какие виды сил в механике вы знаете

I. Механика

Тестирование онлайн

Что надо знать о силе

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит» реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, «сопротивляются».

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила упругости

Сила упругости направлена противоположно деформации.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле

При параллельном соединении жесткость

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Подробнее о свойствах твердых тел здесь.

Вес тела

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.

Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Сила Архимеда

Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Электрические силы

Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.

Схематичное обозначение действующих на тело сил

Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.

Главное запомнить

1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы

Силы трения*

Трение качения определяется по формуле

Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или в газе. Величина силы сопротивления зависит от размеров и формы тела, скорости его движения и свойств жидкости или газа. При небольших скоростях движения сила сопротивления пропорциональна скорости тела

При больших скоростях пропорциональна квадрату скорости

Взаимосвязь силы тяжести, закона гравитации и ускорения свободного падения*

Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила

А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести

Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.

Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.

Источник

11 различных типов сил

В физике сила может быть определена как толчок или тяга на любой объект, который имеет массу. Это меняет движение объекта.

Другими словами, сила заставляет объект с массой изменить свое направление и скорость.

Два великих физика Исаак Ньютон и Галилео Галилей описали поведение сил математически. В 1638 году Галилей провел эксперимент на наклонной плоскости, который произвел революцию в способе измерения силы. Пять десятилетий спустя Ньютон разработал законы движения, которые заложили основу классической механики.

Поскольку сила имеет и величину, и направление, она является векторной величиной. Она представлена символом F и измеряется в единице СИ Ньютона (N).

Силы можно разделить на две группы в зависимости от их применения:

Чтобы лучше объяснить это явление, мы описали все различные типы сил на примерах. Давайте начнем с четырех фундаментальных сил в природе.

1. Гравитационная сила

Тип: бесконтактная сила

Величина гравитационной силы, оказываемой объектами друг на друга, «прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Чем массивнее объекты и меньше расстояние между ними, тем выше сила.

Это самая слабая из четырех фундаментальных сил, обнаруженных в природе.

Хотя гравитационная сила не оказывает существенного влияния на субатомном масштабе, она является доминирующим взаимодействием на макроскопическом масштабе и существенно влияет на формирование, строение и траекторию небесных тел.

Пример: гравитация заставляет яблоко падать с дерева; она заставляет Луну вращаться вокруг Земли; она удерживает газы на Солнце.

2. Электромагнитная сила

Тип: Бесконтактная сила

Это вид взаимодействия, которое происходит между электрически заряженными частицами. Электромагнитные поля (создаваемые движущимися электрическими зарядами) несут в себе электромагнитную силу.

Пример: Наиболее распространенным примером электромагнетизма является свет, поскольку он распространяется (излучается) в пространстве, перенося энергию электромагнитного излучения.

Следующим наиболее распространенным примером могут быть силы, действующие между электрически заряженными атомными ядрами и электронами атомов.

Протоны и нейтроны удерживаются сильным ядерным взаимодействием

Тип: Бесконтактная сила

Около 99% массы нейтрона или протона является результатом энергии сильного силового поля.

Это самая сильная сила в природе, действующая на расстоянии 1 фемтометра ( 10–15 м). Он почти в 137 раз сильнее электромагнетизма и в 100 миллиардов (10 38 ) раз сильнее, чем сила гравитации.

Радиоактивный распад частицы

Тип: Бесконтактная сила

В ядерной физике слабое взаимодействие относится к взаимодействию между субатомными частицами, которое вызывает радиоактивный распад атомов. Более конкретно, он отвечает за распад некоторых нуклонов на лептоны и другие типы адронов.

Его напряженность поля примерно в 10 13 раз меньше, чем у сильной ядерной силы. Тем не менее он значительно сильнее, чем гравитационная сила на коротких расстояниях.

Пример: Наиболее известным эффектом действия слабой силы является бета-распад (нейтронов) и связанная с ним радиоактивность. Она возникает в нескольких различных реакциях, включая сжигание Солнца и радиоуглеродное датирование.

Это четыре фундаментальные (бесконтактные) силы, из которых происходит все остальное. Они поддерживают горение звезд и вращение планет. Без них вселенная, которую мы знаем, не существовала бы, и даже если бы она существовала, это было бы совершенно другое место.

Теперь давайте перейдем к неосновным силам, которые возникают в результате прямого физического взаимодействия между двумя объектами.

