|
Херсонський національний технічний університет Кафедра загальної та прикладної фізики |
СИЛИ В МЕХАНІЦІ Лекція 1.4. |
|
|
|
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4.
СИЛИ В МЕХАНІЦІ-
Консервативні та неконсервативні сили
В сучасній фізиці розрізняють чотири види взаємодій:
-
гравітаційна, або взаємодія, обумовлена всесвітнім тяжінням;
-
електромагнітна, яка здійснюється через електричні та магнітні поля;
-
сильна або ядерна, яка забезпечує зв’язок частинок в атомному ядрі;
-
слабка, яка відповідає за чисельні процеси розпаду елементарних частинок.
Ми з вами в рамках класичної механіки матиме справу з гравітаційними та магнітними силами, а також з пружними силами і силами тертя. Два останніх види сил визначаються характером взаємодії між молекулами речовини. Сили взаємодії між молекулами мають електромагнітне походження. Отже, пружні сили і сили тертя є за своєю природою електромагнітними.
Сили, що розглядаються у фізиці поділяються на консервативні та неконсервативні. Сили, робота яких не залежить від форми траєкторії, а визначається тільки початковим і кінцевим розміщенням тіла в просторі, називають консервативними, або потенціальними. До них належать:
-
сили тяжіння,
-
сили пружності,
-
електростатичні сили взаємодії між зарядженими тілами.
Сили будуть консервативними при умові коли в системі немає переходу механічного руху в інші форми руху матерії, або перетворення інших форм руху в механічний.
Сили, що не належать до консервативних, називають неконсервативними:
-
сили тертя, що виникають при ковзанні одного тіла по поверхні іншого,
-
сили опору, яких зазнає тіло, рухаючись у рідкому або газоподібному середовищі.
Ці сили залежать не тільки від форми тіл але й від їх швидкості. Вони напрямлені завжди проти напряму швидкості, тому робота сил тертя завжди від’ємна.
Гравітаційні та електромагнітні сили є фундаментальними – їх не можна звести до інших, більш простих сил. Пружні сили і сили тертя не є фундаментальними. Закони фундаментальних сил достатньо прості. Переконатися в цьому можна з прикладу [4,с.62].
Пригадаємо визначення сили – це міра зовнішньої дії на тіло, що виникає в процесі його взаємодії з іншим тілом. Це фізична величина введена для характеристики передавання руху від одного тіла до іншого, отже, зміни руху взаємодіючих тіл. Силу не можна розглядати відірвано від матерії і її руху.
Якщо під дією кількох сил тіло зберігає свій стан спокою, або рівномірного прямолінійного руху, то таку систему діючих сил називатимемо зрівноваженою, або еквівалентною нулю.
Результати дії сили в різних практичних прикладах легше пояснити, якщо розрізняти вслід за Ньютоном статичні та динамічні прояви сили. Тому розрізняють статичний і динамічний способи вимірювання сили.
Результатами статичного прояву сили є тиск на тіла, які перешкоджають рухові, і їх деформація. Зрозуміло, що сила, яка виявляється статично, завжди викликає рівну їй за величиною і протилежну за напрямом реакцію опори – силу пружної деформації. Результатом динамічного прояву сили є прискорення – тангенціальне або нормальне. У такому випадку силу можна визначити за другим законом Ньютона. Але майже всюди сили виявляють часткового як статичні так і динамічні прояви. Приклад проілюстрований у [3,с.36-37].
Отже, до консервативних сил відносять сили тяжіння, сили пружності та сили електростатичної взаємодії; до неконсервативних відповідно – сили тертя та сили опору. Детально про сили пружності ви дізнаєтеся трохи пізніше. А от про сили електростатичної взаємодії – в кінці семестру.
Розглянемо характер та роботу сил тяжіння.