рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Понятие силы. Силы в механике.

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Понятие силы. Силы в механике. - раздел Механика, Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Понятие силы. Силы в механике   Первый Закон Ньютона: Если На Тело Не Действуют Другие...

 

Первый закон Ньютона: если на тело не действуют другие тела, то тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения (то есть ускорение тела = 0). Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона называются инерциальными.
Любая система отсчета, которая двигается прямолинейно и равномерно относительно инерциальной системы, будет также инерциальной. Следовательно, инерциальных систем отсчета существует бесконечное множество. Законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета.

Земля двигается с ускорением (двигается по криволинейной траектории относительно Солнца и вращается вокруг своей оси). Поэтому система отсчета, связанная с земной поверхностью не является инерциальной. Однако ускорение земной поверхности настолько мало, что в большинстве случаев такую систему отсчета практически можно считать инерциальной.

Сила - это векторная величина, характеризующая меру воздействия на данное тело со сторон других тел. Если на тело действует несколько сил (т.е. несколько тел), то действие этих сил можно заменить действием одной силы, которую обычно называют результирующей (равнодействующей, суммарной) силой:

, (5.1)

где `F1 ... и т.д. - силы, действующие на тело, `F - результирующая сила. Используя понятие силы, для первого закона Ньютона можно записать:

при ` .

В современной физике различают 4 вида взаимодействия:
1) гравитационное; 2) электромагнитное; 3) сильное; 4) слабое. 3‑й и
4-й вид взаимодействия проявляется при взаимодействии между микрочастицами.

В механике имеют дело с гравитационной силой, силой упругости и силой трения (сопротивления). Два последних вида сил являются по своей природе электромагнитными.

Сила гравитационного взаимодействия двух частиц, находящихся на расстоянии r (закон всемирного тяготения) равна (рис. 5.1):

 

r
           
   
 
   
 
 

 


Рис.5.1

(5.2)

Уравнение (5.2) справедливо и для

взаимодействия однородных сферических тел. Для взаимодействия частицы и планеты эту силу называют силой притяжения (рис.5.2):

 

· m h пр
 
 


 

M

R

(5.2а),

 

где G - гравитационная постоянная.

 

Силы упругости (, рис 5.3) возникают при деформации тел.

       
 
   
 

 


x

 
 

 


Рис. 5.3
упр в

Если после прекращения действия внешней силы () тело принимает первоначальную форму, деформации называются упругими. Для упругой деформации сила упругости равна (закон Гука):

Fx= -kx (5.3),

где Fx - проекция `упр на ось x, x - величина деформации, k - коэффициент жесткости. Если деформации не упругие зависимость F(x) имеет более сложный характер. Силами упругости являются силы натяжения, а также силы нормального давления - т.е. силы с которыми взаимодействуют два соприкасающихся тела и которые перпендикулярны плоскости опоры (рис. 5.4, силы и )

Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение между поверхностями твердых тел называется сухим, трение между твердым телом и жидкостью или газом - вязким.

Сила сухого трения может возникать и при отсутствии перемещения, если делается попытка вызвать скольжение одного тела относительно другого. В таком случае оно называется силой трения покоя. Силы трения покоя направлена в сторону противоположную направлению движения, которое имело бы тело, если бы трение покоя отсутствовало. Сила трения покоя может принимать значения от 0 до некоторой максимальной величины max :

0<пок<max .

Сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся тел и приблизительно пропорциональна силе нормального давления N, т.е. силе прижимающей трущиеся поверхности друг другу (рис. 5.4):

(5.4),

где m -коэффициент трения, зависящий от состояния трущихся поверхностей.

 
 
(N=F)


 
 

 

 


Рис. 5.4

Можно считать, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения.

Сила вязкого трения зависит от скорости тела и от формы его поверхности. При небольших скоростях эта сила пропорциональна скорости, при больших - квадрату скорости.

Уточним понятия веса, силы тяжести и силы притяжения. Под действием только силы притяжения (свободное падение) тело падает на Землю с ускорением свободного падения . Действующая при этом на тело сила называется силой тяжести`, которая согласно второму закону Ньютона (§6) равна:

=, (5.5)

где m - масса тела. Вследствие вращения Земли сила тяжести и сила притяжения (уравнения (5.2а)) несколько отличаются.

Однако в большинстве случаев этим различием можно пренебречь:

Р = Fпр = . (5.6)

Из (5.6) и (5.5) следует:

. (5.7)

т.е. ускорение свободного падения зависит от высоты над поверхностью Земли. Вблизи поверхности Земли можно считать h << R. Тогда из (5.7) получим формулу ускорения свободного падения вблизи поверхности Земли:

(5.8)

 

Эту величину можно считать равной 9.8 м/c2.

Весомтела называется сила, с которой тело действует на опору или подвес. Следовательно, вес тела равен или силе натяжения или силе нормального давления. Вес тела будет равен силе тяжести, если ускорение тела .

 

§6 Масса. Второй закон Ньютона. Импульс.
Третий закон Ньютона. Понятие состояния

При действии на частицу силы ее скорость будет меняться. Под действием одной и той же силы изменение скорости разных тел различно. Чем меньше изменение скорости, тем больше инертность тела, т.е. меньше реакция на внешнее воздействие. Количественная мера инертности тел называется массой. За единицу массы в системе СИ принята масса эталонного тела, которое хранится в Международном бюро мер и весов. Эта единица называется килограмм (кг).

Второй закон Ньютона: ускорение приобретаемое телом прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе mтела:

(6.1)

В (6.1) под силой`F надо понимать результирующую действующих сил (см.(5.1)). Из второго закона Ньютона следует - вектор ускорения направлен в ту же сторону, что и результирующая действующих сил (т.к. в механике всегда m>0). Из (6.1) найдем единицы измерения силы -“Ньютон”

[] = 1кг´1м/с2 = 1 H

Подставим в (6.1) уравнение для ускорения (3.2):

==

В классической механике масса тела величина постоянная. Внесем ее под знак производной:

(6.2)

Величина

(6.3)

называется импульсом тела. Следовательно

(6.4)

Таким образом, второй закон Ньютона можно сформулировать по другому: сила равна первой производной от импульса тела по времени, или сила равна скорости изменения импульса.

В частном случае при из (6.1) следует , т.е. результат совпадает с первым законом Ньютона. Несмотря на это первый закон формулируют независимо от второго, т.к. в нем постулируется (утверждается) существование инерциальных систем отсчета.

Всякое действие тел друг на друга носит характер взаимодействия (рис.6.1): если тело 1 действует на тело 2 с силой , то и тело 2 действует на 1-е с силой .

 
 


Третий закон Ньютона: силы взаимодействия двух тел равны по величине и противоположно направлены:

(6.5)

Третий закон Ньютона справедлив только при скоростях много меньше скорости света, т.е. справедлив в рамках классической механики.

Состояние механической системы характеризуют координатами и скоростью всех частиц этой системы (или величинами, связанными со скоростью - импульсом и т.п.). Зная состояние системы в данный момент времени можно предсказать дальнейшее ее движение. Состояние системы можно в принципе найти, решив уравнение (6.1) или (6.4). Таким образом, второй закон Ньютона позволяет, зная воздействие на систему (x,t), найти состояние системы. В этом смысле этот закон один из основных в механике.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Понятие силы. Силы в механике

Первый закон Ньютона Инерциальные системы отсчета Понятие силы Силы в механике Первый закон Ньютона...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Понятие силы. Силы в механике.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги