4) Основы динамики

Инерция- это явление сохранения скорости не изменой при отсутствии внешних воздействий. При резком торможении автобуса пассажиры продолжают двигаться по инерции вперед.

Инертность- это свойство тел по-разному изменять свою скорость при внешних воздействиях.

Со свойством инертности связана масса тела. Масса тела – это мера инертности. Чем тяжелее тело, тем сложнее изменить его скорость, тем оно инертнее. Тяжелый камень труднее остановить, чем воздушный шарик, но и заставить двигаться воздушный шарик можно легким прикосновением руки.

Тело изменяет свою скорость, если на него действуют другие тела. Сила-это мера воздействия одного тела на другое.

Сила равна F = ma

Три закона Ньютона:

Вся динамика базируется на трех основных законах, сформулированных впервые Ньютоном в 1686 году в книге «Математические начала натуральной философии» :

1закон ( закон инерции)

-существуют такие системы отсчета ,относительно которых тело сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

В этом случае тело движется равномерно и прямолинейно или покоится.

2закон (основной закон динамики материальной точки)

-ускорение, приобретенное телом, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально его массе.

а = F / m

3закон (закон противодействия)

-сила действия равна силе противодействия(или с какой силой одно тело действует на второе с такой же по величине, но противоположно направленной силой второе тело действует на первое).

F₁₂ = - F₂₁

5) Силы в природе:

Сила всемирного тяготения: Сила, с которой все тела притягиваются друг к другу, называется силой всемирного тяготения.

Обозначается - F_в.т , рассчитывается по формуле:

G =6,67 * 10 ^-11 Н м²/кг^{2 -} гравитационная постоянная

Сила направлена вдоль прямой, соединяющей центры тел.

Сила тяжести: Сила, с которой все тела притягиваются к Земле называется силой тяжести. Обозначается - F _тяж , рассчитывается по формуле:

F_тяж = mg

Сила направлена вертикально вниз. ( к центру Земли)

Вес тела: Сила, с которой тело давит на опору или подвес вследствии своего притяжения к земле, называется весом тела. Обозначается буквой Р

Сила направлена вниз перпендикулярно поверхности.

Сила реакции опоры: Сила, с которой опора реагирует на воздействие тела называется силой реакции опоры. Обозначается буквой N, рассчитывается по формуле:

N = - Р

Сила направлена перпендикулярно поверхности вверх.

Сила упругости: Сила, возникающая при деформации тела называется силой упругости.

Обозначается - F_упр , рассчитывается по формуле:

F_упр= -Кх,

где K– коэффициент упругости , х – абсолютная деформация.

Направлена сила упругости в сторону противоположную деформации.

Сила трения: Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, называется силой трения.

Обозначается - F_тр , рассчитывается по формуле:

Fтр= μN,

где μ – коэффициент трения, N- сила реакции опоры.

Сила направлена в сторону противоположную движению.

Сила тяги : Сила, приводящая тело в движение за счет работы механизмов, называется силой тяги.

Обозначается F_тяги . Направлена в сторону движения тела.

Если на тело действует только сила тяжести, то оно совер­шает свободное падение. Следовательно, свободное падение — это движение тела в безвоздушном пространстве (вакууме) под действием только силы тяжести.

Свободное падение — это равноускоренное движение, так как вблизи поверхности Земли оно происходит под действием постоянной по модулю и направлению силы тя­жести .

Ускорение свободного падения на уровне поверхности Земли на данной географической широте для всех тел одинаково: на полюсе g =9,83 м/с², на экваторе g=9,78 м/с², среднее зна­чение g=9,8 м/с².

Ускорение свободного падения можно высчитать для любой планеты, если воспользоваться формулой

g = G M_{планеты} / R² _{планеты}

Вес тела равен по величине и противоположно направлен силе реакции опоры. Эти силы, исходя из 3 закона Ньютона являются парными силами P = - N

Вес тела направлен перпендикулярно поверхности вверх.

Вес тела, движущегося с ускорением вверх или вниз, изменяется.

При движении вверх Р= m( g + a).

При движении вниз вес уменьшается P = m(g – a).

При движении тела вниз с ускорением свободного падения тело находится в состоянии невесомости, т.е. вес такого тела = 0.

Задачи- Динамика

1. С какой силой притягиваются два тела массой 50 кг, находящиеся на расстоянии 10 м друг от друга?

2. Как изменится величина силы притяжения, если масса каждого тела станет больше в 1000 раз?

3. . Чему равен вес тела массой 80 кг, если оно движется вниз с ускорением 5 м/с² ?

4. Чему равен коэффициент трения для тела массой 200 кг, которое движется с ускорением 3 м/с² ?

5. С каким ускорением движется груз массой 500 кг, поднимаемый на тросе, сила натяжения которого 15 кН ?

6. Вертикально вверх с помощью лебедки поднимается груз массой 1т. Чему равна сила натяжения каната, если груз поднимается вверх с ускорением 0,1м/с², а коэффициент сопротивления составляет 0,002 ?

7. Автомобиль массой 5т движется горизонтально с ускорением 0,2м/с². Коэффициент трения колес о дорогу равен 0,5. Какую силу тяги развивает автомобиль.

8. Какой массы состав может вести тепловоз с ускорением 0,1 м/с² , если его максимальная сила тяги в 500 кН ? Коэффициент трения 0,05. Чему равна сила трения?