Угол между векторами сил, действующих на частицу, очень важен при выяснении величины и направления равнодействующей силы. Момент вектора силы

В механике вводится понятие силы, которое чрезвы­чайно широко используется и в других науках. Физиче­ская сущность этого понятия ясна каждому человеку непосредственно из опыта.

Рис.1.Деформация тел под действием силы:

а - деформации сжатия – растяжения;

б - деформация изгиба.

Остановимся на определении силы для абсолютно твердых тел. Эти тела могут вступать во взаимодействие, в результате которого изменяется характер их движения. Сила–это мера взаимодействия тел. Например, взаимодействие планет и Солнца определяется силами тяготения, взаимодействие Земли и различных тел на ее поверхности - силами тяжести и т. д.

Следует подчеркнуть, что при взаимодействии реаль­ных, а не абсолютно твердых тел, возникающие силы могут не только приводить к изменению характера их движения, но и вызы­вать изменение формы или размеров этих тел. Иными словами, в реальных физических телах силы служат причиной возникновения деформаций.

Механика рассматривает и изучает не природу дей­ствующих сил, а производимый ими эффект. Эффект действия силы определяется тремя факторами, полностью её определяющими:

2. Численным значением (модулем);

3. Точкой приложения.

Иными словами, сила является векторной величиной.

Кроме сил, в механике часто встречаются другие векторные величины - в частности, скорость, ускорение.

Величина, не имеющая направления, называется ска­ляром, или скалярной величиной, К скалярным величинам относятся, например, время, температура, объем и др.

Вектор изображается отрезком, на конце которого ставится стрелка. Направление стрелки указывает направ­ление вектора, длина отрезка - величину вектора, отложенную в выбранном масштабе.

Рис. 2. Изображение векторов сил на чертежах.

Вектор, имеющий начало в точке В и конец в точке С (рис. 2, а ), можно обозначить теми же буквами, но с черточкой наверху: , причем на первом месте ставят букву, стоящую в начале вектора, а затем букву, стоящую в конце вектора. Иногда вектор обозначают буквой: , , и т. д. (рис. 2, б ).

Линией действия силы называют прямую, на которой лежит вектор силы (рис. 2, в).

Если необходимо показать на чертеже величину век­
тора, его изображают стрелкой, рядом с которой записы-
вают величину, или модуль. Величина вектора обозначается той же буквой, что и сам вектор, но без черточки наверху (рис. 2, г).

Модуль, или величина силы, является количественной характеристикой меры взаимодействия тел. Величина силы в Международной системе единиц (СИ) измеряется в ньютонах (Н). Применяют также и более крупные еди­ницы измерения: 1 килоньютон (1 кН = 10 3 Н), 1 меганьютон (1 МН = 10 6 Н).

Во-первых, различие между «гравитацией» и «гравитацией», используемой в геофизике. «Гравитация» относится к закону тяготения Ньютона. (Никто не использует общую теорию относительности к моделированию тяготения для небольших, кусковых масс, таких как Земля, Марс или Луна.) «Гравитация» относится к тому, как все кажется падающим с точки зрения наблюдателя, зафиксированного относительно вращающейся Земли. Таким образом, гравитация включает в себя гравитационное ускорение (внутрь, более или менее к центру Земли) и центробежное ускорение (наружу, от оси вращения Земли). Этот вопрос задает вопрос о гравитации, а не о гравитации.

Как я понимаю, вычислить вектор гравитации, не позволяющий вычислить нормаль к элипсоиду, но нам нужно вычислить нормаль к геоиду (по определению геоид - это поверхность, к которой сила тяжести везде перпендикулярна).

Это наоборот. Геоид - расчетная поверхность. До эры спутника одним из ключевых наборов входных данных для расчета геоида были наблюдения за отклонениями локальной гравитации, в частности отклонение вертикали. В каком направлении гравитация указывала на несколько мест, давалась подсказка относительно локального облика геоида.

Наблюдение орбит спутников обеспечивает глобальную меру гравитационного поля Земли. Сателлиты были специально созданы для этой работы, совсем недавно, GRACE и GOCE. Гравитационное поле Земли публикуется в терминах коэффициентов сферической гармоники. Гравитационный вектор для точки в пространстве на поверхности Земли или над ней может быть вычислен непосредственно из этих коэффициентов. Векторное добавление в центробежном ускорении из-за вращения Земли приводит к гравитационному вектору. Положение также дает номинальный вектор силы тяжести, предполагающий эллипсоидальную Землю.

So I have some questions:

1. How to compute normal to geoid?

Как отмечено выше, геоид не нужен. Современные модели геоида рассчитываются по тем же сферическим гармоническим коэффициентам (плюс вращение Земли), которые использовались для расчета гравитационного ускорения и силы тяжести.

Технический термин - «отклонение вертикали» (с вариациями). Per Hirt et al., Это до 100 секунд дуги, примерно в 10 километрах к югу от вершины Аннапурны II. Это расчетное значение, основанное на различных спутниковых моделях (которые немного грубые) в сочетании с цифровыми картами местности в сочетании с некоторой более волосатой математикой для создания мелкомасштабных моделей.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 СТАТИКА, раздел механики, предметом которого являются материальные тела, находящиеся в состоянии покоя при действии на них внешних сил. В широком смысле слова статика это теория равновесия любых тел твердых, жидких или газообразных. В более узком понимании данный термин относится к изучению равновесия твердых тел, а также нерастягивающихся гибких тел тросов, ремней и цепей. Равновесие деформирующихся твердых тел рассматривается в теории упругости, а равновесие жидкостей и газов в гидроаэромеханике. См. ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА. Историческая справка. Статика самый старый раздел механики; некоторые из ее принципов были известны уже древним египтянам и вавилонянам, о чем свидетельствуют построенные ими пирамиды и храмы. Среди первых создателей теоретической статики был Архимед (ок до н.э.), который разработал теорию рычага и сформулировал основной закон гидростатики. Родоначальником современной статики стал голландец С.Стевин (), который в 1586 сформулировал закон сложения сил, или правило параллелограмма, и применил его в решении ряда задач. Основные законы. Законы статики вытекают из общих законов динамики как частный случай, когда скорости твердых тел стремятся к нулю, но по историческим причинам и педагогическим соображениям статику часто излагают независимо от динамики, строя ее на следующих постулируемых законах и принципах: а) законе сложения сил, б) принципе равновесия и в) принципе действия и противодействия. В случае твердых тел (точнее, идеально твердых тел, которые не деформируются под действием сил) вводится еще один принцип, основанный на определении твердого тела. Это принцип переносимости силы: состояние твердого тела не изменяется при перемещении точки приложения силы вдоль линии ее действия. Сила как вектор. В статике силу можно рассматривать как тянущее или толкающее усилие, имеющее определенные направление, величину и точку приложения. С математической точки зрения, это вектор, а потому ее можно представить направленным отрезком прямой, длина которого пропорциональна величине силы. (Векторные величины, в отличие от других величин, не имеющих направления, обозначаются полужирными буквами.) Параллелограмм сил. Рассмотрим тело (рис. 1,а), на которое действуют силы F 1 и F 2, приложенные в точке O и представленные на рисунке направленными отрезками OA и OB. Как показывает опыт, действие сил F 1 и F 2 эквивалентно одной силе R, представленной отрезком OC. Величина силы R равна длине диагонали параллелограмма, построенного на векторах OA и OB как его сторонах; ее направление показано на рис. 1,а. Сила R называется равнодействующей сил F 1 и F 2. Математически это записывается в виде R = F 1 + F 2, где сложение понимается в геометрическом смысле слова, указанном выше. Таков первый закон статики, называемый правилом параллелограмма сил.

2 Равнодействующая сила. Вместо того чтобы строить параллелограмм OACB, для определения направления и величины равнодействующей R можно построить треугольник OAC, перенеся вектор F 2 параллельно самому себе до совмещения его начальной точки (бывшей точки O) c концом (точкой A) вектора OA. Замыкающая сторона треугольника OAC будет, очевидно, иметь ту же величину и то же направление, что и вектор R (рис. 1,б). Такой способ отыскания равнодействующей можно обобщить на систему многих сил F 1, F 2,..., F n, приложенных в одной и той же точке O рассматриваемого тела. Так, если система состоит из четырех сил (рис. 1,в), то можно найти равнодействующую сил F 1 и F 2, сложить ее с силой F 3, затем сложить новую равнодействующую с силой F 4 и в результате получить полную равнодействующую R. Равнодействующая R, найденная таким графическим построением, представляется замыкающей стороной многоугольника сил OABCD (рис. 1,г). Данное выше определение равнодействующей можно обобщить на систему сил F 1, F 2,..., F n, приложенных в точках O 1, O 2,..., O n твердого тела. Выбирается точка O, называемая точкой приведения, и в ней строится система параллельно перенесенных сил, равных по величине и направлению силам F 1, F 2,..., F n. Равнодействующая R этих параллельно перенесенных векторов, т.е. вектор, представленный замыкающей стороной многоугольника сил, называется равнодействующей сил, действующих на тело (рис. 2). Ясно, что вектор R не зависит от выбранной точки приведения. Если величина вектора R (отрезок ON) не равна нулю, то тело не может находиться в покое: в соответствии с законом Ньютона всякое тело, на которое действует сила, должно двигаться с ускорением. Таким образом, тело может находиться в состоянии равновесия только при условии, что равнодействующая всех сил, приложенных к нему, равна нулю. Однако это необходимое условие нельзя считать достаточным тело может двигаться, когда равнодействующая всех приложенных к нему сил равна нулю.

3 В качестве простого, но важного примера, поясняющего сказанное, рассмотрим тонкий жесткий стержень длиной l, вес которого пренебрежимо мал по сравнению с величиной приложенных к нему сил. Пусть на стержень действуют две силы F и F, приложенные к его концам, равные по величине, но противоположно направленные, как показано на рис. 3,а. В этом случае равнодействующая R равна F F = 0, но стержень не будет находиться в состоянии равновесия; очевидно, он будет вращаться вокруг своей средней точки O. Система двух равных, но противоположно направленных сил, действующих не по одной прямой, представляет собой «пару сил», которую можно характеризовать произведением величины силы F на «плечо» l. Значимость такого произведения можно показать путем следующих рассуждений, которые иллюстрируют правило рычага, выведенное Архимедом, и приводят к заключению об условии вращательного равновесия. Рассмотрим легкий однородный жесткий стержень, способный поворачиваться вокруг оси в точке O, на который действует сила F 1, приложенная на расстоянии l 1 от оси, как показано на рис. 3,б. Под действием силы F 1 стержень будет поворачиваться вокруг точки O. Как нетрудно убедиться на опыте, вращение такого стержня можно предотвратить, приложив некоторую силу F 2 на таком расстоянии l 2, чтобы выполнялось равенство F 2 l 2 = F 1 l 1.

