logo
Материальная точка

3.Основные виды сил в механике и их природа

Таблица

Сила тяготения (Гравитация) Это взаимод носит универсальный хар-тер, в нем участвуют все виды материи, все объекты природы, элементарные частицы! Общеприн классической (не квантовой) теорией гравитац взаимод явл эйнштейновская общая теория относительности. Гравитация опред движ планет в звездных системах, играет важную роль в процессах, протек в звездах, управляет эволюцией Вселенной, в земных условиях проявляет себя как сила взаимного притяж. Си́ла упр — сила, возник при деформации тела и противодейств этой деформации. В случае упр деформаций явл потенциальной. Сила упр имеет электромагн природу, являясь макроскопич проявл межмолекулярн взаимод. В простейшем случае растяжения/сжатия тела сила упр направл противоположно смещению частиц тела, перпендикулярно поверхности. Природа силы трения - электромагн. причиной её возникн явл силы взаимод между частицами, из которых состоит в-во. Второй причиной возникн силы тр явл шероховатость поверхности. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым.

Особенности сил трения: -возникают при соприкосновении; -действуют вдоль поверхности; -всегда направлены против направления движения тела. Можно выделить три вида сил трения: 1.Трения скольжения (санки) 2.Трения качения (колёса) 3.Трения покоя (для того чтобы сдвинуть с места любое тело, необходимо приложить какую-либо силу) Сила трения покоя – это сила, которая проявляется между соприкасающимися поверхностями тел, неподвижных относительно друг друга.

сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя; Силы сопротивления, возникающие при дви­жении твердого тела в жидкости или газе, называются силами жидкого трения.

4.Виды механической энергии (кинетическая, потенциальная, внутренняя). Закон сохранения энергии. Кинети́ч эне́ргия — энергия механич сист, зависящая от скоростей движ её точек. Часто выделяют кинетич энергию поступат и вращ движения.Ед изм в сист СИ — Джоуль. Более строго, кинетич эн есть разность между полной энерг сист и её эн покоя; т.о, кинетич эн — часть полн эн, обусловл движ. Для абсолютн твёрд тела полную кинетич эн можно записать в виде суммы кинетич энергии поступат и вращат движ:

где:  — масса тела  — ск центра масс тела  — момент инерции тела  — угловая скорость тела. Потенц эн  - скалярная физ велич, характер способность некоего тела (или мат точки) совершать работу за счет его нахождения в поле действия сил. Др опред: потенц эн — это ф-ция координат, явл слагаемым в лагранжиане системы, и опис взаимод элементов сист. Термин «потенц эн» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином. Ед изм эн в СИ явл Джоуль. Пот эн принимается равной нулю для некот конфигурации тел в пр-ве, выбор кот опред удобством дальнейших вычисл. Процесс выбора данной конфигурации назыв нормировкой потенц энергии. Корректное опред потенц эн может быть дано только в поле сил, работа кот зависит только от нач и конечного полож тела, но не от траектории его перемещения. Такие силы назыв консервативными. Также потенц эн явя хар-кой взаимод неск тел или тела и поля.Любая физич сист стремится к состоянию с наим потенц энергией. Потенц эн упругой деформации характеризует взаимод между собой частей тела. Потенц эн в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выраж ф-лой:

Ep = mgh, где Ep — потенц эн тела, m — масса тела, g — уск своб пад, h — высота полож центра масс тела над произвольно выбранным нулевым уровнем.

Внутренняя энергия складывается в основном из кинетической энергии движения частиц (атомов, молекул, ионов, электронов) и энергии взаимодействия между ними (внутри- и межмолекулярной). На внутреннюю энергию влияет изменение внутреннего состояния системы под действием внешнего поля; во внутреннюю энергию входит, в частности, энергия, связанная с поляризацией диэлектрика во внешнем электрическом поле и намагничиванием парамагнетика во внешнем магнитном поле. Кинетическая энергия системы как целого и потенциальная энергия, обусловленная пространственным расположением системы, во внутреннюю энергию не включаются. В термодинамике определяется лишь изменение внутренней энергии в различных процессах. Поэтому внутреннюю энергию задают с точностью до некоторого постоянного слагаемого, зависящего от энергии, принятой за нуль отсчета. Внутренняя энергия U как функция состояния вводится первым началом термодинамики, согласно которому разность между теплотой Q, переданной системе, и работой W, совершаемой системой, зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути перехода, т.е. представляет изменение фуникции состояния ΔU

где U1 и U2 - внутренняя энергия системы в начальном и конечном состояниях соответственно. Уравнение (1) выражает закон сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам, т.е. процессам, в которых происходит передача теплоты. Для циклического процесса, возвращающего систему в начальное состояние, ΔU=0. В изохорных процессах, т.е. процессах при постоянном объеме, система не совершает работы за счет расширения, W=0 и теплота, переданная системе, равна приращению внутренней энергии: Qv=ΔU. Для адиабатических процессов, когда Q=0, ΔU=-W.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии. Основное содержание закона сохранения энергии заключается не только в установлении факта сохранения полной механической энергии, но и в установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной энергии тел в равной количественной мере при взаимодействии тел.

   Закон сохранения энергии раскрывает физический смысл понятия работы.

   Работа сил тяготения и сил упругости, с одной стороны, равна увеличению кинетической энергии, а с другой стороны, — уменьшению потенциальной энергии тел.

   Следовательно, работа равна энергии, превратившейся из одного вида в другой.

   Закон сохранения полной механической энергии в процессах с участием сил упругости и гравитационных сил является одним из основных законов механики. Знание этого закона упрощает решение многих задач, имеющих большое значение в практической жизни.