Вес тела - раздел Механика, Система отсчета Вес Тела Р, Н – Сила, С Которой Тело Действует На Опору Или Подвес.
...
Вес тела Р, Н – сила, с которой тело действует на опору или подвес.
Пусть тело лежит на опоре, которая неподвижна относительно Земли (рисунок 15). На тело действует сила тяжести, благодаря которой тело давит на опору.
Рисунок 15 Рисунок 16
Опора деформируется пока сила упругости не уравновесит силу тяжести. По III закону Ньютона Fупр = mg, следовательно вес тела в этом случае равен mg. Если тело находится на наклонной плоскости (рисунок 16), то сила упругости меньше силы тяжести. Действительно, по III-му закону Ньютона Fупр = Р. Применяя II закон Ньютона , в проекциях на ось Y:
OY получим: Fупр - mg cos= 0,тогда: Fупр = mg cos. Т. е. вес Р = mg cos.
Вес тела – это сила нормального давления.
2.2.2 Силы трения
Силы трения возникают при относительном перемещении соприкасающихся тел или частей тела. Опыт показывает, что силы трения направлены противоположно относительной скорости движения тел.
При относительном движении соприкасающихся твёрдых тел возникает сухое трение. При этом различают два вида сухого трения: трение скольжения и трение качения; первое возникает при поступательном движении тела по поверхности другого, например, при движении оси колеса во втулке, гвоздя, вбиваемого в доску. Второе – при вращении тела, например, при движении колеса автомобиля или велосипеда по поверхности дороги, шарикоподшипника в оправе и др.
На величину сухого трения скольжения существенно влияют скорость движения и состояние поверхностей.
Опыт показывает, что даже между покоящимися телами существует отличная от нуля сила трения, называемая силой трения покоя. Величину этой силы можно измерить на таком опыте.
Пусть на столе (рисунок 17) лежит брусок А. К нему привязана нить с грузом М. Изменяя массу груза, мы заметим, что даже значительные силы не приводят брусок в движение.
Рисунок 17
На брусок действует сила натяжения нити, он остаётся в покое - силу натяжения нити уравновешивает сила трения.
-.
Увеличивая натяжение нити, можно заставить брусок двигаться. Это произойдет в том случае, если оно станет больше или равно некоторой максимальной силе трения
Таким образом, сила трения покоя зависит от величины и направления внешней силы. Она всегда противоположна направлению этой внешней силе и равна ей по величине до тех пор, пока . При возникает трение скольжения, то есть сила трения покоя может принимать любые значения от нуля до
Законы сухого трения были сформулированы Кулоном. Он установил, что величина максимальной силы трения зависит от величины силы нормального давления
, (26)
где - коэффициент трения, зависящий от состояния соприкасающихся поверхностей и от материала тел;
N – сила нормального давления.
Величина для разных поверхностей меняется от сотых долей до десятых долей. Например, для металла и дерева = 0,5; стали и льда – 0,027; стали по стали – 0,17; кирпича по кирпичу – 0,70. В настоящее время открыт метод обработки полимерных материалов, который позволяет получить = 10-3 .
Сила трения зависит не только от материала тел и состояния поверхностей, но и от скорости скольжения.
Для разнородных материалов сила трения скольжения нередко с увеличением скорости сначала уменьшается, а затем снова начинает возрастать. Зависимость для этого случая изображена на рисунке 18.
При = 0 сила трения (трения покоя) может принимать любое значение, не превосходящее . Этому соответствует вертикальный участок 01. Далее (2 – 3) сила трения скольжения мало зависит от скорости и чуть меньше силы трения покоя. Тогда зависимость имеет вид, приведённый на рисунке 18. То есть , где коэффициент трения скольжения равен коэффициенту трения покоя. Что касается силы трения качения, то её величина пропорциональна силе N, прижимающей колесо к поверхности и обратно пропорциональна радиусу колеса r
Рисунок 18
, (27)
где - коэффициент трения качения, м
3 Силы упругости
Силы упругости проявляются при непосредственном взаимодействии тел, при деформациях.