4 Таким образом, вращение можно предотвратить бесчисленными способами. Важно лишь выбрать силу и точку ее приложения так, чтобы произведение силы на плечо было равно F 1 l 1. Это и есть правило рычага. Нетрудно вывести условия равновесия системы. Действие сил F 1 и F 2 на ось вызывает противодействие в виде силы реакции R, приложенной в точке O и направленной противоположно силам F 1 и F 2. Согласно закону механики о действии и противодействии, величина реакции R равна сумме сил F 1 + F 2. Следовательно, равнодействующая всех сил, действующих на систему, равна F 1 + F 2 + R = 0, так что отмеченное выше необходимое условие равновесия выполняется. Сила F 1 создает крутящий момент, действующий по часовой стрелке, т.е. момент силы F 1 l 1 относительно точки O, который уравновешивается действующим против часовой стрелки моментом F 2 l 2 силы F 2. Очевидно, что условием равновесия тела является равенство нулю алгебраической суммы моментов, исключающее возможность вращения. Если сила F действует на стержень под углом, как показано на рис. 4,а, то эту силу можно представить в виде суммы двух составляющих, одна из которых (F p), величиной F cos, действует параллельно стержню и уравновешивается реакцией опоры F p, а другая (F n), величиной F sin, направлена под прямым углом к рычагу. В этом случае крутящий момент равен Fl sin ; он может быть уравновешен любой силой, которая создает равный ему момент, действующий против часовой стрелки. Чтобы проще было учитывать знаки моментов в тех случаях, когда на тело действует много сил, момент силы F относительно любой точки O тела (рис. 4,б) можно рассматривать как вектор L, равный векторному произведению r F вектора положения r на силу F. Таким образом, L = r F. Нетрудно показать, что если на твердое тело действует система сил, приложенных в точках O 1, O 2,..., O n (рис. 5), то эту систему можно заменить равнодействующей R сил F 1, F 2,..., F n, приложенной в любой точке O тела, и парой сил L, момент которых равен сумме + . Чтобы убедиться в этом, достаточно мысленно приложить в точке O систему пар равных, но противоположно направленных сил F 1 и F 1 ; F 2 и F 2 ;...; F n и F n, что, очевидно, не изменит состояния твердого тела.

5 Но сила F 1, приложенная в точке O 1, и сила F 1, приложенная в точке O, образуют пару сил, момент которых относительно точки O равен r 1 F 1. Точно так же силы F 2 и F 2, приложенные в точках O 2 и O соответственно, образуют пару с моментом r 2 F 2, и т.д. Суммарный момент L всех таких пар относительно точки O дается векторным равенством L = + . Остальные силы F 1, F 2,..., F n, приложенные в точке O, в сумме дают равнодействующую R. Но система не может находиться в равновесии, если величины R и L отличны от нуля. Следовательно, условие равенства нулю одновременно величин R и L является необходимым условием равновесия. Можно показать, что оно же является и достаточным, если тело первоначально покоится. Итак, задача о равновесии сводится к двум аналитическим условиям: R = 0 и L = 0. Эти два уравнения представляют собой математическую запись принципа равновесия. Теоретические положения статики широко применяются при анализе сил, действующих на конструкции и сооружения. В случае непрерывного распределения сил суммы, которые дают результирующий момент L и равнодействующую R, заменяются интегралами и в соответствии с обычными методами интегрального исчисления. См. также МЕХАНИКА; ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ. ЛИТЕРАТУРА Смокотин Г.Я. Курс лекций по статике. Томск, 1984 Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М., 1986 Бабенков И.С. Основы статики и сопротивления материалов. М., 1988

Историческая справка. Статика самый старый раздел механики; некоторые из ее принципов были известны уже древним египтянам и вавилонянам, о чем свидетельствуют построенные ими пирамиды и храмы (и дошедшие

I. Введение. Введение в механику. Разделы теоретической механики. Предмет теоретической механики Современная техника ставит перед инженерами множество задач, решение которых связано с исследованием так

Техническая механика. Лекция Момент силы относительно центра как вектор. Какое-либо кинематическое состояние тел, имеющих точку или ось вращения, можно описать моментом силы, характеризующим вращательный

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА 1.1. Статика. Статикой называется раздел механики, в котором излагается общее учение о силах и изучаются условия равновесия материальных тел, находящихся под действием сил. Абсолютно

Вектор-момент силы относительно точки m o (F) Вектор-моментом силы F относительно точки называется m o (F) = r F Как известно, результат векторного произведения векторов перпендикулярен каж- F r дому из

6.1. Силы, действующие на звенья механизмов 6.1.1. Классификация сил. Задачи силового анализа Силы и моменты, действующие на звенья механизмов принято делить на внешние и внутренние. К внешним относятся:

СТАТИКА ЛЕКЦИЯ 1 Введение в статику. Система сходящихся сил. 1. Основные понятия и аксиомы статики.. Связи и реакции связей. 3. Система сходящихся сил. 4. Разложение вектора силы по координатным осям.

Оглавление Момент силы относительно оси... Произвольная пространственная система сил... 3 Определение главного вектора и главного момента пространственной системы сил... 3 Центральная ось системы... 4

СТАТИКА (определения и теоремы) Основные понятия статики Статика Раздел механики, в котором изучаются условия равновесия механических систем под действием сил и операции преобразования систем сил в эквивалентные.

Оглавление Принцип Германа Эйлера - Даламбера... 2 Сила инерции... 2 Принцип Даламбера для материальной точки... 2 Принцип Даламбера для системы материальных точек... 3 Принцип Даламбера для несвободной

TTÜ VIUMAA KOLLEDŽ Ehitus ja Tootmistehnika lektorat Üliõpilane: Õpperühm: Töö nr. ja nimetus: 6 Сложение сил Tehtud: Arvestatud: Tehniline füüsika Приборы:............ Теория Сила это мера взаимодействия

Введение Материя и ее основные свойства. Задачи и методы физики. Роль абстракций и моделей в физике. Физические величины и их измерение Структура механики Механика Механика Кинематика Материальной точки

1 Задачи механики. Материальная точка и абсолютно твердое тело. 3 Способы описания движения материальной точки. 4 Тангенциальное, нормальное и полное ускорения. Структура механики Механика Механика Кинематика

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА. СТАТИКА Статика это раздел теоретической механики, в котором излагается общее учение о силах и изучаются условия равновесия материальных тел, находящихся под действием сил Равновесие

ЛЕКЦИЯ 5 ВИРТУАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ. ЧИСЛО СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ. АКСИОМЫ ДИНАМИКИ 1. Перемещения точек несвободной системы Рис. 5.1 Предположим, что имеется система материальных точек P, ν = 1, 2, N. Начало

Лекция СТАТИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА Введение Предмет и Модели механики Классическая или Ньютонова механика является разделом физики, в котором изучаются основные законы механического взаимодействия и движения

