtidig roterer om sin akse. Men når man beskriver bevægelser, der ikke har en global (dvs. verdensomspændende) skala, kan referencesystemer forbundet med Jorden betragtes som inerti med tilstrækkelig nøjagtighed. Referencesystemer, der bevæger sig ensartet og retlinet i forhold til et eller andet inertiereferencesystem, er også inerti (se nedenfor). Galileo fastslog, at ingen mekaniske eksperimenter udført i et inertiereferencesystem kan fastslå, om dette system er i hvile eller bevæger sig ensartet og retlinet. Dette udsagn kaldes Galileos relativitetsprincip eller det mekaniske relativitetsprincip. Dette princip blev efterfølgende udviklet af A. Einstein og er et af postulaterne speciel teori relativitet. Inertielle referencerammer spiller en eksklusiv rolle i fysik vigtig rolle, da ifølge Einsteins relativitetsprincip, matematisk udtryk enhver fysiklov har den samme form i hver inerti-referenceramme. I det følgende vil vi kun bruge inertisystemer (uden at nævne dette hver gang). Referencerammer, hvori Newtons første lov ikke er opfyldt, kaldes ikke-inertielle. Sådanne systemer omfatter ethvert referencesystem, der bevæger sig med acceleration i forhold til et inertiereferencesystem.

I.2.1 NEWTONS FØRSTE LOV. INERTIAL REFERENCESYSTEMER.

Newtons første lov: ethvert legeme bevarer sin hviletilstand eller ensartede retlinede bevægelse, indtil en ydre påvirkning tvinger den til at ændre denne tilstand.

Newtons første lov siger, at en tilstand af hvile eller ensartet lineær bevægelse ikke kræver nogen ydre påvirkninger for at opretholde den. Dette afslører en særlig dynamisk egenskab ved kroppe kaldet inerti . Derfor kaldes Newtons første lov også inertiloven , og bevægelsen af ​​en krop fri for ydre påvirkninger er friløb .

I ovenstående formulering af Newtons første lov er det underforstået, at kroppen ikke er deformeret, dvs. absolut solid, og at den i mangel af ydre påvirkninger bevæger sig fremad. Derudover kan et stift legeme også rotere ensartet ved inerti. Hvis vi i Newtons første lov ikke taler om et "legeme", men om et materielt punkt, som ifølge sin definition hverken kan deformere eller rotere, så forsvinder behovet for alle disse forbehold. I betragtning af alt det, der er blevet sagt, kan vi give følgende formulering af denne lov: Der er sådanne referencesystemer, kaldet inerti, i forhold til hvilke et materielt punkt, i fravær af ydre påvirkninger, bevarer størrelsen og retningen af ​​sin hastighed på ubestemt tid. Loven gælder også i situationer, hvor ydre påvirkninger er til stede, men er gensidigt kompenseret (dette følger af Newtons 2. lov, da kompenserede kræfter giver nul total acceleration til kroppen).

Det faktum, at kroppen forbliver i ro (dvs. holder fart, lig med nul) indtil en anden krop handler på den - er ganske forståelig og bekræftet af dagligdags observationer. Selve stenen vil ikke flytte sig fra sin plads, før den bliver flyttet af nogen eller noget. Men det er svært for os at tro, at en krop for evigt kan opretholde ensartet og retlinet bevægelse. En kastet sten oplever luftmodstand og tyngdekraft mod jorden. Hvis disse påvirkninger ikke eksisterede, ville kroppen opretholde en tilstand af ensartet og retlinet bevægelse (dvs. den ville opretholde størrelsen og retningen af ​​sin hastighed). Eller et andet eksempel: efter løb kan en person ikke øjeblikkeligt stoppe eller øjeblikkeligt vende sig til siden. For at gå rundt om en stang, mens han løber, griber en person instinktivt den med hånden, dvs. tyer til indflydelse fra en anden krop (kolonne) for at ændre retningen af ​​dens hastighed.

I.2.2 POWER

Med magt kaldes en vektor fysisk størrelse, som er et mål for indflydelse på materiale punkt eller en krop fra siden af ​​andre legemer eller marker.

