Силы трения

Силы, возникающие между поверхностями соприкасающихся тел, и препятствующие их относительному перемещению, называются силами трения. Параллельным переносом силу трения рисуют из точки центра тяжести тела. Она направлена против скорости относительного перемещения тел.

Внешним или сухим трением называется трение, возникающее между твердыми телами. В свою очередь оно подразделяется на трение покоя и кинематическое трение (скольжения и качения). Сила трения покоя равна максимальной силе, которую следует приложить к твердому телу, чтобы только началось его перемещение. F_тр = kN

Здесь N – сила нормального давления.

к Зависимость коэффициента

трения от скорости переме-

щения тел показана на

рисунке. При малых

скоростях перемещения

V коэффициент трения сколь-

жения и качения меньше коэффициента трения покоя.

Трение покоя связано с упругим деформированием взаимодействующих тел. Трение скольжения и качения связаны с неупругим деформированием поверхностей тел и даже их частичным разрушением. Поэтому кинематическое

трение сопровождается акустической эмиссией – шумом.

Трение качения связано с неупругим

деформированием тел. Тогда

возникает горизонтальная составляющая

силы реакции на деформированиеN₂

поверхности под передней частью колеса –N₁

это и есть сила трения качения.

N₂  N₁ .

Способы уменьшения коэффициента трения:

1. Замена трения скольжения трением качения.

2. Замена сухого трения – вязким.

3. Повышение качества обработки поверхностей трущихся деталей.

4. Замена трения покоя – трением скольжения и трением качения путем применения звуковых и ультразвуковых вибраций.

5. Использование полимернаполненных композиций на основе фторопласта.

Лекция 5. Общее понятие силового поля, свойства и характеристики силовых полей

В механике взаимодействие тел носит характер близкодействия и связано с контактным взаимодействием: трение тел, силы упругости, силы нормального давления. Однако, в природе существуют взаимодействия, проявляющиеся, когда тела (частицы) находятся на расстоянии друг от друга. Это гравитационное и электромагнитное взаимодействия. В основе сил упругости, трения лежат дальнодействующие электромагнитные силы, а сами силы носят характер близкодействия. Майкл Фарадей разрешил это противоречие, полагая, что частица (тело) создает вокруг себя силовое поле, которое уже воздействует на другую частицу (тело). В классической механике поле является лишь некоторым способом описания физического явления - взаимодействия частиц (тел). В теории же относительности, благодаря конечности скорости распространения взаимодействия, положение вещей существенно меняется. Силы, действующие в данный момент времени на частицу (тело) определяются расположением окружающих частиц в некоторый предшествующий момент времени. Запаздывание взаимодействия связано с конечностью скорости его распространения.

1. Взаимодействие передается от точки к точке пространства с некоторой скоростью, равной скорости света.

2. Взаимодействие может происходить лишь между соседними точками пространства в каждый момент времени (близкодействие). Поэтому говорят о взаимодействии некоторой частицы с полем и последующем взаимодействии поля с другой частицей (дальнодействие).

3. Силы взаимодействия образуют векторное силовое поле, то есть в каждой точке пространства задан вектор F(r), зависящий от координат и характеризующий силовое взаимодействие поля и частицы (тела).

Электромагнитное поле

Заряд - это свойство элементарных частиц вещества - электронов и

протонов определенным образом взаимодействовать друг с другом и с другими частицами. Все, что мы знаем о заряде - это то, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

Фундаментальные свойства электрического заряда

1. Существуют два типа зарядов, условно названных положительными и отрицательными. Современная физика рассматривает их как противоположное проявление одного качества.

2. Закон сохранения заряда. Полный заряд изолированной от внешних воздействий системы не изменяется.

3. Дискретность заряда. В природе заряд встречается кратным заряду электрона q=1,6*10^-19 Кл. Поскольку заряд большинства тел много больше заряда электрона, то изменение их заряда можно считать непрерывным.

4. Релятивистская инвариантность заряда. Величина заряда не зависит от его скорости.

Электромагнитное поле является векторным силовым полем, т.е. в каждой точке пространства задан по величине и направлению вектор F(r)q. Поэтому естественно ввести для характеристики поля его напряженность, не зависящую от величины вносимого заряда. F=qE называется электрической силой. При движении пробного заряда появляется дополнительная сила, действующая на заряд и зависящая от скорости его движения F_м= qvxB, где В(r) - вектор магнитной индукции вводится как коэффициент пропорциональности. Полная сила, действующая на заряд q в электромагнитном поле, называется силой Лоренца

F=F_эл + F_м=qE + qvxB.

Контрольные вопросы

1. Как понимать задание силового поля?

2. Близкодействие и дальнодействие в представлении М.Фарадея.

3. Свойства электрического заряда.

4. Что представляет собой сила Лоренца?

Литература

1. И.В.Савельев Курс общей физики, т.1, гл.6-46, 6-47,т.2,гл.1,6-

43, Наука,М.,1977г.

2. Б.М.Яворский, А.А.Пинский Основы физики, т.1, гл.9,10,5-24,

24-6, 37,41, Наука,М., 1974г.

3. Дж.Орир Физика гл.5,15, Мир,М., 1981г.

Лекция 6. Уравнения Максвелла для электростатического и магнитостатического полей. Закон Фарадея.

1.Уравнения электростатики 2. Уравнения магнитостатики

Поток вектора Е Ф_E =Е_n dS=q_i /_о Циркуляция Г_B =В_l dl=_oI_i

Циркуляция вектора Е Г_E =Е_l dl=0 Поток Ф_B =В_n dS=0

Физический смысл уравнений Максвелла

1. Электрические силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах. Источником электростатического поля являются заряды.

2. Электростатическое поле безвихревое. Силовые линии

электростатического поля не замкнуты.

3. Силовые линии магнитостатического поля замкнуты. Магнитное поле вихревое. Источником магнитостатического поля являются движущиеся заряды или токи.

4. В природе отсутствуют магнитные заряды.

2. Явление электромагнитной индукции

Правило Ле Шателье

Любое изменение равновесного состояния вызывает

появление сил, препятствующих этому изменению.

Упругие силы как результат деформирования вещества и смещения атомов из положения равновесия стремятся вернуть эти атомы в исходное состояние. В случае электромагнитных полей это правило проявляется в явлении электромагнитной индукции.

Изменение магнитного потока Ф_B через контур вызывает появление в нем электродвижущей силы индукции _инд =-dФ_B/dt, а в замкнутом контуре ток. Сила этого тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока, а сам он направлен таким образом, чтобы противодействовать изменению магнитного потока.

Живой организм находится в стационарном состоянии. Это состояние поддерживается регулярным потреблением пищи. Однако, ее отсутствие некоторое время вызывает ответную реакцию организма. Он начинает самоподдерживать себя путем переработки излишков жиров. То есть и здесь мы имеем дело с правилом Ле Шателье. Таким образом, в неживой природе имеются закономерности, присущие и живому организму.

Контрольные вопросы

1. Принцип Ле Шателье как закон природы.

2. Уравнения Максвелла как обобщенное описание

электромагнитных явлений.

3. Что представляет собой явление электромагнитной индукции?

Литература

1. И.В.Савельев Курс общей физики т.2,гл.1-13,1-14,гл.8,9

Наука,М.,1977г.

2. Б.М.Яворский, А.А.Пинский Основы физики гл.43Наука,М.,

1974г.

3. Дж.Орир Физика т.1,гл.15-5,18,19,Мир,М.,1981г.

Лекция 7. Колебания. Волновое движение и его основные характеристики.