ЛЕКЦИЯ 4 КИНЕМАТИКА СЛОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КИНЕМАТИКИ СИСТЕМЫ. СВЯЗИ 1. Кинематика сложного движения тела Прошлая лекция закончилась рассмотрением кинематических уравнений Эйлера. Была рассмотрена

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский политехнический университет» В. П. Нестеренко, А. И. Зитов, С. Л. Катанухина,

5 Лекция 4 Динамика вращательного движения твердого тела План лекции гл4 6-9 Момент инерции Момент силы 3 Основное уравнение динамики вращательного движения Момент инерции При рассмотрении вращательного

ТЕОРЕМА О ТРЕХ СИЛАХ Если твердое тело находится в равновесии под действием трех непараллельных сил, то линии действия этих сил лежат в одной плоскости и пересекаются в одной точке. ТЕОРЕМА О ТРЕХ СИЛАХ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА 1 СЕМЕСТР ЛЕКЦИЯ 4 ДВИЖЕНИЕ НЕСВОБОДНОЙ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ РАВНОВЕСИЕ ТОЧКИ Лектор: Батяев Евгений Александрович Батяев Е. А. (НГУ) ЛЕКЦИЯ 4 Новосибирск, 2016 г. 1 / 18 Материальная

Тема 1.4. Динамика вращательного движения План 1. Момент импульса частицы. Момент силы 3. Уравнение моментов 4. Собственный момент импульса 5. Динамика твердого тела 6. Момент инерции 7. Кинетическая энергия

Итоговый тест, Прикладная механика (теормех) (2523) 1 (60c) Наука о общих законах механического движения и равновесия материальных тел под действием сил 1) общая физика 2) теоретическая механика 3) сопротивление

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СМРСКИЙ ГОСУДРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Механика» С Т Т

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ (лекции 4-5) ЛЕКЦИЯ 4, (раздел 1) (лек 7 «КЛФ, ч1») Кинематика вращательного движения 1 Поступательное и вращательное движение В предыдущих лекциях мы познакомились с механикой материальной

44 Лекция 4 Статика это часть механики, изучающая условия равновесия тел. Условия эти, очевидно, являются следствием более общих законов динамики, ибо, зная, как движется система материальных точек под

ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Факультет «Фундаментальные науки» Кафедра «Математическое моделирование» À.Í. Êàíàòíèêîâ,

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИНАМИКИ И УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТОЧКИ Наиболее общим разделом механики является динамика, имеющая особое значение для решения многих важных задач в различных областях техники Динамика

5. Динамика вращательного движения твердого тела Твердое тело это система материальных точек, расстояния между которыми не меняются в процессе движения. При вращательном движении твердого тела все его

ЛЕКЦИЯ 7 ТЕОРЕМЫ ОБ ИЗМЕНЕНИИ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ И КИНЕТИЧЕСКОГО МОМЕНТА. МОМЕНТ ИНЕРЦИИ Рис. 7.1 Пусть система состоит из точек P, ν = 1, 2, N. Начало отсчёта обозначим как O, радиус-вектор точки P

Лекция 10 Механика твердого тела. Твердое тело как система материальных точек. Поступательное движение абсолютно твердого тела. Момент силы, момент инерции. Уравнение динамики вращательного движения тела

Министерство образования и науки Российской Федерации Ивановский государственный химико-технологический университет С.Г. Сахарова, В.П. Зарубин, М.Ю. Колобов ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА. Статика Учебное пособие

Динамика вращательного движения Лекция 1.4. План лекции 1. Динамика вращения точки и тела вокруг постоянной оси, понятие о моменте инерции материальной точки и тела.. Изменение момента инерции тела при

Раздел I Физические основы механики Механика часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение Механическое движение это изменение с

Тема 2. Динамика материальной точки и твердого тела 2.1. Основные понятия и величины динамики. Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета (ИСО). Динамика (от греческого слова dynamis сила) раздел механики,

Лекция 3 Вектора и линейные операции над ними. 1. Понятие вектора. При изучении различных разделов физики, механики и технических наук встречаются величины, которые полностью определяются заданием их числовых

1..1. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Опыт показывает, что при определенном выборе системы отсчета справедливо следующее утверждение: свободное тело, т.е. тело, не взаимодействующее с

0.5 setgray0 0.5 setgray1 1 Лекция 3 ВЕКТОРЫ 1. Определение вектора. Свободные и скользящие векторы Дадим определение направленного отрезка. Определение 1. Отрезок, концы которого упорядочены, называется

1 Министерство образования и науки Российской Федерации НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ННГАСУ) Кафедра теоретической механики ИНТЕРНЕТ-ТЕСТИРОВАНИЕ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА 2 СЕМЕСТР ЛЕКЦИЯ 3 УРАВНЕНИЯ ЛАГРАНЖА ПЕРВОГО РОДА ПРИНЦИП ДАЛАМБЕРА-ЛАГРАНЖА (ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ ДИНАМИКИ) ПРИНЦИП ВИРТУАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РАБОТА СИЛ ИНЕРЦИИ ТВЁРДОГО ТЕЛА Лектор:

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный профессионально-педагогический

Занятие 3. Основные принципы динамики. Силы: тяжести, реакции, упругости Вариант 3... На тело массой 0 кг действуют несколько сил, равнодействующая которых постоянна и равна 5 Н. Относительно инерциальной

Тест: "Техническая механика "Статика". Задание #1 Что изучает раздел теоретической механики "Статика"? Выберите один из 3 вариантов ответа: 1) + Равновесие тел 2) - Движение тел 3) - Свойства тел Что такое

Лекция 5 1. Динамика вращательного движения материальной точки. Динамика вращательного движения абсолютно твердого тела 3. Алгоритм определения моментов инерции твердых тел (примеры) 1. Динамика вращательного

ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ ÌÃÒÓ Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Факультет «Фундаментальные науки» Кафедра «Математическое моделирование» À.Í. Êàíàòíèêîâ,

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УПИ» А А Мироненко ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ДИНАМИКА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПОДШИПНИКОВ

