- •Введение
- •Модуль I основы механики
- •Движение материальной точки
- •Механическое движение
- •Скорость
- •Ускорение
- •Движение по окружности
- •Виды движений материальной точки
- •Равномерное движение
- •Равномерное прямолинейное движение
- •1.5.3. Движение по произвольной траектории с постоянной тангенциальной составляющей вектора ускорения aτ.
- •Равноускоренное движение с изменяющейся тангенциальной составляющей ускорения
- •Прямолинейное равноускоренное движение
- •Виды движения твердого тела
- •Динамика материальной точки. Законы ньютона
- •1.7.1. Первый закон Ньютона
- •1.7.2. Второй закон Ньютона
- •1.7.3. Третий закон Ньютона
- •Движение системы тел
- •1.8.1. Закон изменения и сохранения импульса системы тел
- •1.8.2. Центр инерции системы тел. Центр масс
- •1.8.3. Уравнение движения центра масс
- •Движение тела переменной массы
- •Силовое поле
- •1.9.1. Центральное силовое поле
- •1.9.2. Однородное силовое поле
- •Энергия. Работа сил поля
- •1.10.1. Механическая работа. Мощность
- •1.10.2. Потенциальные силовые поля. Консервативные и диссипативные силы
- •1.10.3. Кинетическая энергия
- •Потенциальная энергия
- •Потенциальная энергия упругих сил
- •Градиент скалярного поля
- •Векторы силы и градиента потенциальной энергии равны по модулю и направлены в противоположные стороны.
- •Потенциальная энергия взаимодействия
- •Закон сохранения механической энергии
- •Потенциальная кривая
- •Соударение тел
- •Неинерциальные системы отсчета
- •1.11.1. Силы инерции
- •1.11.2. Принцип эквивалентности
- •1.11.3. Сила тяжести, вес тела, невесомость
- •Элементы теории относительности
- •1.12.1. Постулаты Эйнштейна
- •1.12.2. Преобразования Лоренца
- •1.12.3. Относительность одновременности
- •1.12.4. Относительность длин
- •1.12.5. Интервал
- •1.12.6. Релятивистский закон сложения скоростей
- •1.12.7. Зависимость массы от скорости
- •1.12.8. Основной закон релятивисткой механики
- •1.12.9. Связь массы, импульса и энергии релятивистской частицы
- •Динамика вращательного движения твердого тела
- •1.13.1. Момент силы
- •1.13.1.1. Момент силы относительно точки
- •1.13.1.2. Момент пары сил
- •1.13.1.3. Момент силы относительно оси вращения
- •Момент импульса твердого тела относительно оси вращения (собственный момент импульса)
- •Момент импульса материальной точки
- •1.13.2.2. Момент инерции твердого тела относительно оси вращения
- •1.13.2.3. Момент инерции кольца
- •1.13.2.4. Момент инерции сплошного цилиндра (диска)
- •1.13.2.5. Момент инерции однородного стержня
- •1.13.2.6. Теорема Штейнера
- •Свободная ось вращения. Главные оси инерции
- •Работа, совершаемая при вращательном движении
- •Кинетическая энергия вращающегося тела
- •Основной закон динамики вращательного движения
- •Уравнение моментов
- •Закон сохранения момента импульса
- •Гироскопы
- •Элементы динамики сплошных сред
- •1.14.1. Неразрывность струи
- •Уравнение Бернулли
- •Ламинарное и турбулентное течения. Движение тел в жидкостях и газах
Силовое поле
Силовое поле – это особая форма материи, связывающая частицы вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью действие одних частиц на другие. В дальнейшем силовое поле мы будем называть просто полем. Взаимодействия между удалёнными телами осуществляется через создаваемые ими поля: гравитационные, электромагнитные. Например, так осуществляется притяжение планет к Солнцу, взаимодействие заряженных частиц и т. д.
Силовое поле описывается векторной функцией координат пространства (радиус-вектора). Каждой точке пространства сопоставляется вектор силы, который действовал бы на материальную частицу, помещённую в исследуемую точку пространства (рис. 1.21).
Рис. 1.21.
1.9.1. Центральное силовое поле
В поле центральных сил на материальную точку действуют силы, которые всюду направлены вдоль прямых, проходящих через одну и ту же неподвижную точку – центр сил (рис. 1.22). Величина этих сил зависит только от расстояния r до центра сил: . Здесь – радиус-вектор, проведённый из центра сил в исследуемую точку поля, – проекция силы на радиус-вектор, зависящая только от модуля радиус-вектораr. Если материальная точка отталкивается от центра сил, то , так как векторы и сонаправлены (рис. 1.22,а). Если материальная точка притягивается к центру сил, то , так как и направлены в противоположные стороны (рис.1.22,б). Примером центрального поля является гравитационное поле Земли, для которого:
,
где G – гравитационная постоянная (G = 6,67·10-11 ), M – масса Земли, m – масса тела, r – расстояние от центра Земли до исследуемой точки поля. Проекция силы на радиус-вектор:, а модуль силы
Рис. 1.22.
Количественной мерой поля тяготения является напряженность
Или , а модуль напряженности.
У поверхности Земли расстояние r от точек поля до центра сил равно радиусу Земли R, а модуль напряженности Если не учитывать вращение Земли, сила гравитации равна силе тяжести, тогда
,
т. е. вектор напряженности равен вектору ускорения свободного падения, а модуль ускорения свободного падения приближенно равен
Другим примером поля центральных сил является электростатическое поле точечного заряда.
Упругие силы также являются центральными. Действительно, если один конец пружины закрепить шарнирно в центре сил, а другой конец пружины располагать по различным точкам пространства, то в этом случае , гдевеличина деформации пружины. В одномерном случае, гдекоэффициент жесткости пружины,х – величина деформации пружины (если x > 0, пружина растянута, если x < 0, пружина сжата).
1.9.2. Однородное силовое поле
В однородном силовом поле на материальную частицу всюду действует один и тот же вектор силы, т. е. const. Если центр сил центрального поля удален в бесконечность, то такое поле приближенно можно считать однородным. Так гравитационное поле Земли у ее поверхности в относительно небольшой области пространства близко к однородному (рис. 1.23). Также приближенно является однородным электрическое поле между пластинами плоского конденсатора.
Рис. 1.23.