Вопросы для самоконтроля

1. Чему равно отношение силы, действующей на тело к сообщаемому ускорению?

2. Что называется импульсом силы и импульсом тела?

3. Какая система называется изолированной?

4. Как формулируется закон сохранения импульса?

5. Назовите силы различной физической природы?

6. Каков физический смысл гравитационной постоянной?

7. В каких системах отсчета действуют силы инерции?

8. Виды механической энергии.

9. Каким образом масса тела зависит от скорости его движения?

Список литературы Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики / Р. И. Грабовский. – СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608 с.

2. Пронин В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: «Высшая школа». 2003 г. – 350с.

Дополнительная

1.Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. Учебное пособие/ С.-Петербург: Издательство «Лань», 2009г. 500экз.

2.Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

3.Трофимова Т.И.Физика в таблицах.. М.: «Высшая школа». 2008г

Лекция 4 законы сохранения. Работа и мощность.Энергия.

4.1 Закон сохранения импульса и центра масс

Закон позволяет определять конечную скорость движения тела по его начальной скорости и импульсу движущей силы. Имеем механическую систему, состоящую из «n» тел. Пусть для наглядности это будут упругие шары. Рассмотрим их взаимодействие в течение небольшого промежутка времени ∆t. Для каждого тела применяется закон изменения импульса, получим

или (1)

Выражение (1) закон сохранения импульса.

«Импульс замкнутой (изолированной) системы не изменяется с течением времени». Это фундаментальный закон природы. Или «В замкнутой системе сумма импульсов всех тел есть величина постоянная».

Закон (13) находит широкое отражение в природе и технике: явление отдачи (откатка) орудия при выстреле. В этом явлении определяющую роль играет сила взаимодействия заряда и орудия. Особый интерес приложения закона сохранения импульса представляет реактивное движение.

Например в природе: реактивное движение используют кальмары, спруты, медузы и некоторые двустворчатые малюски передвигаются посредством отдачи воды, выбрасываемой ими из особых полостей тела. Кальмары развивают скорость движения, достигающую 70 км/час. В природе – «бешеный огурец» - растение например хорошей иллюстрацией закона сохранения импульса является центральный удар двух абсолютно упругих шаров.

4.2 Работа и мощность

Энергия является мерой различных форм движения и взаимодействия. Формы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная соответственно с различными видами движения.

Изменение механического движения тела обычно вызывается силами других тел, действующими на данное тело. Для количественной характеристики процесса обмена энергией взаимодействующих тел в механике вводится понятие работы силы. Некоторое тело под действием постоянной силы движется прямолинейно(рис.6).

F

F_S

α

1 dr 2

Рисунок 6

Сила составляет некоторый угол α с направлением перемещения. «Работа этой силы равна произведению проекции силы на направление перемещения, умноженной на перемещение точки приложения силы:

(2)

В общем случае сила может изменяться и по модулю и по направлению. За бесконечно малый промежуток времени материальная точка пройдет элементарное перемещение dr, тогда силу будет считать постоянной, а движение точки ее приложения – прямолинейным.

Элементарной работой силы на перемещение d называется скалярная величина.

(3),

где α – угол между векторами и ; - элементарный путь, F_S – проекция вектора на вектор (см. на рис.6).

Работа силы на участке траектории от т.1 до т.2 равна алгебраической сумме элементарных бесконечно малых участков цепи. Путь разбит на бесконечно малые участки, чтобы можно было считать постоянными. Эта сумма приводится к интегралу

(4)

Для вычисления интеграла необходимо знать зависимость силы от пути вдоль траектории 1-2. Данную зависимость можно представить графически (см. рис.7)

F_S

1

dA

2

S

a d_S b

Рисунок 7

Элементарная работа на отрезки пути есть площадь заштрихованной фигуры. Полная работа на всем пути определяется площадью фигуры .

Если, например, тело движется прямолинейно, то сила и , тогда имеем (5)

Если 0 ‹ α ‹ 90º то работа силы положительна и вызывает перемещение тела; вектором скорости движения. Если 0 ‹ α ‹ 180º работы силы отрицательна, - сила препятствует движению тела. Если α=90º сила не совершает работы при перемещении тела.

Единица работы – джоуль (Дж): 1 Дж – работа, совершаемая силой 1 Н на пути 1 м. 1 Дж = 10⁷ Эрг; 1 Дж = 1 Н∙1 м; 1 Эрг = 1 дин∙1 см.

Работа – величина скалярная.

Для характеристики скорости совершения работы, вводят понятия мощности.

«Мощность измеряется отношением работы к промежутку времени, за который она

совершена». (6)

За время dt сила совершает работу , тогда мощность равна:

(7)

«Мощность равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка приложения этой силы». N – величина скалярная. Единица измерения мощности ватт (Вт): 1В – мощность, при которой за время 1с совершается работа 1 Дж.