Глава 6 КООРДИНАТЫ И ВЕКТОРЫ 6.1. КООРДИНАТЫ И ВЕКТОРЫ НА ПРЯМОЙ 6.1.1. Координатная ось. Координата точки на оси. Длина отрезка с заданными координатами концов. Координата точки, делящей отрезок в заданном

5.3. Законы Ньютона При рассмотрении движении материальной точки в рамках динамики решаются две основные задачи. Первая или прямая задача динамики заключается в определении системы действующих сил по заданным

10 класс 1 1. Механика Кинематика Вопрос Ответ 1 Что такое физика? Физика - это наука, занимающаяся изучением простейших и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира. 2 Что

ЛЕКЦИЯ 6 МОМЕНТ СИЛЫ. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ РАБОТА СИЛ СИСТЕМЫ. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ. ОБОБЩЁННЫЕ СИЛЫ. ИДЕАЛЬНЫЕ СВЯЗИ. ЦЕНТР МАСС 1. Главный вектор системы сил Рис. 6.1 Предположим, что имеется система материальных

Лекция 7 Скалярное произведение векторов и его приложения. Векторное произведение векторов и его приложения. Определение 1. Углом между векторами ~a 6= ~ 0 и ~ b 6= ~ 0 называется наименьший угол между

РАВНОВЕСИЕ ТЕЛ Раздел механики, в котором изучается равновесие тел, называется статикой Равновесным называется состояние тела, неизменное во времени, т е равновесие это такое состояние тела, при котором

В.Ф. ДЕМЕНКО МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ 2013 1 ЛЕКЦИЯ 5 Построение эпюр внутренних силовых факторов для основных видов деформации бруса 1 Эпюры и основные правила их построения Определение Эпюрами

Лекция 9 Динамика относительного движения точки. Принцип Даламбера для материальной точки. Принцип Даламбера служит для определения динамических реакций связей при помощи управлений равновесия статики.

Ôèçè åñêèå ïðèëîæåíèÿ îïðåäåëåííîãî èíòåãðàëà Âîë åíêî Þ.Ì. Ñîäåðæàíèå ëåêöèè Работа переменной силы. Масса и заряд материальной кривой. Статические моменты и центр тяжести материальной кривой и плоской

Лекция 7 Работа. Теорема об изменении кинетической энергии. Консервативные силы. Потенциальная энергия частицы в потенциальном поле. Примеры: упругая сила, гравитационное поле точечной массы. Работа. Теорема

ПЛОСКОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА Плоским движением твердого тела называют такое его движение, при котором каждая его точка все время движется в одной и той же плоскости. Плоскости, в которых движутся отдельные

ЛЕКЦИЯ 13 ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ ДИНАМИКИ. ПРИНЦИП ДАЛАМБЕРА-ЛАГРАНЖА. ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ СТАТИКИ. ПРИНЦИП ВИРТУАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 1. Общее уравнение динамики. Принцип Даламбера Лагранжа В механике рассматриваются

Контрольные вопросы по теоретической меанике ТТИК 1. сновные понятия и аксиомы статики 1.1. Наодитсся ли в состоянии равновесия тело, если оно с постоянной скоростью движется по прямой или равномерно вращается

1. ВВЕДЕНИЕ Физика это наука о наиболее общих свойствах и формах движения материи. В механической картине мира под материей понималось вещество, состоящее из частиц, вечных и неизменных. Основные законы,

Л МЕХАНИКА Материальная точка Кинематика Физическая реальность и ее моделирование Система отсчета СК+ часы, СО К Абсолютно твердое тело Механика: ньютоновская релятивистская 1 Механика часть физики, которая

Вектор-момент силы относительно точки m o (F) Вектор-моментом силы F относительно точки называется m 0 (F)=r F Как известно, результат векторного произведения векторов перпендикулярен каж- F r дому из

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ

Закон сохранения импульса Закон сохранения импульса Замкнутая (или изолированная) система - механическая система тел, на которую не действуют внешние силы. d v " " d d v d... " v " v v "... " v... v v

Министерство образования Российской Федерации Московский государственный университет печати П.Н. Силенко ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Конспект лекций Допущено УМО по образованию в области полиграфии и книжного

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА СТАТИКА Задание 1 І. Какое движение, является простейшим? 1. Молекулярное 2. Механическое 3. Движение электронов. ІІ. При исследовании движения кузова автомобиля по прямолинейному

12 Лекция 2. Динамика материальной точки. гл.2 План лекции 1. Законы Ньютона. Основное уравнение динамики поступательного движения. 2. Виды взаимодействий. Силы упругости и трения. 3. Закон Всемирного

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «МЕХАНИКА» ДИНАМИКА

За направление вектора силы принимается направление вектора ускорения тела, на которое действует сила. В Международной системе единиц за единицу силы принимается сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 2 . Эта единица называется ньютоном (Н):

1Н = 1 кг м/с.

Второй закон Ньютона. Связь между силой и ускорением тела устанавливается на основании опыта. Если подействовать на одно и то же тело разными силами, то опыт показывает, что ускорение тела пря­мо пропорционально силе: a ~ F при m = const.

Обобщая подобные наблюдения и опыты, И. Ньютон сформулировал один из основных законов механики: сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение :

F = ma (5).

Из этого закона, получившего название второго закона Ньютона, следует, что для определения ускорения тела нужно знать действующую на него силу и массу тела: a = F/m.

Сложение сил . При одновременном действии на одно тело нескольких сил, тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые возникли бы под действием каждой силы в отдельности. Действующие на тело силы, складываются по правилу сложения векторов. Векторная сумма всех действующих на тело сил называется равнодействующей. F= N+F 1
Третий закон Ньютона . Опыт по­казывает, что при любом взаимо­действии двух тел, массы которых равны m 1 и m 2 , отношение модулей их ускорений остается постоянным и равным обратному отношению масс тел: . Отсюда следует равенство: a 1 m 1 = a 2 m 2.

В векторном виде это уравнение следует записать в виде: . Знак «минус» выражает тот опыт­ный факт, что при взаимодействии тел их ускорения всегда имеют проти­воположные направления.

