6.Силы в механике (сила тяжести, сила упругости, сила трения).

В современной физике различают 4 типа взаимодействий:

1) Гравитационное (обусловлено всемирным тяготением).

2) Электромагнитное (осуществляется через электрические и магнитные поля).

3) Сильные или ядерные (обеспечивает связь частиц в атомном ядре).

4) Слабое (ответственное за многие процессы распада элементарных частиц).

В рамках классической механики имеют дело с гравитационными и электромагнитными силами, а также с упругими силами и силами трения (которые по своей природе являются электромагнитными, т.к. определяются характером взаимодействия между молекулами вещества).

Гравитационные и электромагнитные силы являются фундаментальными – их нельзя свести к другим, более простым силам. Упругие же силы и силы трения не являются фундаментальными.

Закон всемирного тяготения: между всякими двумя материальными точками действуют силы взаимного притяжения, которые прямо пропорциональны массам точек и обратно пропорциональны квадрату расстояний между ними. G – гравитационная постоянная, равная 6,67. 10-11 Н .м 2 /кг2

Упругие силы. Под действием приложенных к нему сил всякое реальное тело деформируется, т.е. изменяет свои размеры и форму. Если после прекращения действия сил тело принимает первоначальные размеры и форму, деформация называется упругой. Упругие деформации наблюдаются в том случае, если сила, обусловившая деформацию, не превосходит некоторый, определенный для каждого конкретного тела, предел (предел упругости). При растяжении пружины возникает сила: - сила упругости, где k –коэффициент жесткости пружины, x – абсолютное удлинение (закон Гука). При сжатии пружины также возникают упругие натяжения, но другого знака.

Сила трения. Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа) носит название внутреннего трения. Силу трения, возникающую при движении твердого тела относительно жидкой или газообразной среды, следует отнести к категории сил внутреннего трения. Трение между поверхностями двух твердых тел при отсутствии какой-либо прослойки, например, смазки между ними, называется сухим. Трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой, а также между слоями такой среды называется вязким (или жидким). Применительно к сухому трению различают трение скольжения и трение качения. Силы трения направлены по касательной к трущимся поверхностям (или слоям), причем так, что они противодействуют относительному смещению этих поверхностей (слоев). Сила трения покоя – это сила трения, возникающая при попытке вызвать скольжение. Она варьируется в пределах от 0 до F0 – минимального значения силы, при котором тело удается сдвинуть с места. Таким образом, по второму закону Ньютона, сила трения покоя уравновешивается силой, действующей на покоящееся тело; величина же F0 представляет собой наибольшее значение силы трения покоя. Если внешняя сила F превзойдет по модулю F0, то тело начинает скользить, причем его ускорение определяется результирующей двух сил: внешней F и силой трения скольжения Fтр, величина которой в той или иной мере зависит от скорости скольжения:

- где Fn – сила нормального давления, прижимающая трущиеся поверхности друг к другу, µ - коэффициент трения (зависит от природы и состояния трущихся поверхностей, в частности, от их шероховатостей). Трение качения возникает между цилиндрическим или шарообразным телом и поверхностью, по которой оно катится. Трение качения формально подчиняется тем же законам, что и трение скольжения, но коэффициент трения в этом случае оказывается значительно меньше. Вязкое трение и сопротивление среды. В отличие от сухого трения вязкое трение характерно тем, что сила вязкого трения обращается в 0 одновременно со скоростью. При небольших скоростях сила растет линейно со скоростью:

Величина коэффициента k1 зависит от формы и размеров тела, состояния его поверхности и от свойства среды, называемого вязкостью.