Вес тела, невесомость и перегрузка. Сила упругости. Сила трения

НЧОУ  СПО “Академический колледж” 

Реферат

По  дисциплине: Физика

На  тему: «Вес тела, невесомость  и перегрузка.             Сила упругости. Сила трения». 
 
 

Выполнил: студент 1 курса

Группы:103

  Право и организация

  социального обеспечения

Вартанов Рамин 
 
 
 
 

Сочи,

2011г. 
 

1.Вес  тела.

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на горизонтальную опору или подвес.

Вес тела  , т. е. сила, с которой тело действует на опору, и сила упругости  , с которой опора действует на тело, в соответствии с третьим законом Ньютона равны по модулю и противоположны по направлению:

.                   (1)

Если тело находится в покое на горизонтальной поверхности или равномерно движется и на него действуют только сила тяжести   и сила упругости   со стороны опоры, то из равенства нулю векторной суммы этих сил следует равенство

.                (2)

Сопоставив  выражения 1 и 2, получим

,                      (3)

т. е. вес   тела на неподвижной или равномерно движущейся горизонтальной опоре равен силе тяжести  , но приложены эти силы к разным телам.

При ускоренном движении тела и опоры вес   будет отличаться от силы тяжести  .

По второму  закону Ньютона при движении тела массой   под действием силы тяжести   и силы упругости   с ускорением   выполняется равенство

.             (4)

Из уравнений  1 и 4 для веса   получаем

, (5)

или

.                          (6)

Рассмотрим  случай движения лифта, когда ускорение   направлено вертикально вниз. Если координатную ось OY направить вертикально вниз, то векторы  ,   и  оказываются параллельными оси OY , а их проекции положительными; тогда уравнение (6) примет вид

.

Так как  проекции положительны и параллельны  координатной оси, их можно заменить модулями векторов:

.           (7)

Вес тела, направление  ускорения которого совпадает с  направлением ускорения свободного падения, меньше веса покоящегося тела.

2. Невесомость.

Если тело вместе с опорой свободно падает, то a = g, и из формулы (7) следует, что P = 0.

Исчезновение  веса при движении опоры с ускорением свободного падения называетсяневесомостью.

Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при  движении с ускорением свободного падения  независимо от направления и значения модуля скорости их движения. За пределами  земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический  корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все  тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением; поэтому  в корабле наблюдается явление  невесомости.

3. Перегрузка.

При ускоренном движении тела и опоры с ускорением, направленным вертикально вверх , вес тела оказывается больше действующей на него силы тяжести.

В этом случае проекции   и   положительны, а проекция   отрицательна. Поэтому для модуля веса тела получаем выражение

. (8)

Увеличение  веса тела, вызванное ускоренным движением  опоры или подвеса, называютперегрузкой. Действие перегрузки испытывают на себе космонавты как при взлете космической ракеты, так и на участке торможения космического корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при движении с большими ускорениями. 
 

4. Сила упругости.

Си́ла упру́гости — сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации.

В случае упругих деформаций является потенциальной. Сила упругости имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. Сила упругости направлена противоположно смещению, перпендикулярно поверхности.

Вектор силы противоположен направлению деформации тела (смещению его молекул).

Закон Гука:

Связь между силой  упругости и упругой деформацией  тела (при малых деформациях) была экспериментально установлена современником  Ньютона английским физиком Гуком. Математическое выражение закона Гука для деформации одностороннего растяжения (сжатия) имеет вид

 , (1)

где F_упр – модуль силы упругости, возникающей в теле при деформации (Н); Δl – абсолютное удлинение тела (м).

Коэффициент k называется жесткостью тела – коэффициент пропорциональности между деформирующей силой и деформацией в законе Гука.

Жесткость пружины численно равна силе, которую надо приложить к упруго деформируемому образцу, чтобы вызвать его единичную деформацию.

В системе СИ жесткость  измеряется в ньютонах на метр (Н/м):

 .

Коэффициент жесткости  зависит от формы и размеров тела, а также от материала.

Закон Гука для одностороннего растяжения (сжатия) формулируют так:

сила  упругости, возникающая  при деформации тела, пропорциональна  удлинению этого  тела.

Деформация  – изменение формы и размеров тела под действием внешних сил.

Деформации возникают  потому, что различные части тела движутся по-разному. Если бы все части  тела двигались одинаково, то тело всегда сохраняло бы свою первоначальную форму  и размеры, т.е. оставалось бы недеформированным. 

При деформациях  твердого тела его частицы (атомы, молекулы, ионы), находящиеся в узлах кристаллической  решетки, смещаются из своих положений  равновесия. Этому смещению противодействуют силы взаимодействия между частицами  твердого тела, удерживающие эти частицы на определенном расстоянии друг от друга. Поэтому при любом виде упругой деформации в теле возникают внутренние силы, препятствующие его деформации.

Силы, возникающие в  теле при его упругой  деформации и направленные против направления  смещения частиц тела, вызываемого деформацией, называют силами упругости.

Силы упругости  препятствуют изменению размеров и  формы тела. Силы упругости действуют  в любом сечении деформированного тела, а также в месте его  контакта с телом, вызывающим деформации. 

Сила упругости, возникающая  при деформации тела, пропорциональна  удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при  деформации.

5. Сила трения.

Сила, возникающая  в месте соприкосновения тел  и препятствующая их относительному перемещению, называется силой трения. Направление силы трения противоположно направлению движения.  Различают силу трения покоя и силу трения скольжения.

Если тело скользит по какой-либо поверхности, его  движению препятствует сила трения скольжения. 

 , где N — сила реакции опоры, a μ — коэффициент трения скольжения. Коэффициент μзависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей и не зависит от веса тела. Коэффициент трения определяется опытным путем. 

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно движению тела. При изменении направления скорости изменяется и направление силы трения.

Сила трения начинает действовать на тело, когда  его пытаются сдвинуть с места. Если внешняя сила F меньше произведения μN, то тело не будет сдвигаться — началу движения, как принято говорить, мешает сила трения покоя. Тело начнет движение только тогда, когда внешняя сила F превысит максимальное значение, которое может иметь сила трения покоя    

Трение  покоя – сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.

В некоторых  случаях трение полезно (без трения невозможно было бы ходить по земле  человеку, животным, двигаться автомобилям, поездам и т.д.), в таких случаях трение усиливают. Но в других случаях трение вредно. Например, из-за него изнашиваются трущиеся детали механизмов, расходуется лишнее горючее на транспорте и т.д. Тогда с трением борются, применяя смазку («жидкостную или воздушную подушку») или заменяя скольжение на качение (поскольку трение качения характеризуется значительно меньшими силами, нежели трение скольжения).

Силы трения, в отличие от гравитационных сил  и сил упругости, не зависят от координат относительного расположения тел, они могут зависеть от скорости относительного движения соприкасающихся  тел. Силы трения являются непотенциальными силами.