1. Понятие о фундаментальных силах. Силы в механике. Силы упругости. Закон Гука. Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Принцип эквивалентности. Силы трения.

В современной физике различают четыре вида взаимодействий: 1) гравитационное (или взаимодействие, обусловленное всемирным тяготением), 2) электромагнитное (осуществляемое через электрические и магнитные поля), 3) сильное или ядерное (обеспечивающее связь частиц в атомном ядре) и 4) слабое (ответственное за многие процессы распада элементарных частиц).

В рамках классической механики имеют дело с гравитационными и электромагнитными силами. А также с упругими силами и силами трения. Два последних вида сил определяются характером взаимодействия между молекулами вещества. Силы взаимодействия между молекулами имеют электромагнитное происхождение. Следовательно. Упругие силы и силы трения являются по своей природе электромагнитными.

Гравитационные и электромагнитные силы являются фундаментальными - их нельзя свести к другим, более простым, силам. Упругие же силы и силы трения не являются фундаментальными.

Всякое реальное тело под действием приложенных к нему сил деформируется, т.е. изменяет свои размеры и форму. Если после прекращения действия сил тело принимает первоначальные размеры и форму, деформация

Называется упругой. Упругие деформации наблюдаются в том случае. Если сила, обусловившая деформация, не превосходит некоторый, определенный для каждого конкретного тела предел (предел упругости).

Закон Гука - уравнение теории упругости, связывающее напряжение и деформацию упругой среды.

Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации

Для тонкого растяжимого стержня закон Гука имеет вид:

F=k*delta l

Здесь F — сила натяжения стержня, delta l — абсолютное удлинение (сжатие) стержня, а k называется коэффициентом упругости (или жёсткости).

Коэффициент упругости зависит как от свойств материала, так и от размеров стержня. Можно выделить зависимость от размеров стержня (площади поперечного сечения S и длины L) явно, записав коэффициент упругости как

k=(E*S)/L

Величина E называется Модулем упругости первого рода или модулем Юнга и является механической характеристикой материала.

Гравитацией (или тяготением0 называется универсальное взаимодействие ( притяжение) между любыми видами материи. Классическую нерелятивистскую теорию гравитации создал в 1678 г. Ньютон, открывший закон всемирного тяготения. Классическую релятивистскую теорию гравитации создал в 1916 г. Эйнштейн. Он назвал эту теорию общей теорией относительности.

Закон всемирного тяготения гласит, что материальные точки массами m1 и m2 притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной массам этих точек и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между ними:

F=G*((m1*m2)/r^2)

где, G - гравитационная постоянная

Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством гравитационного поля. Всякое тело изменяет свойства окружающего его пространства - создает в нем гравитационное поле. Это поле проявляет себя в том, что на помещенное в него другое тело действует сила.

Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции — эвристический принцип, использованный Альбертом Эйнштейном при выводе общей теории относительности. Один из вариантов его изложения: «Силы гравитационного взаимодействия пропорциональны гравитационной массе тела, силы инерции же пропорциональны инертной массе тела. Если инертная и гравитационная массы равны, то невозможно отличить, какая сила действует на данное тело — гравитационная или сила инерции».

Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей относительно друг друга. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа) носит название внутреннего трения.

Трение между поверхностями двух твердых тел при отсутствии какой-либо прослойки, например смазки между ними, называется сухим. Трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой, а также между слоями такой среды называется вязким (или жидким).

Применительно к сухому трению различают трение скольжения и трение качения.

Силы трения направлены по касательной к трущимся поверхностям (или слоям), причем так, что они противодействуют относительному смещению этих поверхностей (слоев).

В случае сухого трения сила трения возникает не только при скольжении одной поверхности по другой, но также и при попытках вызвать такое скольжение. В последнем случае она называется силой трения покоя

Fтр=kN

где N - сила реакции опоры, а k - коэффициент трения скольжения. Коэффициент k зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей и не зависит от веса тела. Коэффициент трения определяется опытным путем.