Динамика — общие сведения

Тема 5: Динамика. Силы в механике.

Динамика – это раздел механики, в котором изучается движение тел с учетом причин, влияющих на состояние их движения. Иными словами, динамика отвечает на вопрос: «почему тело движется?».

Основные параметры динамики:

m –масса (кг),

– сила (Н),

А – работа (Дж)

N – мощность (Вт),

— импульс тела (кг*м/c)

– импульс силы (кг*м/c),

E – Энергия.

Масса – это количественная мера инертных и гравитационных свойств тела, то есть чем больше масса, тем труднее изменить его скорость (инертное свойство) и тем сильнее оно притягивает другие тела (гравитационное свойство). Масса – это скалярная величина.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел, в результате которого они изменяют скорость или деформируются. Сила – векторная величина.

Существует четыре вида сил различной природы:

Электромагнитные силы

Сила трения – это сила, возникающая вследствие неровностей поверхностей соприкасающихся тел. Сила трения не имеет точки приложения и всегда направлена в сторону, противоположную движению (либо возможному движению).

Рассмотрим два вида силы трения:

Сила трения покоя – возникает при относительном покое тел. (Т. е. когда соприкасающиеся тела неподвижны относительно друг друга). Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону. Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения . Если вешняя сила приложенная к телу становится больше , то происходит проскальзывание. Силу трения в данном случае называют силой трения скольжения.

Силу трения скольжения находят по формуле:

,

где μ – коэффициент трения (безразм.), зависящий только от материала, из которого изготовлены тела и степени их обработки, N – сила реакции опоры (Н).

Помимо вышеперечисленных сил трения существуют так же силы трения качения и силы вязкого трения, но их мы в этом курсе рассматривать не будем.

Сила упругости — это сила, возникающая в теле при упругой деформации. Сила упругости направлена противоположно деформации.

Модуль силы упругости находится по формуле:

,

где k – жесткость пружины (Н/м), — деформация (м)

Гравитационные силы

Сила тяжести – это сила, с которой планета действует на тело. Сила тяжести равна произведению массы тела m на ускорение свободного падения g. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз (как и ускорение свободного падения).

Сила тяготения .

Закон всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются друг к другу с силой (силой тяготения), прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Здесь: G = 6,67*10-11 Н*м2/кг2 – гравитационная постоянная, m1 и m2 — массы притягивающихся друг к другу тел (кг), r – расстояние между их центрами масс (м)

Силы тяготения направлены вдоль прямой соединяющей центры масс тел.

Вес тела

К электромагнитным силам относится также и вес тела .

Вес тела – это сила, с которой тело действует на другие тела вследствие его притяжения к земле.

Если тело относительно вертикали покоится или движется равномерно вверх или вниз, то его вес равен силе тяжести:

P = mg

Если тело движется вниз с ускорением или вверх с замедлением, то его вес меньше силы тяжести и находится по формуле:

P = m*(g – a).

Если тело свободно падает (т. е. a = g), то наступает состояние невесомости (вес тела равен нулю).

Если тело движется вверх с ускорением или опускается вниз с замедлением, то его вес больше силы тяжести и находится по формуле: P = m(g + a).

В этом случае отношение веса к силе тяжести называется перегрузкой.

В общем случае можно записать формулу веса тела, движущегося равноускоренного через векторную разность:

Заметка: векторная разность рассмотрена в лекции № 3 «Кинематика. Относительность движения»