Деформациейназывают смещение частиц тела относительно друг друга, которое приводит к изменению среднего расстояния между ними.
Деформация чаще всего проявляется в изменении формы и размеров тела.
В зависимости от поведения тел после снятия внешней нагрузки различают два больших класса деформаций:
- упругие деформации, которые характеризуются восстановлением формы и размеровтела;
- пластические деформации, при которых имеют место необратимые изменения формы и размеров тел.
Хотя в природе и не существует абсолютно упругие тела. всё же большой класс веществ (например, металлы) можно описать законами теории упругости.
В зависимости от характера действия внешних сил и от размеров тел упругие деформации подразделяются на несколько типов.
1) Продольное (одностороннее) растяжение (сжатие) возникает, если на тело действуют две силы, направленные по одной прямой противоположно друг другу.
Рисунок 19
2) Всестороннее растяжение (сжатие) – объёмная деформация – возникает, если к поверхности тела приложены три и более силы в различных участках тела.
Рисунок 20
3) Деформация сдвига возникает под действием силы, параллельной смещающейся плоскости.
Рисунок 9
Рисунок 21
4) Деформация кручения происходит под действием пары сил, перпендикулярных оси тела (рис. 22).
5) Деформация изгиба возникает в телах, у которых одна или две точки закреплены, а сила действует на свободную часть (рис.23).
Нетрудно видеть, что все виды деформации можно представить, как суперпозицию двух простейших: деформации сдвига и одностороннего растяжения (сжатия).
Рисунок 22 Рисунок 23
Количественно деформации характеризуется величиной относительной деформации
ε , (29)
где х – изменяющийся параметр;
х – его абсолютное изменение.
Например, для объёмной деформации - ε , для продольной - ε , для сдвига - ε , для кручения - ε , где - угол поворота некоторого радиус – вектора; L – длина образующей, связанной с радиусом.
При продольной деформации происходит изменение поперечного размера
. (30)
Однако, отношение относительных изменений поперечных и продольных размеров
, (31)
для данного материала является константой. Эта величина называется коэффициентом Пуассона.
Для большинства металлов колеблется в пределах 0,28 ÷ 0,43.
Величина относительной деформации существенно зависит от величины приложенной к телу силы Fвнеш и от величины поверхности S, на которую она действует. Поэтому внешнюю нагрузку характеризуют усилием N
. (32)
Если усилие нарастает медленно, то через некоторое время оно уравновешивается возникающими в теле силами упругости, которые направлены противоположно внешней силе. Упругие силы характеризуются напряжением
, = 1 Па. (33)
При этом площадка S выбирается перпендикулярно к направлению силы упругости.
Зависимость между напряжением и относительной деформацией является универсальной характеристикой механических свойств материалов. К сожалению, эту зависимость невозможно выразить аналитически для любых e, так как для различных материалов она различна. Поэтому для каждого материала зависимость s(e), так называемую диаграмму напряжений, получают экспериментально.
На рисунке 24 приведена диаграмма напряжений при продольной деформации, типичная для большинства марок стали.
Рисунок 24
Область e ³ 0 соответствует растяжению, e < 0 - сжатию. Приведенная диаграмма содержит информацию о механических свойствах материала. Область ОА – область пропорциональности s и e. Напряжение sn – предел пропорциональности. Напряжение - предел упругости. При нагрузках, превосходящих sупр, начинается пластическая деформация. Как видно из графика точно определить невозможно, поэтому пользуются понятием – условный предел упругости (для металлов предел упругости возникает при e ~ 0,02), sт - предел текучести характеризует состояние деформированного тела, после которого удлинение возрастает без увеличения действующей силы.
Величина участка ВС у различных материалов различна. У хрупких материалов участок ВС мал.
Пределом прочности sпр называется напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, выдерживаемой телом перед разрушением.
Кроме перечисленных характеристик из диаграммы можно определить модуль упругости. Область пропорциональности легко описать аналитически. Зависимость между напряжением и деформацией на этом участке выражается законом Гука:
При малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительной деформации s ~ e.
