- •Физические основы механики
- •1. Кинематика поступательного движения
- •1. Основные понятия кинематики
- •2. Скорость
- •3. Ускорение
- •4. Уравнения равнопеременного движения
- •5. Стандартный график движения поезда
- •2. Силы в механике
- •1. Сила тяжести и вес тела
- •2. Силы трения покоя и скольжения
- •3. Аэродинамические силы
- •4. Сила упругости
- •3. Силы в транспорте
- •1. Сила тяги локомотива
- •2. Зависимость силы тяги от скорости
- •3. Сила трения качения
- •4. Сила торможения
- •4. Динамика поступательного движения
- •1. Законы Ньютона
- •2. Движение поезда в режиме постоянной силы тяги
- •3. Движение поезда в режиме постоянной мощности
- •4. Движение поезда при торможении и выбеге
- •5. Неинерциальные системы отсчета
- •Силы инерции
- •2. Движение вагона на повороте
- •3. Опрокидывание вагона на повороте.
- •4. Силы в автосцепках вагонов
- •6. Статика
- •1. Условие равновесия тел
- •2. Сила давления вагона на рельсы
- •3. Стоянка поезда на спуске
- •4. Балластировка локомотива
- •7. Законы сохранения в механике
- •1. Закон сохранения импульса
- •2. Работа
- •3. Кинетическая энергия
- •4. Потенциальная энергия
- •5. Закон сохранения энергии
- •8. Соударение тел
- •1. Явление удара
- •2. Соударение тел
- •3. Сцепление вагонов
- •Параметры кинематики вращательного движения
- •2. Момент силы
- •3. Основной закон динамики вращательного движения
- •4. Расчет момента инерции некоторых тел
- •10. Динамика плоского движения тел
- •1. Движение центра масс
- •1. Плоское движение твердых тел
- •3. Теорема Штейнера
- •4. Ускорение при скатывании вагона
- •11. Кинетическая энергия вращателього
- •1. Кинетическая энергия вращательного движения
- •2. Кинетическая энергия при плоском движении тела
- •3. Скатывание вагона с сортировочной горки
- •4. Аккумулирование энергии маховиком
- •12. Закон сохранения момента импульса
- •1. Момент импульса
- •2. Закон сохранения момента импульс для одного тела
- •3. Закон сохранения момента импульса для системы тел
- •4. Гироскоп
- •13. Релятивистская механика
- •1. Постулаты сто
- •2. Преобразования Лоренца
- •3. Следствия преобразований Лоренца
- •3. Основы релятивистской механики
- •4. Радиолокационный скоростемер.
- •14. Механические колебания
- •1. Уравнение гармонических колебаний.
- •2. Пружинный маятник
- •3. Физический маятник
- •4. Галопирующие колебания вагона
- •15. Затухающие колебания
- •1. Уравнение затухающих колебаний
- •2. Параметры затухания колебаний
- •3. Амортизаторы вагона
- •4. Рессорное подвешивание вагона
- •16. Вынужденные колебания
- •1. Уравнение вынужденных колебаний
- •2. Вибрация электродвигателя
- •17. Волны в упругих средах
- •1. Уравнение волны.
- •2. Интерференция волн
- •3. Скорость распространения упругих волн
- •4. Колебания контактного провода
- •1. Кинематика поступательного движения…………………… …………...………7
2. Силы в механике
Сила – это мера механического воздействия на данное материальное тело со стороны других тел. Сила – это вектор, она имеет точку приложения, направление и численное значение. Действие силы вызывает изменение скорости тела или деформацию тела. Оно может осуществляться как при непосредственном контакте тел, так и посредством силовых полей. В природе существует четыре вида взаимодействия на расстоянии: гравитационное, электромагнитное, ядерное и слабое взаимодействие. Сильные и слабые взаимодействия проявляются в мире элементарных частиц на расстояниях менее 10-15 м. Поэтому в классической механике действующие силы обусловлены гравитационным притяжением и электромагнитным воздействием.
1. Сила тяжести и вес тела
С ила тяжести − это сила, под действием которой тела падают на Землю. Она равна произведению массы тела на ускорение свободного падения тел в вакууме F = mg и направлена по ускорению или по нити подвеса. Точкой приложения силы является центр тяжести тела.
Сила тяжести на Земле является результирующей двух сил: силы тяготения и центробежной силы инерции. В основном, сила тяжести обусловлена силой всемирного тяготения , которая направлена к центру Земли. Центробежная сила действует на тела вследствие вращения Земли: , где ω– угловая скорость вращения, r – радиус траектории тела, равный расстоянию от тела до оси вращения. Центробежная сила по сравнению с силой тяготения невелика. Она направлена от оси вращения по радиусу наружу и имеет наибольшее значение на экваторе, а на полюсах отсутствует. Из-за действия центробежной силы Земля растянута по экватору и сжата с полюсов.
Сила тяжести обусловливает возникновение веса. Вес тела G, по определению – это сила, с которой тело действует на опору или натягивает подвес. Если тело покоится на опоре, то сумма сил, действующих на тело, равна нулю: (рис. 2.2). Но по третьему закону Ньютона сила действия тела на опору (вес) и силы давления опоры на тело равны по величине и направлены противоположно . В результате вес покоящегося тела равен силе тяжести: . Возможно, по этой причине эти силы отождествляют, хотя они действуют на разные тела и имеют разную природу.
Рассмотрим в качестве примера вагон, скатывающийся с горки. На вагон действует сила тяжести со стороны Земли, со стороны рельсов действуют силы трения и силы нормального давления. По второму закону Ньютона произведение массы тела на ускорение равно векторной сумме действующих на тело сил: . Сила веса – это сила действия вагона на рельсы, которая по третьему закону Ньютона равна и противоположна сумме сил действия рельсов на вагон: . Произведя замену в уравнении движения, получим, что вес вагона или других тел, движущихся ускоренно, можно определить по формуле
. (2.1)
Итак, если тело движется ускоренно, то сила веса уже не равна силе тяжести. Если ускорение движущегося тела сонаправлено с ускорением свободного падения, то сила веса меньше силы тяжести. И наоборот, если ускорение тела противоположно ускорению свободного падения, то сила веса больше силы тяжести. В случае свободного падения тела вес тела равен нулю, то есть наступает состояние невесомости, тело не давит на опору.