Speciel form stof, der binder stofpartikler ind forenede systemer og sender med terminal hastighed nogle partiklers virkning på andre kaldes fysisk felt.

Et felt, der virker på et materielt punkt med en kraft, kaldes stationært felt, hvis det ikke ændrer sig over tid, dvs. hvis på noget tidspunkt i marken

Interaktion mellem fjerne legemer udføres gennem gravitationelle og elektromagnetiske felter.

Gravitationsinteraktion – opstår mellem legemer i overensstemmelse med loven om universel gravitation.

Elektromagnetisk interaktion – opstår mellem legemer eller partikler med elektrisk ladning.

Derudover er der også stærk interaktion, der eksisterer for eksempel mellem de partikler, der udgør kernerne af atomer og svag interaktion, der for eksempel karakteriserer processerne til transformation af nogle elementære partikler.

Mekaniske problemer tages i betragtning gravitationskræfter (tyngdekraft) og to varianter elektromagnetiske kræfter – elastiske kræfter Og friktionskræfter.

Kræfterne af interaktion mellem dele af et eller andet system af kroppe, der er under overvejelse, kaldes indre kræfter.

Påvirkningskræfterne på kroppe i et givet system fra andre kroppe, der ikke er inkluderet i dette system, kaldes ydre kræfter.

Totalitet fysiske kroppe, som har interaktion med ydre organer fraværende eller kompenseret, kaldet lukket(isoleret) system.

En kraft er fuldstændig defineret, hvis dens størrelse, retning og anvendelsespunkt er angivet. Den rette linje, langs hvilken kraften er rettet, kaldes kraftlinje.

Den samtidige virkning af flere kræfter ( , ..., ) på et materielt punkt svarer til virkningen af ​​en kraft, kaldet resulterende eller resulterer styrke og lige med dem geometrisk sum:

Formel (I.48) er princippet om superposition af kræfter.

TYPER AF KRAFT I NATUREN

Mest simple typer kræfter er dem, der er forårsaget af direkte mekanisk påvirkning af en krop på en anden, når de kommer i kontakt, disse omfatter: trækkraft, friktion, tryk, elasticitet, spænding.

Lad os se på nogle få af dem.

Elastiske kræfter. De kræfter, der opstår under elastisk deformation af legemer, kaldes elastiske kræfter . Disse kræfter virker mellem det deformerbare legemes kontaktlag såvel som ved kontaktpunktet mellem det deformerbare legeme og det legeme, der forårsager deformationen.

For eksempel, fra siden af ​​et elastisk deformeret bræt, virker en elastisk kraft på en blok, der ligger på den (fig. 25). Elastiske kræfter er kræfter af elektromagnetisk natur.

Den elastiske kraft, der virker på kroppen betragtet i dette problem fra siden af ​​støtten eller ophænget, kaldes jordreaktionskraft(suspension) el ophængningsspændingskraft. I fig. Figur 26 viser eksempler på anvendelsen af ​​støttereaktionskræfter (kraft) og ophængningsspændingskraft (kraft) på legemer.

Den elastiske kraft afhænger kun af ændringer i afstandene mellem de vekselvirkende dele af en given elastisk krop. Den elastiske krafts arbejde afhænger ikke af banens form, og når man bevæger sig langs en lukket bane, er lig nul. Derfor er de elastiske kræfter potentielle kræfter (begrebet arbejde og potentielle kræfter vil blive diskuteret i kapitel I.3 (§ I.3.1, s. 41), (§ I.3.2, s. 45)).

Hookes lov: Den elastiske kraft er proportional med forlængelsesvektoren (kompression) og er modsat den i retningen:

, (I.49)

Hvor - kropsstivhed– værdi bestemt af den elastiske kraft, der opstår ved en enhedsdeformation givet krop;

Forlængelsesvektoren er en størrelse, der karakteriserer endimensionel (lineær) strækning (kompression).

Friktionskræfter. Hver gang en krop bevæger sig hen over overfladen af ​​en anden, opstår der modstand mod denne bevægelse, som vi forestiller os som friktionskraft rettet mod denne bevægelse.