Так для продольной деформации закон Гука имеет вид
, (34)
где Е – модуль Юнга, численно равный напряжению, при котором относительная деформация равна единице. В СИ модуль Юнга измеряется в Па = Н/м2.
Для деформации сдвига
, (35)
где G – модуль сдвига.
Так как любая деформация сводится к комбинации продольной деформации и деформации сдвига, то естественно, что между модулями существует связь, например,
(36)
На практике закон Гука часто записывают в виде
. (37)
где k – коэффициент упругости, измеряемый в Н/м.
Dх – абсолютное изменение параметра для данной деформации.
Используя (34), можно получить связь между Е и k.
, то есть
. (38)
«-« в формуле (37) показывает, что сила упругости и абсолютная деформация направлены противоположно.
Модуль Юнга Е есть табличная величина, поскольку зависит лишь от материала; жесткость k зависит не только от материала, но также от сечения S и длины = х образца.
Введение... Физика относится к числу естественных наук которые имеют общую задачу... Движение в философском смысле это всякое изменение химическая реакция электромагнитное излучение развитие клетки...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Вес тела
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Система отсчета
Задачей механики является экспериментальное и теоретическое исследование различных взаимодействий, вывод общих законов движения, предсказание характера движения в конкретном случае.
Траектория
Положение точки в пространстве в прямоугольной системе координат определяется либо тремя числами-координатам
Совокупность последовательных поло-
жений, которые занимает точка в
процессе движения, образует в прост-
ранстве линию. Эта линия называется
траекторией
Кинематические характеристики поступательного движения
Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин, вызвавших это движение, при этом пользуются следующими характеристиками, составляющими понятие состояния в классической механике:
1
Решение обратной задачи кинематики
Мы решали прямую задачу кинематики: по известному виду функций, выражающих зависимости координат точки от времени x = f(t), дифференцируя, находили скорость и ускорение точки в любой момент времени
Первый закон Ньютона
Наблюдение и опыт показывают, что изменение движения тела происходит всегда в результате передачи движения от одного тела к другому в процессе их взаимодействия. Например, металлический шарик катит
Третий закон Ньютона
В практике расчетов I и II законы Ньютона используются обычно вместе с Ш законом, который утверждает, что при всех изменениях состояния движения тел и при деформациях имеет место взаимодействие.
Принцип относительности Галилея
Характер движения тела существенно зависит от выбора системы отсчета (СО) . Все системы отсчета делятся на два больших класса: инерциальные СО, в которых выполняются I и II законы Ньютона, и неинер
СИЛЫ В МЕХАНИКЕ
Законы Ньютона лежат в основе всех расчётов в механике. Зная силы и начальные условия с помощью второго закона Ньютона
Закон всемирного тяготения
Сила тяготения (гравитации) – универсальная сила взаимодействия между любыми видами материи. Эти силы, как известно, действуют на расстоянии через пространство, называемое гравитационным полем. Это
Сила тяжести
Если одно из тел – шар большого радиуса R ( например, земной шар), а размеры второго тела произвольной формы намного меньше R, то сила взаимодействия таких тел также находится по формуле (22). Тело
Космические скорости
Используя закон всемирного тяготения, можно подсчитать скорости, которые надо сообщить телу, чтобы превратить его в спутник Земли или искусственную планету. По второму Закону Ньютона на тело, движу
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Физика рассматривает различные виды движения: механическое перемещение тел, электромагнитное излучение, хаотичное или тепловое движение молекул, направленное движение зарядов – электрический ток и
Работа консервативных сил
Особый интерес представляет работа консервативных сил.
Консервативные силы – силы, работа которых не зависит от вида траектории, но зависит от начального и конечного положений тела
Мощность
Различные машины и механизмы одну и ту же работу могут совершать за разное время.
