Физические величины, характеризующие воздействие на объект

Сила.В механике Ньютона количественной мерой взаимодействия тел являетсясила F. На тело, движение которого рассматривается в задаче, могут действоватьтела,контактирующие с рассматриваемым телом, иполя - гравитационное, электрическое, магнитное (безконтактное взаимодействие).

Чаще всего на тело, движение которого описывается в задаче, действует не одна сила, а несколько: и т.д. В этом случае рассматриваетсяравнодействующая сила, т.е. векторная сумма сил:.

Момент силы. При вращательном движенииодна и та же сила может различным образом изменять скорость вращения.Мерой воздействияпри вращательном движении является физическая величина, называемаямоментом силы.

Моментом силы M относительно точки О называется векторное произведение радиус-вектора r, проведенного от точки О к точке приложения силы, и вектора силыF:

.

Модуль этого вектора равен:

,

где d-плечо силы, т.е.кратчайшее расстояние от точки О до линии действия силы.

Пусть твердое тело имеет неподвижную ось вращения z,вдоль которой направлены псевдовекторы угловой скоростии углового ускорения. В этом случае на изменение характера вращения влияют только составляющие момента силы, ориентированные вдоль осиz. Следовательно,при применении законов динамики имеет смысл рассматривать только силы или составляющие сил, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси вращения.

2.2. Законы сил Силы тяготения

Сила гравитационного притяжениядействует между двумя материальными точками. В соответствии сзаконом всемирного тяготенияэта сила пропорциональна произведению масс этих точекm₁иm₂, обратно пропорциональна квадрату расстоянияrмежду ними и направлена вдоль прямой, соединяющей эти точки:

,

где G- гравитационная постоянная.

Гравитационным взаимодействием тела и космического объекта, в частности Земли, обусловлена сила тяжестиmg. Гравитационную природу имеет исила Архимеда.

Силы упругости.

Под действием внешних сил возникают деформации(т.е. изменения размеров и формы) тел. Если после прекращения действия внешних сил прежние формы и размеры тела восстанавливаются, то такая деформация называетсяупругой. В деформированном теле возникают упругие силы, которые уравновешивают внешние силы, вызвавшие деформацию. Установленный экспериментальнозакон Гукаутверждает, что при упругой деформации величина деформации пропорциональна внешнему воздействию. Рассмотрим, как закон Гука можно записать для различных деформаций.

Деформация растяжения и сжатия

Пусть закрепленная одним концом пружина лежит свободно на гладком столе. Под действием внешней силы F, направленной по осиx, пружина растянулась, ее удлинение составилоx. При деформации в пружине возникают силы упругостиF_упр, равные по величине и противоположные по направлению приложенной внешней силе:F_упр= - F.

Закон Гука в данном случае имеет вид:. Обычно индекс у силы упругости опускают и закон Гука записывается в виде:

.

ЗдесьF_x- проекция упругой силы на осьx. Коэффициентkназывается жесткостью пружины.

Однородные стержни ведут себя при одностороннем сжатии подобно пружине. Деформация приводит к возникновению в стержне упругих сил.

Эти силы принято характеризовать напряжением, которое определяют как модуль

силы, приходящейся на единицу площади поверхности:

Здесь S- площадь поперечного сечения стержня,F_n- составляющая силы, перпендикулярная к площадке, на которую она действует, поэтому такое напряжение называетсянормальным. Обозначив относительное удлинение стержня как, запишем закон Гука в виде:

или.

Величина Ехарактеризует упругие свойства материала стержня и называетсямодулем Юнга.

Силами упругости являются такие силы, как сила нормального давленияNисила натяжения нитиТ.