Упругие силы

1.

Упругие силы
Все реальные тела под действием сил изменяют свою форму и размеры, т. е.
деформируются.
Деформация называется упругой, если после прекращения действия
внешних сил тело принимает первоначальные размеры и форму.
Деформации, которые сохраняются в теле после прекращения действия внешних
сил, называются пластическими (или остаточными).
В деформированном теле возникают упругие силы, которые имеют электрическую природу:
они обусловлены взаимодействием между молекулами и атомами.
Все виды деформаций (растяжение или сжатие, сдвиг, изгиб, кручение) могут быть сведены к
двум: растяжения (или сжатия) и сдвига.

2.

Упругие силы
Пружина
1. Под действием внешней силы F (на рисунке
это mg) в пружине возникает деформация
(удлинение х) и упругая сила, причем
Fупр= - F
3-й закон Ньютона
Fупр= - mg.
2. Упругая сила действует во всей пружине, на
каждом участке пружины она одинакова.
Сравни: F = ma и F=kx под действием силы тело
приобретает ускорение либо
деформируется!
Как и масса m жесткость
k
определяет инертные свойства
пружины
3. При упругой деформации удлинение пружины
пропорционально внешней силе. – закон Гука.
или Fупр= - kx
k – жесткость пружины, зависит от материала, диаметра
и числа витков пружины

3.

Средняя часть стержня почти не оказывает сопротивления
изгибу. Поэтому стержни, работающие на изгиб, обычно делают
полыми (трубчатыми), чем достигается экономия материала и
облегчение конструкций без ущерба для прочности.
Стебли злаковых растений и кости птиц имеют трубчатое
строение.

4.

Силы трения
Силы трения это силы, которые препятствуют перемещению
соприкасающихся тел друг относительно друга.
Различают несколько видов сил трения
1. Внешнее - трение в плоскости касания двух соприкасающихся тел
2. внутреннее – трение между слоями жидкости или газа
3. трение покоя, скольжения, качения
Природа трения: трение обусловлено шероховатостью соприкасающихся
поверхностей, а при достаточно гладких поверхностях – силами
межмолекулярного взаимодействия.
В результате трения механическая энергия всегда превращается во
внутреннюю энергию (т.е. в тепло) соприкасающихся тел.

5.

Трение скольжения
G
Сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела
на опору (которая прижимает тело к поверхности), а следовательно, и силе
реакции опоры N
Fтр = μN
μ - коэффициент трения скольжения. μ зависит от материала
соприкасающихся тел, состояния поверхностей и скорости движения (но не от
площади соприкосновения!).
сталь – сталь μ=0,17
сталь – дерево μ=0,48

6.

Наклонная плоскость.
#
= Fск
Тело приходит в движение только
когда тангенциальная составляющая силы
тяжести (ее называют скатывающей
силой Fск ) больше силы трения Fтр.
mg sin = Fск - скатывающая сила.
mg cos - нормальная составляющая силы тяжести; численно равна силе
реакции опоры и силе нормального давления (приложена к поверхности).
Начало скольжения тела:
Fск = Fтр
или
откуда
mg sin = µN = µmg cos ,
µ = tg .
Коэффициент трения равен тангенсу угла , при котором начинается
скольжение тела по наклонной плоскости.

7.

Радикальным способом уменьшения силы трения является замена
силы трения скольжения трением качения (шариковые и роликовые
подшипники и т. д.). Сила трения качения определяется по закону Кулона:
,
r – радиус катящегося тела;
μк – коэффициент трения качения, имеющий размерность dim μк = L.
Отсюда следует, что сила трения качения обратно пропорциональна радиусу
катящегося тела.

8.

Трение в природе и технике
Роль силы трения в быту сводится к тому, что мы можем ходить и ездить
(гололед!), что предметы не выскальзывают у нас из рук, что полки и картины
висят на стенах (гвозди и шурупы!), а не падают, даже одежду мы носим
благодаря трению, которое удерживает нити в структуре тканей.
Но трение может играть и отрицательную роль. Именно из-за него
нагреваются и изнашиваются движущиеся части различных механизмов.
Существует несколько способов уменьшения трения. Смазка! Трение в
жидкости намного меньше, чем сухое трение.

9.

Силы тяготения (гравитационные силы).
1. Закон всемирного тяготения:
Между двумя любыми телами действует сила взаимного притяжения,
прямо пропорциональная их массам (m1 и m2) и обратно пропорциональная
квадрату расстояния между ними :
Эта сила называется гравитационной.
Коэффициент
пропорциональности
G
называется гравитационной постоянной.
G = 6,67·10–11 Н·м2/кг2 (СИ).
Сила притяжения между Землей
и Луной FЗЛ ~ 1020 Н,
а между атомами кислорода в
молекуле О2 FО2 ~ 10-34 Н
(преобладают кулоновские силы).

10.

2. Земное тяготение. Сила тяготения.
Тело массой m будет притягиваться к центру Земли с силой тяготения
M – масса Земли, R ее радиус. По 2-му закону Ньютона
g – ускорение свободного падения.
FG = gm,