2.2. Силы в механике
2.2.1. Сила тяжести
Вблизи поверхности Земли все тела падают с одинаковым ускорением, которое называют ускорением свободного падения и обозначают буквой g. Отсюда вытекает, что в системе отсчета, связанного с Землей, на всякое тело действует сила
.
Эта сила называется силой тяжести. Она приблизительно равна силе гравитационного притяжения тела к Земле
,
где m - масса тела, М – масса Земли, R - радиус Земли, G – гравитационная постоянная.
Различие между силой тяжести и гравитационной силой обусловлено тем, что система отсчета, связанная с Землей не вполне инерциальна. Это различие мало и в первом приближении силу тяжести можно считать равной силе, с которой тело притягивается к Земле.
Если подвесить тело (рис.2.3,а), или положить его на опору (рис.2.3,б), оно будет покоиться относительно Земли. В этом случае сила тяжести уравновешивается силой R, которую называют реакцией подвеса или опоры.
а) б)
Рис. 2.3
По третьему закону
Ньютона тело действует на подвес или
опору с силой
,
которую называют весом тела.
Итак, вес тела – это сила, с которой тело действует на подвес или опору вследствие гравитационного притяжения к Земле.
Поскольку силы
и
(рис.2.3) уравновешивают друг друга,
выполняется соотношение
.
Вес
есть сила, с которой тело
действует на подвес
(или опору),
- есть сила, с которой подвес (или опора)
действует на тело. Согласно третьему
закону Ньютона должно выполняться
соотношение
.
Сравнение обоих соотношений дает, что
(2.6)
Таким образом, вес
и сила тяжести
равны друг другу. Однако приложены к
разным телам – вес к подвесу (или опоре),
сила тяжести – к самому телу.
Равенство (2.6) имеет место только в том случае, когда подвес (или опора), а следовательно, и тело покоится относительно Земли (или движется без ускорения).
2.2.2. Упругие силы
Под действием внешних сил возникают деформации (т.е. изменения размеров и формы) тел. Если после прекращения воздействия внешних сил восстанавливается прежняя форма и размеры тела, то деформация называется упругой.