Конспект лекций по УД Физика (1 курс, СПО, технический профиль ). Конспект лекций для студентов 1 курса всех форм обучения Специальность 19. 02. 10 Технология продукции общественного питания
 Скачать 4.41 Mb.
|
|
5.2. Сила трения Силы трения имеют электромагнитную природу и зависят от скорости движения тел относительно друг друга. Сила трения – это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и препятствующая их относительному перемещению в плоскости касания. Различают силы трения покоя Fтр п, силы трения скольжения Fтр ск и силы трения каченияFтр кач. Для одних и тех же поверхностей Fтр п > Fтр ск > Fтр кач. При решении задач динамики чаще приходится иметь дело с трением скольжения, возникающим при относительном перемещении соприкасающихся тел. Возникающая при этом сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости движения соприкасающихся тел, и зависит от силы нормального давления N:  . Сила нормального давления  перпендикулярна поверхности, по которой движется тело. При движении по горизонтальной поверхности N = mg, поэтому  .Трение скольжения характеризуется коэффициентом трения скольжения (коэффициентом трения) (–безразмерная величина), который зависит только от сочетания материалов, из которого сделаны трущиеся поверхности. Познакомиться с проявлениями силы трения покоя можно на примере бруска, лежащего на горизонтальной поверхности. Подействуем на него некоторой горизонтальной силой F, используя для ее измерения динамометр. Опыт показывает, что, пока эта сила меньше некоторого значения Fкp, брусок не прих  одит в движение. В соответствии со вторым законом Ньютона это может означать только одно: одновременно с приложенной внешней силой F на брусок со стороны поверхности подставки начинает действовать равная ей и противоположно направленная сила Fтр п, которую и называют силой трения покоя. Эти силы уравновешивают друг друга. Когда приложенная сила достигает критического значения Fкp, брусок приходит в движение. Сила трения покоя не является однозначно определенной величиной. В зависимости от приложенной силы тяги величина силы трения покоя меняется от нуля до Fкp – того значения силы, когда брусок скачком начинает двигаться. Обычно силой трения покоя и называют максимальную силу трения. Максимальная сила трения покоя Fтр п пропорциональна нормальной силе N реакции опоры:  , где коэффициент трения покоя п не зависит от размеров соприкасающихся поверхностей, а зависит только от сочетания материалов, из которых сделаны соприкасающиеся тела. Так как сила трения покоя больше силы трения скольжения, то очевидно, что и коэффициент трения покоя больше коэффициента трения скольжения в большинстве случаев. Поэтому сдвинуть тело с места «труднее», чем потом его перемещать. Из повседневного опыта известно, что легче везти груз на тележке, чем его тащить, потому что коэффициент трения качения меньше коэффициента трения скольжения для одних и тех же материалов. 5.3. Сила упругости Деформация тела происходит под действием внешних сил и сопровождается изменением размеров и формы твердого тела. Деформации, которые полностью исчезают при снятии деформирующих факторов, называют упругими. Деформации, которые не исчезают при снятии деформирующих факторов, являются пластическими. Упругость или пластичность тел в основном определяется материалом, из которого они изготовлены. Например, сталь и резина упруги, а медь и воск пластичны. Упругие деформации, возникающие в телах, весьма разнообразны. Различают четыре основных вида деформаций: растяжение (сжатие), сдвиг, кручение и изгиб. Наиболее часто при эксплуатации различных конструкций приходится рассчитывать упругие деформации растяжения или сжатия. Деформация растяжения и сжатия характеризуется удлинением  (l0 – первоначальная длина тела или пружины).При сжатии  , т. е. длина тела после сжатия меньше первоначальной длины тела. При растяжении  , т. е. длина тела после растяжения больше первоначальной длины тела. Силы, возникающие при деформации и стремящиеся восстановить первоначальные размеры и форму тела, называют силами упругости Fупр. Сила упругости Fупр, возникающая при деформации тела, всегда направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела. При одномерной линейной деформации растяжения или сжатия сила упругости направлена вдоль линии действия внешней силы. Модуль силы упругости, возникающей при упругой деформации растяжения или сжатия, пропорционален его удлинению:  ,где коэффициент пропорциональности k называется коэффициентом упругости или жесткостью. Данная формула выражает закон Гука. Закону Гука подчиняются малые деформации, возникающие в стержнях из чугуна, стали, алюминия, пружинах и других упругих телах, т. е. если  . При больших деформациях закон Гука не выполняется.