Используя второй закон Ньютона, получаем равенство:

Это выражение, называемое третьим законом Ньютона, показывает, что тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль од­ной прямой. Эти силы равны по моду­лю, противоположны по направле­нию. Однако они не могут уравновешивать друг друга, так как прило­жены к разным телам.

Закон всемирного тяготения. В XVI в. астроном Тихо Браге, в течение многих лет наблюдавший планеты, смог с наибольшей воз­можной в то время точностью опреде­лить их координаты в различные мо­менты времени. Обрабатывая резуль­таты наблюдений Тихо Браге, астро­ном Иоган Кеплер установил формы орбит - траекторий, по которым движутся планеты, и некоторые осо­бенности движения планет по этим орбитам. Оказалось, что планеты движутся по орбитам, близким к круговым, и отношение куба радиуса орбиты лю­бой планеты к квадрату периода ее обращения вокруг Солнца есть вели­чина постоянная, одинаковая для всех планет Солнечной системы: , или (7) Причины таких закономерностей движения планет пытался выяснить и сам Кеплер. Однако строгое научное объяснение планетных движений бы­ло дано лишь И. Ньютоном. Математическая запись закона для сил тяготения, действую­щих между Солнцем и планетами: сила тяготения пропорциональна массе Солнца и массе планеты и об­ратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: (8).

Обобщив этот вывод на все тела в природе, Ньютон получил закон всемирного тяготения: все тела (ма­териальные точки), независимо от их свойств, притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

где коэффициент пропорциональнос­ти G, одинаковый для всех тел в при­роде, получил название гравитацион­ной постоянной G = 6,6720*10 -11 Н*м 2 *кг -2 .

Сила тяжести. Движение тела под действием силы тяжести. Сила тяжести - гравитационная сила, действующая на тело: F=m*g (10), где g- ускорение свободного падения, ускорение, приобретаемое телом под действием гравитационной силы вблизи поверхности небесных тел.

Самый простой случай движения тел под действием силы тяжести - свободное падение с начальной скоростью, равной нулю. В этом случае тело дви­жется прямолинейно с ускорением свободного падения по направлению к центру Земли. Если начальная скорость тела отлична от нуля и вектор начальной скорости направлен не по вертикали, то тело под действием силы тяжести движется с ускорением свободного падения по криволинейной траектории. Форму такой траектории наглядно иллюстрирует струя воды, вытекающая под некоторым углом к горизонту. Скорость, с которой проис­ходит движение тела по круго­вой орбите под действием силы всемирного тяготения, называ­ется первой космической ско­ростью. Определим первую космическую скорость для Зем­ли. Если тело под действием силы тя­жести движется вокруг Земли равномерно по окружности радиусом R, то ускорение свобод­ного падения является его центростремительным ускоре­нием: (11).

Отсюда первая космическая скорость равна: (12 )

Подставив в выражение (12) значения радиуса Земли и ускорения свободного падения у ее поверхности, получим, что первая космическая скорость для Земли v ~ 7,9 * 10 3 м/с = 7,9 км/с. Эта скорость примерно в 8 раз больше скорости пули.

Первая космическая ско­рость для любого небесного тела также определяется выражени­ем (12). Ускорение свободного падения на расстоянии R от центра небесного тела можно найти, воспользовавшись вто­рым законом Ньютона и законом всемирного тяготения:

Вес тела. Весом тела называют силу, с которой тело действует на горизонтальную опору или подвес. Вес тела P, т. е. сила, с кото­рой тело действует на опору, и сила упругости F упр, с которой опора действует на тело, в соответствии с третьим законом Ньютона рав­ны по модулю и противополож­ны по направлению: = - . (14)

Если тело находится в покое на горизонтальной поверхности или равномерно движется и на него действуют только сила тяжести F T и сила упругости F упр со стороны опоры, то из равен­ства нулю векторной суммы этих сил следует равенство: = - . (15 ) Сопоставив выражения получим = , (16 ), т. е. вес P тела на неподвижной или равномерно движущейся горизонтальной опоре равен силe тяжести F T , но приложены эти силы к разным телам.

При ускоренном движении тела и опоры вес P будет отличаться от силы тяжести F T . По второму закону Ньютона, при движении тела массой m под действием силы тяжести F T и силы упругости F упр с ускоре­нием а выполняется равенство: + = . (17). Из уравнений для веса P получаем: (18 ) или (19 ).

Рассмотрим случай движе­ния лифта, когда ускорение а направлено вертикально вниз. Если координатную ось ОУ на­править вертикально вниз, то векторы P, g и a оказываются параллельными оси ОУ, а их проекции - положительны­ми; тогда уравнение (19) при­мет вид . Так как проекции векторов положительны и параллельны координатной оси, их можно за­менить модулями векторов: P = m(g - a). Вес тела, направление уско­рения которого совпадает с направлением ускорения свободного падения, меньше веса покоящегося тела.

Невесомость . Если тело вмес­те с опорой свободно падает, то а = g и из формулы (7) следу­ет, что P= 0. Исчезновение веса при дви­жении опоры с ускорением свободного падения называется не­весомостью. Состояние невесомости на­блюдается в самолете или космическом корабле при движе­нии с ускорением свободного падения независимо от направ­ления и значения модуля ско­рости их движения. За преде­лами земной атмосферы при выключении реактивных дви­гателей на космический ко­рабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космиче­ский корабль и все тела, нахо­дящиеся в нем, движутся с оди­наковым ускорением; поэтому в корабле наблюдается явление невесомости.