5. Прикладная сила

Тип: Контактная сила

Тип: Контактная сила

Как следует из названия, это сила, которую вы применяете к объекту. Объект начинает двигаться, когда величина силы преодолевает инерцию объекта.

Тело остается в покое или в равномерном движении по прямой линии, если к ним не приложена внешняя сила, которая изменяет состояние движения и направление тела. Ускорение тела прямо пропорционально приложенной силе.

Пример: Сила, приложенная к ящику человеком.

6. Сила трения

Тип: Контактная сила

Поверхностная сила, противостоящая относительному движению тела, называется силой трения. Поскольку в реальном мире ни один объект не является абсолютно гладким, всегда существует некоторое трение между двумя поверхностями. Его величина пропорциональна коэффициенту трения материала поверхности.

Двумя основными типами сил трения являются статические (сила трения о неподвижный объект) и кинетические (сила трения о движущийся объект). Сопротивление воздуха также является силой трения, которая действует на объекты, когда они перемещаются по воздуху.

Оно всегда действует в направлении, противоположном движению, и преобразует кинетическую энергию в тепловую энергию (работа в тепло). В целом, трение является критической и желательной силой, которая обеспечивает сцепление для облегчения движения по суше.

Пример: Примером трения является скольжение каботажа по столу, скольжение двух карт в колоде друг о друга и трение руки для получения тепла.

7. Нормальная сила

Тип: Контактная сила

Когда две поверхности находятся в контакте, они оказывают нормальное воздействие друг на друга. Термин «нормальный» относится к перпендикулярному. Это означает, что сила направлена ​​перпендикулярно двум контактирующим поверхностям.

Пример: когда ноутбук стоит на столе, обычная сила удерживает его от падения через стол. Гравитационная сила Земли тянет ноутбук вниз, но поскольку он на самом деле не падает, должна быть сила, постоянно толкающая его вверх. Это то, что мы называем нормальной силой.

Она исходит от электромагнитной силы: электроны ноутбука толкают электроны стола. Поскольку все электроны отрицательно заряжены, они не становятся намного ближе друг к другу, и ноутбук опирается на верхнюю часть стола.

8. Сила натяжения

Тип: Контактная сила
Сила натяжения обычно передается через провод, кабель, струну или веревку, когда она плотно натягивается силами, действующими с противоположных концов. Усилие направлено вдоль длины кабеля.

Натяжение можно также определить как действие-реакция пары сил, действующих на каждом конце кабеля. Это противоположность сжатия.

Пример: веревка, тянущая коробку или коробку, висящую на веревке, будет отличным примером натяжения (в веревке).

9. Сила упругости

Тип: Контактная сила

Способность пружины противостоять искажающему воздействию и возвращаться в исходное состояние при снятии воздействия зависит от ее материала, количества витков и диаметра проволоки, образующей витки. Как правило, эти характеристики количественно выражаются в параметре, называемом постоянной пружины «k».

Для всех пружин, подчиняющихся закону Гука, величина силы прямо пропорциональна постоянной пружины (k) и сжатой/растянутой длине (x).

Пример: Автомобильные амортизаторы изготовлены из пружин. Они предназначены для поглощения ударных импульсов путем преобразования кинетической энергии удара в другую форму энергии (например, тепло), которая затем рассеивается.

10. Центростремительная сила

Тип: Бесконтактная сила

Центростремительная сила действует на объекты, ускоряющиеся в круговом движении. Это сила, которая заставляет объект следовать по изогнутому пути.

Направление этой силы всегда направлено к фиксированной точке мгновенного центра кривизны траектории и ортогонально движению объекта.

11. Сила инерции

Тип: Бесконтактная сила

Пример: силы, которые вы испытываете в движущемся автомобиле, являются повседневными примерами сил инерции. Когда автомобиль разгоняется в переднем направлении, он толкает вас обратно на сиденье. Когда автомобиль делает резкие повороты, он бросает вас из стороны в сторону. Эти влияния возникают из-за того, что естественная система отсчета для данной ситуации сама ускоряется.

Источник

Как сказал.

Все мы гении. Но если вы будете судить рыбу по её способности взбираться на дерево, она проживёт всю жизнь, считая себя дурой.

Альберт Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Список лекций по физике за 1,2 семестр

Я учу детей тому, как надо учиться

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Урок 08. Лекция 08. Силы в механике

Вспомним, что такое сила?

Сила — физическая величина, которая определяет меру воздействия одного тела на другое.

Сила – векторная величина; она характеризуется:

Измеряется при помощи прибора «динамометр».