Мощность Р, Вт – характеризует скорость совершения работы, 1 Вт (ватт)
Кинетическая энергия. Потенциальная энергия
Для более полной характеристики движения пользуются понятием «энергия». Энергия есть общая количественная мера всех видов взаимодействия. Она определяется максимально
Потенциальная энергия
Мы уже отмечали, что в результате действия силы тело, может двигаться ускоренно – меняется его кинетическая энергия. Если под действием силы тело деформируется, меняется положение тела в пространст
Система частиц. Закон сохранения энергии
В природе, технике, как правило, имеет место взаимодействие двух и более тел. Совокупность материальных тел (точек), рассматриваемых как единое целое, называется механической системой
Закон сохранения энергии
Под действием сил каждая из материальных точек системы как-то изменяет состояние своего движения, перемещаясь относительно других. Чтобы исследовать движение тел системы в целом, пришлось бы состав
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА
Закон сохранения механической энергии при решении практических задач применяется, как правило, в сочетании с законом сохранения импульса. Большим достоинством закона сохранения импульса является то
Закон сохранения импульса для центра масс
Закон сохранения импульса можно использовать и для центра масс. Найдем скорость центра масс, продифференцировав его координаты по времени
КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Любое движение тела можно представить как наложение двух основных видов движения: поступательного и вращательного. При поступательном движении все точки тела за равные промежутки времени получают о
Кинематика вращательного движения
При изучении закономерностей вращательного движения будем пользоваться моделью абсолютно твердого тела. Абсолютно твердым телом называют систему материальных точек, взаимное расположение
Момент импульса
Основной закон динамики вращательного движения можно представить в более общей форме. Заменяя
Кинетическая энергия
Тело, вращающееся вокруг оси, обладает кинетической энергией . Так как скорость различна для точек, находящ
Жидкостей.
При течении жидкости (газа) по изогнутой трубе (рисунок 49) общий импульс жидкости внутри трубы при стационарном течении остается неизменным по величине, но изменяется по направлению, тогда изменен
Движение тел в жидкости или газе
Одной из важнейших задач аэро- и гидродинамики является исследование движения твердых тел в жидкости или газе. Интерес представляет случай несимметричного тела (рисунок50) или рас Рисунок 50 положе
Количество вещества
Количество вещества наиболее естественно было бы измерять числом молекул или атомов в теле, но в связи с тем, что это число огромно (в капле воды ~ 4.1022 молекул), используют в расчетах
Давление
Давление , Па равно силе, действующей нормально на единицу поверхности.
В газах давление обусловле
Температура
Температура Т, К (кельвин) – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия. (К понятию «Температура» мы вернемся в разделе «Термодинамика»).
В настоящее врем
Число степеней свободы
Чтобы учесть энергию вращения молекул введем понятие числа степеней свободы материальных тел. Числом степеней свободы тела называется число независимых переменных (координат), определяющих п
Распределение энергии молекулы по степеням свободы
При взаимных столкновениях молекул возможен обмен их энергиями и превращение вращательного движения одной из них в энергию поступательного движения другой молекулы и обратно. Таким путем устанавлив
Динамические и статистические закономерности
В механике движение тела однозначно определяется заданными начальными условиями и силами, действующими на тело во время движения. Знание динамических закономерностей позволяет произвести рас
Распределение Больцмана
При выводе основного уравнения МКТ газов, мы предполагали, что на молекулы не действуют внешние силы, поэтому считали, что молекулы распределены по всему объему равномерно, давление во всех направл
Функции распределения
Распределение - одно из основных понятий теории вероятностей и математической статистики. распределение вероятностей какой-либо случайной величины задается в простейшем случае указанием возможных з
Распределение Максвелла
Чтобы изучить распределение молекул по скоростям,предполагаем по-прежнему, что температура рассматриваемого газа везде одинакова. Тогда число молекул, движущихся вверх со скоростью
Флуктуации
Опыт показывает: количество молекул, находящихся в части объема газа не остается постоянным. В результате хаотичного теплового движения в интервале времени Dt из объема V<<VN уходи
Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса
Газ является идеальным при небольших плотностях. Когда плотность возрастает, молекулы приближаются друг к другу, между ними возникает взаимодействие. Опыт показывает, что при этом уравнение Клапейр
Фазовые переходы
При охлаждении жидкостей до некоторой температуры начинается переход вещества из жидкого в твердое кристаллическое состояние. Это происходит при температуре затвердевания. Кристаллизация связана с
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА
Законы молекулярной физики, например, уравнение Менделеева - Клайперона, справедливы для равновесных состояний, при которых все параметры системы р, V, T,
Диффузия
Плотность потока молекул j – число молекул, проходящих через единицу площади в единицу времени:
.