Сила упругости . Вблизи поверхности Земли любое тело действует сила тяжести, однако, большинство тел вокруг нас не падают с ускорением, а находятся в покое. Не­подвижны книга, лежащая на столе, и стол, стоящий на полу. Книга на столе неподвижна - значит, кроме силы тяжести на нее действуют другие силы и равнодействующая всех сил равна нулю. Сила, возникающая в ре­зультате деформации тела и направленная в сторону, противо­положную перемещениям час­тиц тела при деформации, на­зывается силой упругости. Опыты по растяжению и сжатию твердых стержней по­казали, что при малых по срав­нению с размерами тел дефор­мациях модуль силы упругости пропорционален модулю век­тора перемещения свободного конца стержня. Направление вектора силы упругости проти­воположно направлению векто­ра перемещения при деформации. Поэтому для про­екции силы упругости на ось ОХ, направленную по вектору перемещения, выполняется ра­венство: (F упр) x = -kx, (20) где x - удлинение стержня.Связь между проекцией си­лы упругости и удлинением те­ла была установлена экспери­ментально английским ученым Робертом Гуком (1635-1703) и поэтому называется законом Гука: Сила упругости, возникаю­щая при деформации тела, прямо пропорциональна удли­нению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации. Коэффициент пропорци­ональности k в законе Гука на­зывается жесткостью тела. Жесткость тела зависит от фор­мы и размеров тела и от матери­ала, из которого оно изготовле­но. Жесткость в СИ выражается в ньютонах на метр (Н/м). Выясним природу сил упру­гости. В состав атомов и моле­кул входят частицы, обладаю­щие электрическими зарядами. Атомы в твердом теле располо­жены таким образом, что силы отталкивания одноименных электрических зарядов и при­тяжения разноименных заря­дов уравновешивают друг дру­га. При изменениях взаимных положений атомов или молекул в твердом теле в результате его деформации электрические си­лы стремятся возвратить атомы в первоначальное положение. Так при деформации возникает сила упругости. Силы взаимодействия элект­рических зарядов называются электромагнитными силами. Так как силы упругости обусловле­ны взаимодействиями электри­ческих зарядов, по своей приро­де они являются электромаг­нитными силами.

Сила трения покоя . Прикре­пим к бруску крючок динамометра и попытаемся привести брусок в движение. Растяжение пружины динамометра показы­вает, что на брусок действует сила упругости, но тем не менее брусок остается неподвижным. Это значит, что при действии на брусок силы упругости в на­правлении, параллельном по­верхности соприкосновения бруска со столом, возникает равная ей по модулю сила про­тивоположного направления. Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсут­ствии относительного движе­ния тел, называется силой тре­ния покоя. Сила трения покоя F тр равна по модулю внешней силе F, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по нaправлению: = - .

Сила трения скольжения . Прикрепим динамометр к бруску и заставим брусок двигаться равномерно по горизонтальной поверхности стола. Во время равномерного движения бруска динамометр показывает, что на брусок со стороны пружины действует постоянная сила уп­ругости F упр. При равномерном движении бруска равнодейст­вующая всех сил, приложен­ных к нему, равна нулю. Следо­вательно, кроме силы упругос­ти во время равномерного дви­жения на брусок действует сила, равная по модулю силе уп­ругости, но направленная в противоположную сторону. Эта си­та называется силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжения F тр всегда направлен противоположно вектору скорости и движения тела относительно соприкасающегося с ним тела. Поэтому действие силы трения скольжения всегда приводит к уменьшению модуля относи­тельной скорости тел.Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодей­ствия между молекулами и атомами соприкасающихся тел.

Коэффициент трения. Опыт показывает, что: 1) максимальное значение силы трения покоя не зависит от пло­щади поверхности соприкосно­вения тел. 2) максимальное значение модуля си­лы трения покоя прямо пропорционально силе нормально­го давления. Взаимодействие тела и опоры вызывает деформацию и тела, и опоры.

Силу упругости N, возникающую в результате деформации опоры и действующую на тело, называют силой реакции опоры. По третьему за­кону Ньютона, сила давления и сила реакции опоры равны по модулю и противоположны по направлению:

Поэтому предыдущий вывод можно сформулировать так: модуль максимальной силы тре­ния покоя пропорционален си­ле реакции опоры: . Греческой буквой μ обозна­чен коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения.

Опыт показывает, что мо­дуль силы трения скольжения, как и модуль максимальной силы трения покоя, пропорциона­лен модулю силы реакции опо­ры:

Максимальное значение си­лы трения покоя примерно рав­но силе трения скольжения, приближенно равны также ко­эффициенты трения покоя и скольжения. Силы трения возникают и при качении тела. При одинако­вой нагрузке сила трения каче­ния значительно меньше силы трения скольжения. Поэтому для уменьшения сил трения в технике применяются колеса, шариковые и роликовые под­шипники.

Контрольные вопросы и задания:

1.При каких условиях скорость тела остается неизменной? Сформулируйте закон инерции (первый закон Ньютона)?

2. Что такое инертность? Какая физическая величина является мерой инертности?

3.Какая физическая величина характеризует отсутствие или наличие внешнего воздействия? Дайте определение силы и назовите единицы силы.

4.Сформулируйте второй закон Ньютона.

5.Сформулируйте третий закон Ньютона.

6.В чем отличие гравитационного притяжения от сил упругости и трения?

7.Сформулируйте закон всемирного тяготения.

8.Что такое сила тяжести? Дайте определение ускорения свободного падения.

9.Дайте понятие первой космической скорости, чему она ровна?

10.Поясните в чем разница между весом неподвижного тела и движущегося с ускорением.

11.Когда возникает невесомость? Приведите примеры.

12.Какие силы называют силами упругости? Сформулируйте закон Гука.

13.Какие взаимодействия определяют силу трения? Сформулируйте определение силы трения, перечислите возможные виды трения.

14.Чему равна сила трения покоя? Как находится максимальная сила трения покоя и от чего она зависит?

15.Трактор сила тяги которого на крюке 15 кН, сообщает прицепу ускорение 0,5 м/с 2 . Какое ускорение сообщит такому же прицепу трактор, развивающий тяговое усилие 60 кН.

16.Тело массой 4 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение 2 м/с 2 . Какое ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием такой же силы?

17.На тело массой 5кг действуют силы F 1 =9н и F 2 =12н, Направленные на север и восток соответственно. Чему равно и куда направлено ускорение тела?

