1.2 Силы и их классификация

Состояние объекта зависит от того действует на него сила или система сил. Поэтому рассмотрим понятие силы.

С ила есть мера механического воздействия одного объекта на другое.

Приведены примеры действия силы через объект на другой объект (Справочник по физике и технике).

1	Сила удара футболиста по мячу	104 Н
2	Сила тяготения между Землей и Солнцем	1023 Н
3	Сила тяготения между Землей и Луной	1021 Н
4	Сила удара боксера	103 Н
5	Сила тяги двигателей ракеты, выводившей на орбиту «Союз»	105 Н
6	Сила притяжения электрона и протона	10-8 Н

С другой стороны можно привести примеры действия силы на объект, например, скорость - одну из кинематических характеристик (Аргументы и факты № 49, 2005 год).

№	Вид спорта	Скорость полета	Кто и когда установил рекорд
1	Футбол	126 км/час или 35 м/с	Рикардо Лима (Бразилия) 2001год
2	Волейбол	Около 130 км/час Или 36 м/с	(официальные данные не зарегистрированы)
3	Хоккей	169,6 км/час Или 47 м/с	Шон Хейнс (США), матч «Всех звезд НХЛ», 1999 год
4	Теннис	244,6 км/час Или 67,9 м/с	Энри Роддик (США), ¼ финала Кубка Дэвиса, 2004 год
5	Бадминтон	Около 260 км/час Или 72,2 м/с	(официальные данные не зарегистрированы)

В теоретической механике сила рассматривается как вектор скользящий. Сила как вектор имеет направление, точку приложения, модуль или величину и может перемещаться вдоль линии действия силы (см. рис. 3). Сила измеряется в системе СИ в ньютонах, в технической системе в кГм. В результате действия силы возникает механическое взаимодействие материальных тел и с течением времени происходит изменение взаимного положения этих тел в пространстве. Например, изменение взаимного положения ремня в ременной передаче; поворот шестеренок в часовом механизме; изменение положения кривошипно-шатунного механизма или остановка механизмов и т.д.

На объект действует одна или одновременно система нескольких сил. Для этого рассмотрим классификацию сил.

КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛ

1. По расположению сил

(по направлению линий действий сил)

1. Сходящиеся силы.

Дадим определение понятия сходящихся сил.

Е сли линии действия сил пересекаются в одной точке, то силы называются сходящимися.

Например, узлы в фермах башен, плоские фермы при постройке крыш домов жилых и производственных помещений, различных решетках и т.д. (см. рис.3). Силы могут быть расположены в пространстве и на плоскости.

Сходящиеся силы, действующие на объект, сколько бы их ни было, приводятся к равнодействующей силе. Равнодействующая сила не изменяет состояние объекта, в каком бы состояние объект не находился под действием системы сил. Покажем графический способ определения равнодействующей по правилу сложения векторов.

Рис.3

Рис.4

Рис. 5

На рис.5 показаны две сходящиеся силы, которые приводятся к равнодействующей , которая эквивалентна системе двух сил, объект не изменяет своего состояния и и .

Рис.6

На рис.6 показаны четыре сходящиеся силы, которые приводятся к равнодействующей . Графическое сложение векторов можно использовать только при соблюдении правильного направления их и верного отложения величин векторов. В такой последовательности: к концу первого вектора приложим начало второго вектора, к концу второго вектора приложим начало третьего вектора и т.д. Если соединим начало первого и конец последнего вектора, то получим нахождение равнодействующей системы сходящихся сил. Равнодействующая сила не изменяет состояния объекта, её можно записать

, .

Можно приводить к равнодействующей систему из сколько угодно сходящихся сил

, .

Равнодействующая сила по модулю и направлению находится или графическим сложением векторов, как это было сделано для четырех сходящихся сил, или расчетным путем, т.е. аналитически.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение силы.

2. Назовите размерность силы.

3. Дайте определение сходящихся сил.

4. К чему приводится система сходящихся сил, начиная с двух?

5. Как графически найти величину и направление равнодействующей силы?

6. Запишите выражение для равнодействующей силы.

Задание 1. Разделите предложенные силы на две группы: удар по мячу рукой или ногой, передвижение шахматной фигуры по доске, академическая гребля в четверках, бобслей-однерки, бобслей-двойки, синхронное плавание, парный велосипед, одиночное фигурное катание, запись карандашом, корректировка текста с помощью штриха.

Задание 2.

1. Правильно ли, что на результативность в боксе действует система ударов?

2. При забеге на дистанцию на конькобежца действует одна сила?

3. Под действием одной или нескольких сил летит мяч в корзину при игре в баскетбол?

4. Назовите силы, действующие на человека при ходьбе.

5. Какими признаками обладает сила?

6. При игре на пианино действует одна или несколько сил?

2. Параллельные силы.

Е сли линии действия сил параллельны друг к другу и не обязательно ориентированные в одну сторону, то их называют параллельными.

Они могут быть расположены в пространстве и в плоскости. Примером могут быть силы тяжести объектов на планете «Земля». На самом деле линии всех сил тяжестей направлены к центру Земли. Объекты в сравнении с Землей очень и очень малы, поэтому линии сил тяжести считаются параллельными. Известна погрешность отклонения от параллельности этих сил тяжестей в градусах, равна 2 минуты или одна тридцатая градуса.

Рис. 5

Показаны параллельные силы, ориентированные в разные стороны и (см. рис.5 а) и в одну сторону (см.рис.5 б). Параллельные силы также как сходящиеся силы приводятся к равнодействующей силе (см. второй признак классификации сил: распределенные силы и сосредоточенную силу).

3. Произвольно расположенные силы.

Н азываются силы, у которых линии действия их расположены произвольно друг другу в пространстве и в плоскости (см. рис.6).

Рис. 6