Если тело находится в покое в некоторой системе отсчёта, говорят, что в этой системе отсчёта оно находится в равновесии.
Условие равновесия материальной точки
Материальная точка находится в равновесии, если сумма всех действующих на неё сил равна нулю.
Если тело нельзя считать материальной точкой, то применяется другая модель (если допустимо) — абсолютно твёрдое тело.
Тело можно считать абсолютно твёрдым, если его деформацией можно пренебречь в условиях данной задачи, то есть расстояния между любыми двумя точками не изменяются.
Условия равновесия абсолютно твёрдого тела
Для модели абсолютно твёрдого тела условия равенства нулю равнодействующей всех сил может оказаться недостаточно. Действительно, если тело может вращаться относительно закреплённой оси вращения, то при равенстве сил будет отсутствовать только поступательное движение, а вращаться тело всё равно сможет.
Вращающее действие силы зависит не только от её модуля, но и от расстояния от оси вращения. Для обозначения этого действия вводят физическую величину — момент силы.
Моментом силы называется физическая величина, равная произведению модуля силы на её плечо.
M = F·l
Плечо силы — это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.
Тогда для равновесия тела нужно, чтобы и сумма моментов всех сил также равнялась нулю.
Чтобы твёрдое тело с закреплённой осью вращения оставалось в покое, необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил относительно оси вращения равнялась нулю.
M1 + M2 + ... + Mn = 0
Важно понимать, что ось вращения также действует на тело с силой реакции. Но плечо этой силы равно нулю, поэтому момент она не создаёт.
Также на тело действует сила тяжести. Мы говорили, что эта сила приложена к телу в центре тяжести. Разберём, как найти, где он находится и что это такое.
Центр тяжести тела
Центр тяжести тела — это точка приложения равнодействующей всех сил тяжести частей тела.
Для нахождения центра тяжести тела можно использовать два способа.
1) Подвесить тело так, чтобы оно могло свободно вращаться относительно одной из его точек, и провести отвесную линию через эту точку. Повторить опыт относительно другой точки. Там, где линии пересекутся, и будет центр тяжести.
2) Попытаться уравновесить тела на опоре. Если это удастся, то эта точка и будет центром тяжести тела.
Центр тяжести тел правильной формы находится в их геометрическом центре.
Центр тяжести симметричных тел находится на оси симметрии.
- Информация о материале
- Просмотров: 24
Спутники Земли — искусственные и естественный — летают вокруг неё по круговым орбитам под действием свободного падения. Почему же они не падают на Землю? Рассмотрим пример камня, брошенного с Земли с разной скоростью.
Если камень бросить с небольшой скоростью, он опишет дугу и снова упадёт на Землю. Если бросить сильнее, то упадёт дальше. Значит, есть такая скорость, бросив камень с которой он совершит полный оборот вокруг Земли и продолжил бы вращаться вокруг неё, если бы не сопротивление воздуха.
Такая скорость называется первой космической скоростью.
Первая космическая скорость— это скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно вращалось вокруг Земли на высоте h по круговой орбите.
Вторая космическая скорость — это скорость, при которой тело покидает притяжение Земли и уходит в космическое пространство.
При третьей космической скорости тело преодолеет и притяжение Солнца и покинет Солнечную систему.
Искусственные спутники обычно запускают на высоте 300 — 400 км, так как это наименьшая высота, на которой сопротивление воздуха не оказывает значительного воздействия.
Геостационарная орбита — это орбита на такой высоте, на которой период обращения спутника равен периоду обращения Земли вокруг своей оси, поэтому спутник находится всё время над одной и той же точкой поверхности.
- Информация о материале
- Просмотров: 33
Между всеми телами существуют силы притяжения, имеющие гравитационную природу. Исаак Ньютон установил закон, позволяющий количественно рассчитать силу этого притяжения.
Закон всемирного тяготения
Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Гравитационная постоянная G численно равна силе, действующей между телами с массами по 1 кг на расстоянии 1 м.