18.Моторная лодка движется с ускорением 2 м/с 2 под действием трех сил: силы тяги двигателя 1000Н, силы ветра 1000Н и силы сопротивления воды 414 Н. Первая сила направлена на юг, Вторая- на запад, а сила сопротивления воды-противоположна направлению движения лодки. В каком напрвлении движется лодка и чему равна её масса?

19.Найти удлинение буксирного троса с жесткостью 100кН/м при буксировке автомобиля массой 2 т с ускорением 0,5 м/с 2 . Трение принебречь.

20.Во сколько раз сила гравитационного притяжения двух шаров массой по 1 кг, находящихся на расстоянии 1м друг от друга, меньше силы их притяжения к Земле?

21.Каково натяжение троса лифта массой 1000кг при его движении с ускорением 1 м/с 2 , направленным вертикально вверх?

22.С каким ускорением будет двигаться тело массой 1,5 кг, если на него будет действовать сила 20Н, направленная под углом 30 0 к горизонту? Коэффициент трения тела о поверхность равен 0,2.

23.Наклонная плоскость, образующая угол 30 0 с плоскостью горизонта, имеет длину 2м. Тело, двигаясь равноускоренно, соскользнуло с этой плоскости за время 2с. Определить коэффициент трения тела о плоскость.

Кинематика отвечает на вопросы, как математически описать движение в заданной системе координат точки, механической системы или твердого тела. Она отвечает также на вопросы, как можно упростить изучение движения тел, разлагая эти движения на простейшие, и как можно точку и тело, участвующие в ряде движений, привести к одному движению. Кинематика указывает, как при заданном движении определить траектории, скорость и ускорение отдельных точек, изолированных или входящих в механическую систему. Однако в кинематике ничего не говорится о причинах, вызывающих то или иное движение материальных объектов.

Кинетикой называется раздел механики, посвященный изучению движения или, в частном случае, покоя материальных тел, происходящего в результате их взаимодействия.

Кинематика для кинетики служит вводной частью и необходимой базой.

Понятие силы

Причина и мера, вызывающая деформацию тела, либо изменяющая или вызывающая движение его, называется силой. Понятие силы принадлежит к первоначальным понятиям механики.

Это понятие возникло исторически как мера мускульного напряжения, которое необходимо развить для того, что поднять или удержать какое-либо тело или переместить его в пространстве. Однако производимый эффект мускульного напряжения может быть

заменен воздействием на данное тело другого неодушевленного тела, например, чтобы удержать камень в руке, требуется мускульное напряжение - сила. Но точно так же камень может быть удержан, если положить его на стол. Следовательно, действие стола на камень может быть заменено силой. Таким образом, в результате ряда экспериментальных факторов, наблюдаемых на Земле, понятие силы можно сформулировать следующим образом: сила - это мера механического взаимодействия материальных тел, изменяющая либо вызывающая движение или деформацию тела. Физическая природа сил в ряде случаев неизвестна, и в теоретической механике не ставится задача выяснить физическую сущность взаимодействия тел. В теоретической механике констатируется только реальность силы, как причины и меры взаимодействия на данное тело другого тела.

Вектор силы

Действие силы на тело зависит от величины ее. Например, сильный либо слабый толчок тела вызовет разные движения его. Итак, сила характеризуется своей величиной. Кроме того, характер движения тела зависит от того, как направлена сила. Например, давление на тело, расположенное на столе, перпендикулярное к столу, не вызовет его движения. В то же время такое же давление, действующее на тело, параллельно поверхности стола, может вызвать его движение. Следовательно, сила характеризуется своим направлением. Далее, движение тела, вызванное силами, равными по величине и направлению, будет различным, если эти силы приложены к разным точкам тела. Например, рассмотрим стержень, вращающийся в плоскости вокруг неподвижной точки. Действие силы одинаковой величины и направления (совпадающей с плоскостью вращения стержня), приложенной к неподвижной точке стержня или к движущимся его точкам, окажет различное влияние на движение. Именно, сила, приложенная в неподвижной точке, не окажет влияния на движение стержня, а сила, приложенная в других точках стержня, изменит движение его в зависимости от точки, в которой будет она приложена. Сила, приложенная в разных точках деформируемого тела, окажет на него различное влияние. Следовательно, сила в общем случае определяется и точкой приложения.

Итак, сила полностью определяется величиной, направлением и точкой ее приложения. В общем случае силу математически следует рассматривать как неподвижный или приложенный вектор.

Разделение сил на два класса

Все многообразие сил в природе ньютонианская механика подразделяет на два класса.

1) К первому классу относят силы, возникающие при непосредственном соприкосновении материальных объектов. Например,

на тело действует упругая сила пружины; последняя закреплена в некоторой точке тела. Примером таких сил также служат силы, возникающие при движении одного тела по другому, которые называются силами трения, и силы, возникающие при соприкосновении тела со средой, в которой оно движется. Последние называются силами сопротивления. Все силы этого класса назовем силами соприкосновения.

2) Ко второму классу относятся так называемые дальнодействующие силы. К этим силам относятся электромагнитные и гравитационные силы. Физическая природа этих сил и механизм их передачи не объясняются в ньютонианской механике, принято только, что они распространяются мгновенно, и на основании обобщения опыта установлено, что электромагнитные и гравитационные силы убывают обратно пропорционально квадрату расстояния между телами.

Кроме того, на основе опыта указывается принципиальное различие этих сил, именно: электромагнитное взаимодействие обнаруживается лишь между некоторыми телами, когда они находятся в определенных физических состояниях. Это могут быть силы либо притяжения, либо отталкивания. Гравитационные силы действуют между всеми вещественными телами при любых их физических состояниях и представляют собой силы взаимного притяжения материальных тел. Электромагнитные силы можно ослебить или локализовать при помощи установки специальных экранов. Гравитационные силы по современным взглядам не поддаются никаким внешним воздействиям: все тела для них прозрачны. Такая всеобщность и универсальность гравитационных сил определяет их исключительное положение в физике, в частности в механике.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Чему равна скорость света