Der skelnes mellem ydre og indre friktion. Ekstern friktion er den mekaniske modstand, der opstår under den relative bevægelse af to kontaktlegemer i deres kontaktplan. For eksempel eksisterer der ekstern friktion mellem en blok og skråplan, hvorpå blokken ligger eller hvorfra den glider. Under visse forhold bliver ydre friktion til indre friktion, hvor der ikke er noget spring i hastighed i kontaktzonen, når man bevæger sig fra en krop til en anden.

Friktionen mellem overfladerne af to kontaktende faste legemer i fravær af et flydende eller gasformigt lag mellem dem kaldes tør friktion. Friktion mellem overflade solid og det omgivende flydende eller gasformige medium, hvori kroppen bevæger sig, kaldes væske eller viskøs friktion.

Tør friktion er opdelt i:

§ statisk friktion– friktion i fravær af relativ bevægelse af kontaktlegemer;

§ glidende friktion– friktion under relativ bevægelse af kontaktlegemer.

Friktionskraften, der forhindrer en krops bevægelse på overfladen af ​​en anden, kaldes statisk friktionskraft.

Normalt, når man taler om kraften af ​​statisk friktion, mener de ultimativ statisk friktionskraft. Lad os betegne med ydre kraft påføres en krop i kontakt med en anden krop. Denne kraft er parallel med kontaktplanet. Relativ bevægelse af en krop opstår under tilstanden . Kraften af ​​statisk friktion er forårsaget af indgreb af ujævne overflader af legemer, elastiske deformationer af disse ujævnheder og adhæsion (adhæsion) af legemer på de steder, hvor afstandene mellem deres partikler er små og tilstrækkelige til forekomsten af ​​intermolekylær tiltrækning. I denne henseende kan kraften af ​​statisk friktion betragtes som en type manifestation af elastiske kræfter.

Det er eksperimentelt blevet fastslået, at den maksimale statiske friktionskraft () ikke afhænger af kroppens kontaktareal og er tilnærmelsesvis proportional med modulet af den normale trykkraft (), der presser gnidningsfladerne mod hinanden: .

Den dimensionsløse faktor kaldes den statiske friktionskoefficient. Det afhænger af gnidningsfladernes art og tilstand.

Glidefriktion forklares ved ruheden af ​​gnidningsfladerne. Stor rolle Intermolekylære interaktionskræfter spiller også en rolle.

Lovene om glidende friktion.

JEG. Forholdet mellem friktionskraft og trykkraft (de der. til den kraft, der presser gnidningsflader mod hinanden) der er en konstant værdi for disse overflader. Den første friktionslov kan formuleres som følger: friktionskraften er direkte proportional med trykkraften. Det er eksperimentelt vist, at den glidende friktionskraft er proportional med den normale trykkraft: .

II. Friktionskoefficienten afhænger af gnideoverfladernes materialer.

III. Friktionskoefficienten afhænger ikke af størrelsen af ​​gnidefladerne. Hvis overfladearealet er meget lille, så et bevægeligt legeme kan efterlade en ridse på en stationær (for eksempel spidsen af ​​et søm), så mister denne lov sin kraft.

IV. Friktionskoefficienten falder med stigende hastighed. Dette forklares af det faktum, at ved høje hastigheder har ikke alle fremspring af ru overflader tid til at engagere hinanden dybt nok.

Figur 27 viser en graf over friktionskoefficienten afhængig af bevægelseshastigheden.

Det fremgår tydeligt af grafen højeste koefficient friktion (og derfor største styrke friktion) eksisterer i hvile. Dette er kort udtrykt som følger: den maksimale værdi af den statiske friktionskraft er større end den glidende friktionskraft. Love I, II og III blev fundet af Coulomb fra forsøg med et tribometer.

Bemærk: i de simpleste tilfælde er friktionskraften og normaltrykskraften forbundet med ulighed, som kun bliver til lighed i nærværelse af relativ bevægelse. Dette forhold kaldes