G = 6,67·10-11 Н·м2/кг2
Границы применимости закона всемирного тяготения
Притяжение к Земле — один из случаев проявления закона всемирного тяготения. Силу тяжести вблизи Земли или другой планеты можно вычислить по формуле
где g — ускорение свободного падения. Вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения приблизительно равно g = 9,8 м/с2.
Сила тяжести приложена к телу в центре тяжести и направлена к центру тяжести другого тела.
Ускорение свободного падения зависит от высоты над поверхностью планеты и широты местности. А также от самой планеты (её массы).
Ускорение свободного падения на других планетах
- Информация о материале
- Просмотров: 49
Когда тело под действием силы тяжести давит на опору или растягивает подвес, на опору или подвес действует сила его веса. Эту силу мы не рассматриваем при составлении равнодействующей для второго закона Ньютона, потому что вес действуе не на тело, а на опору.
Вес — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
По третьему закону Ньютона вес по модулю равен силе реакции опоры. В случае горизонтального расположения тела на опоре он будет равен силе тяжести.
Обратите внимание на направления и точки приложения сил. Вес прикладывается к опоре в точке соприкосновения тел. В данном случае вес равен силе тяжести.
P = mg
Но так бывает не всегда! Посмотрим, как можно изменить вес тела и насколько сложно это сделать.
Вес тела при движении с ускорением
Представим тело, стоящее на полу в лифте. Пока лифт стоит или движется равномерно и прямолинейно (без ускорения), второй закон Ньютона в проекции на вертикальную ось запишется для тела так:
Теперь пусть лифт движется с ускорением вверх. Вес увеличился! И действительно, вы, наверное, замечали, что при ускоренном движении лифта вверх вас прижимает к полу.
Вес тела, движущегося с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, больше силы тяжести.
Это увеличение веса называется перегрузкой.
При движении с ускорением вниз вес будет уменьшаться.
Вес тела, движущегося с ускорением, направленным по ускорению свободного падения, меньше силы тяжести.
Если лифт (и тело в нём) будет двигаться с ускорением, равным ускорению свободного падения, то вес будет равен нулю. Такое состояние называется невесомостью, т. к. тело не оказывает давления на опору.
- Информация о материале
- Просмотров: 42
Согласно первому закону Ньютона для поддержания равномерного прямолинейного движения тела не требуется никаких сил. Почему же лошадь должна тянуть телегу, чтобы она продолжала двигаться? Всё дело в силе трения.
Различают силы трения покоя, скольжения и качения.
Сила трения покоя
Эта сила возникает, когда вы пытаетесь сдвинуть тело с места, прикладывая силу, недостаточную для движения. В этом случае сила трения покоя равна силе, с которой вы действуете на тело. Доказать это просто: если бы равнодействующая силы, с которой вы толкаете тело, и силы трения не равнялась нулю, тело бы двигалось с ускорением. Но, очевидно, это не так.
Наибольшая сила трения, при которой не начинается скольжение тела, называется максимальной силой трения покоя.
Природа силы трения заключается во взаимодействии неровностей соприкасающихся тел.
Сила трения скольжения
Сила трения скольжения возникает, когда одно тело движется по поверхности другого. Взаимодействие будет зависеть от материалов и обработки поверхностей этих тел.
Также сила трения зависит от силы реакции опоры. Чем тяжелее тело, тем больше сила трения.
Модуль максимальной силы трения покоя (и значение силы трения скольжения) прямо пропорционален силе реакции опоры.
Fтр = μN
μ — коэффициент трения, безразмерная величина, число, меньшее единицы.
Сила трения всегда направлена против движения тела; она приложена по поверхности соприкосновения тел.
Сила трения качения
Если тело не скользит, а катится по повехности другого, то возникает сила трения качения. Она гораздо меньше силы трения скольжения.
- Информация о материале
- Просмотров: 51