В природе существуют различные силы.

Основные виды сил: сила тяжести, сила трения, сила упругости.

Почему мяч, выпущенный из рук, падает вниз? Почему прыгнувший вверх человек вскоре снова оказывается внизу? У этих явлений одна и та же причина – притяжение Земли. Наблюдения за природными объектами показывают, что все окружающие тела ощущают притяжение к Земле. Падает вниз вода фонтанов, водопадов и листья деревьев.

Силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности называют сила тяжести.

Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз к поверхности Земли. Сила тяжести направлена к центру Земли. Сила тяжести это гравитационная сила, приложенная к центру тела.

Сила тяжести – одно из проявлений силы всемирного тяготения.

Он же и есть сила тяжести.

g – ускорение свободного падения.

g = 9,81 м/с 2 – ускорение свободного падения на поверхности Земли.

Сила тяжести это гравитационная сила, приложенная к центру тела и направленная к центру Земли.

Значит g не зависит от массы тела.

На высоте h ускорение свободного падения равно

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния r до центра Земли.

Сила трения — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направлена против движения.

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

Силы трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям и подразделяются на силы трения покоя, силы трения скольжения, силы трения качения.

Сила упругости – сила, которая возникает при любом виде деформации тел и стремится вернуть тело в первоначальное состояние.

Сила упругости перпендикулярна поверхности взаимодействующих тел и направлена всегда против деформации.

Источник

Силы в механике – таблица с формулами, определение

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Рассмотрим подробнее силы, которые изучаются в механике.

Силы в механике

В Природе существует четыре фундаментальных взаимодействия:

Рис. 1. Фундаментальные взаимодействия.

Эти взаимодействия порождают огромное число сил различного вида.

Рис. 2. Силы в Природе.

Механика имеет дело с силами трех областей:

Хотя, в основе этих групп сил лежит только два вида взаимодействий – гравитация и электромагнетизм, эти группы сил имеют различный механизм возникновения.

Группа гравитационных сил

Эта группа является результатом гравитационного взаимодействия, в котором участвуют все материальные объекты в Природе. В обычной жизни человека проявлением сил гравитационной природы является сила тяжести предметов и воздействие веса предмета на опору или подвес. Кроме того, выталкивающая сила в жидкостях, сила Архимеда – тоже имеет в своей основе гравитационную природу.

Особенностями формул, описывающих эти силы, является обязательное присутствие коэффициента, характеризующего гравитацию – либо гравитационную постоянную, либо ускорение свободного падения.

Группа сил упругости

Силы упругости имеют в своей основе не гравитацию, а электромагнетизм. С одной стороны, отрицательные электроны атомов притягиваются к положительным ядрам своего и соседних атомов. А с другой стороны – положительно заряженные ядра отталкиваются от соседних ядер, и отрицательно заряженные электронные оболочки отталкиваются от соседних оболочек. В покое все эти силы уравновешивают друг друга. При деформации равновесие нарушается, и возникает результирующая равнодействующая сила, стремящаяся вернуть форму тела к первоначальной.

Природа возникновения сил упругости сложна, но тела состоят из большого числа молекул и атомов, индивидуальные различия сил отдельных атомов нивелируются, в результате формулы для их определения принимают простой вид.

Группа сил трения

Силы трения имеют комбинированную природу. В их возникновении участвуют как составляющие гравитационной, так и электромагнитной природы. С одной стороны, эти силы порождаются весом тела, имеющего гравитационную природу, с другой – приложенной внешней силе, с любой природой, а с третьей – электромагнитными силами межмолекулярного взаимодействия.

За счет очень большого числа молекул в теле, индивидуальные различия действия сил для каждой молекулы нивелируются, и общая формула, описывающая силы трения, получается простой.

Общее и различия

Все силы в механике являются мерами взаимодействия тел. Все они подчиняются одним и тем же физическим законам, кроме того, все они являются векторами, которые можно складывать по геометрическим правилам, несмотря на их различную природу.

Однако силы эти описываются разными формулами, и имеют особенности, делающие их непохожими друг на друга.

Для четкого понимания различий, удобно составить таблицу сил в механике:

Что мы узнали?

Механика изучает силы трех групп: силы, имеющие в основе гравитацию, силы, имеющие в основу упругость, силы трения. Эти силы имеют различную природу, однако, они подчиняются общим основным законам динамики, могут быть приложены к одной точке, и могут складываться по правилам сложения векторов.

Источник