І.4 Сили пружності

Сили пружності виникають в тілах при пружних деформаціях.

Деформацією називають зміну розмірів і форми тіла під дією зовнішніх (деформуючих) сил.

Деформацію називають пружною, якщо після припинення дії деформуючої сили тіло відновлює свою форму і розміри.

Деформацію називають пластичною, якщо тіло не відновлює свою форму і розміри після припинення дії деформуючої сили.

Природа сил пружності – електрична (див.ІІ.1). Згідно з третім законом Ньютона сила пружності, що виникає в тілі, рівна за величиною деформуючій силіF´(рис.І.2) і направлена в протилеж-ному напрямку.

Розрізняють деформації згинання, скручування, зсуву, тощо, але всі вони зводяться до деформацій розтягування і стискування.

Для пружних деформацій будь-якого виду виконується закон Гука:

Сила пружності F, що виникає в тілі при пружній деформації, прямо про-

порційна величині деформації Δх. Рис. І.2

F = - k Δ x, (І.14)

де k – коефіцієнт пружності, що характеризує пружні властивості тіла.

І.5 Сили тертя

Сили тертя виникають при дотиканні двох тіл і чинять опір їх взаємному переміщенню. Вони обумовлені нерівностями поверхонь, які зачіплюючись одні за інші, заважають переміщенню тіл. Тому для зменшення сил тертя поверхні шліфують і полірують. Але при наближенні поверхонь до ідеально плоских тертя знову зростає. Це обумовлено великою кількістю молекул контактуючих тіл, що знаходяться на малих відстанях. А на малих відстанях (рівни розмірам молекул) між молекулами діють сили притягання, природа яких електрична (див.ІІ.1).

Дослідним шляхом встановлено:

Сила тертя F_т прямо пропорційна силі N, що притискує одне тіло до іншого:

F_т = k N, (І.15)

де k – коефіцієнт тертя, числове значення якого залежить від нерівностей поверхонь і матеріалу тіл.

Тертя відіграє як позитивну, так і негативну роль. Завдяки тертю приводиться в рух і зупиняється транспорт, діють органи руху живих істот, утримується коренева система рослин в ґрунті тощо. У тих випадках, коли тертя шкідливе, його зменшують, вводячи між поверхнями тіл рідини (мастила), в яких міжмолекулярні зв’язки значно менші, ніж у твердих тілах.

І.6 Робота і потужність

Якщо тіло внаслідок дії на нього сили переміщується, то кажуть, що сила виконує роботу.

Роботою А називають переміщувальну дію сили.

Якщо напрямок силиFспівпадає з напрямком переміщення, величину роботи А визначають за формулою:

А = F·s, (І.16)

де F – сила, що діє на тіло, s – переміщення тіла.

Із (1.16) випливає розмірність одиниці вимірювання роботи:

.

Одиниця вимірювання роботи в СІ є джоуль (Дж).

Один джоуль – це робота, яку виконує сила рівна 1Н при переміщенні тіла на відстань 1 м, у напрямку дії сили.

1Дж=1Н·м.

Якщо сила Fнаправлена під кутомдо напрямку переміщення тіла (рис.І.3), то робота визначається за формулою:

. (І.17)

Рис. І.3

Однакова робота може бути виконана за різний час. Для того, щоб характеризувати швидкість виконання роботи, користуються поняттям потужності N.

Потужністю N називають роботу, що виконується за одиницю часу.

Якщо за час tвиконана роботаА, то потужністьNє:

. (І.18)

Розмірність одиниці вимірювання потужності в СІ:

.

Одиниця вимірювання потужності в СІ є 1 ват (1 Вт).

Один ват (1 Вт) – це потужність, при якій за 1 с виконується робота, рівна 1 джоулю.

1Вт = 1 Дж/с.