Вопросы для самоконтроля: 1. Сформулируйте закон всемирного тяготения. 2. В чем заключается физический смысл гравитационной постоянной? 3. Дайте характеристику гравитационному взаимодействию. 4. Какую природу имеют силы трения и от чего они зависят? 5. Назовите виды сил трения. 6. Куда направлена сила трения скольжения и чему она равна? 7. Что такое деформация? 8. Назовите основные виды деформаций. 9. Какие силы называют силами упругости? 10. Сформулируйте закон Гука. Лекция № 6. Закон сохранения импульса Цель: изучить закон сохранения импульса. Основные понятия: Механическая система – совокупность взаимодействующих между собой материальных точек (тел). Внутренние силы – силы взаимодействия между телами данной системы. Внешние силы – силы воздействия на тела данной системы со стороны тел, не входящих в эту систему. Замкнутая система – это система тел, на каждое из которых либо не действуют внешние силы, либо действие внешних сил скомпенсировано. Законы динамики дают возможность полностью описать механическое поведение изучаемой системы, если известны силы, действующие на образующие эту систему материальные точки. Применение второго закона Ньютона к каждой из материальных точек позволяет найти ее ускорение в данном месте в данный момент времени и тем самым последовательно, шаг за шагом, проследить ее движение. Но часто такая детальная информация о движении бывает не нужна. Иногда нас интересует только конечное состояние изучаемой системы, а ее промежуточные состояния, через которые система проходит в конечное состояние, не представляют интереса. В некоторых случаях нас вообще интересует только движение системы как целого, а не движение отдельных частиц, входящих в систему. В подобных случаях быстрее всего к цели приводит не непосредственное применение законов Ньютона, а использование законов сохранения. Рассмотрим систему, состоящую из двух тел, например двух звезд. Силы взаимодействия между телами, входящими в систему (между звездами), называются внутренними силами. Внутренние силы будем обозначать символом  . Здесь первый индекс i обозначает номер тела, на которое действует сила , а второй индекс k – номер тела, со стороны которого действует сила .По третьему закону Ньютона:  .Силы воздействия на тела данной системы (две звезды) со стороны тел, не входящих в эту систему (например, соседние космические тела), называются внешними силами. Равнодействующую всех внешних сил, действующих на i-е тело системы, будем обозначать  .Для каждого тела, входящего в систему, запишем второй закон Ньютона:  , .Сложив левые и правые части уравнений, получим  .Учитывая, что  , имеем , ,где  – суммарный импульс системы двух тел. Из последнего соотношения следует, что изменение суммарного импульса системы тел определяется векторной суммой внешних сил, действующих на эту систему. Внутренние силы, изменяя импульсы отдельных тел системы, не изменяют суммарный импульс системы. Замкнутая система – это система тел, на каждое из которых либо не действуют внешние силы, либо действие внешних сил скомпенсировано. Если система тел замкнута, то сумма всех внешних сил, действующих на систему тел, равна нулю, т. е.  .Тогда  , или  .Таким образом, независимо от продолжительности интервала времени импульс системы тел в начале и конце этого интервала времени будет один и тот же, следовательно,  или .Данное соотношение выражает закон сохранения импульса: суммарный импульс замкнутой системы тел с течением времени не изменяется (сохраняется). Закон сохранения импульса можно записать и в другом виде. Пусть в момент времени t первое тело имеет массу m1 и скорость  ; второе массу m2 и скорость  ; в момент времени t - соответственно  и  , и  . Закон сохранения импульса тогда можно записать в виде: .Если массы тел с течением времени не изменяются, т. е.  ,  , то закон сохранения импульса примет вид: .Если замкнутая система состоит из нескольких тел, то для нее закон сохранения импульса запишется так:  . |