Вязкость
Вязкость – свойство газов и жидкостей, характеризующее способность оказывать сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение.
Первый закон термодинамики.
Одним из основных понятий термодинамики является понятие термодинамической системы. Термодинамической системой называется совокупность тел, которые могут под
Внутренняя энергия
Внутренняя энергия (твердого тела, газа и др.) U, Дж включает кинетическую энергию молекул, энергию межмолекулярного взаимодействия, энергию внутриатомных и внутриядерных процессов,
Первый закон термодинамики
По закону сохранения энергии приращение внутренней энергии системы должно быть равно сумме совершенной работы
Теплоемкость
Одно и то же количество теплоты, сообщенное разным телам, вызывает не одинаковое изменение температуры тел. Говорят, у тел разная теплоемкость. Используем первое начало термодинамик
Изохорный процесс
isos – переводится «постоянный».
Изопроцесс – процесс, протекающий при каком-либо постоянном параметре системы:
Изобарный процесс
p = const, уравнение изобары .
Изменение внутренней энергии
Изотермический процесс
Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Таким образом, это идеальный процесс такого изменения параметров газа р, V, что температура остается постоянной. Приблизи
Адиабатный процесс
Адиабатным называют процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой. Так как , то согласно первом
Круговые процессы (циклы)
В практике большое значение имеют круговые процессы или циклы. Если тело из состояния А (рисунок 5а) переводится в состояние В, а затем возвращается в исходное состояние другим способом, то соверша
Цикл Карно
Теоретически можно найти круговой процесс (цикл), дающий наибольший КПД. Таким теоретическим циклом является цикл идеальной тепловой машины, работающий без потерь, так называемый цикл Карно.
ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Первое начало термодинамики выражает всеобщий закон сохранения и превращения энергии. Однако, он не может описать все явления природы, так как не указывает направления протекания пр
Необратимые процессы. Энтропия
Равновесным называется процесс, состоящий из ряда следующих друг за другом равновесных состояний. Параметры двух таких состояний отличаются на бесконечно малую величину, т.е
Равенство Клаузиуса.
КПД для идеальной тепловой машины перепишем через Q1 и Q2
или
Энтропия обратимого цикла
Соотношение (20) показывает, что существует функция состояния S, такая, что полный дифференциал ее dS равен приведенной теплоте
Свободная энергия
Для изотермического перехода уравнение (26) можно представить в виде
или
Энтальпия
Для изобарного процесса 1 закон термодинамики:
(30)
Величину
Второй закон термодинамики
Согласно Клаузиусу, давшему одну из первых формулировок второго закона, теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому.
Философский смысл II закона термодинамики
Тепловые процессы, как мы уже показали, всегда идут в одну сторону – в сторону увеличения энтропии, к установлению теплового равновесия. То есть всякая упорядоченность постепенно переходит в хаос:
Постулаты СТО. Преобразования Лоренца
В основе СТО лежат два постулата-утверждения, которые принимаются без доказательства, хотя на самом деле постулаты, высказанные Эйнштейном, проверены экспериментально.
Первый посту
Относительность длин
В классической физике размеры тела во всех ИСО одинаковы, то есть длина является инвариантом.
В СТО длина относительна. Будем называть собственной длиной тела его длину
Понятие одновременности
В классической физике время во всех системах течет одинаково, поэтому понятие одновременности абсолютно. Рассмотрим этот вопрос в СТО. Пусть в системе
Относительность временных интервалов
Из постулатов Эйнштейна следует относительность временного интервала, то есть длительность событий различна в ИСО. Пусть в системе
Правило сложения скоростей
В ньютоновой механике скорости векторно складываются
.
Из постулатов Эйнштейна и преобраз
Масса и энергия
Первый постулат Эйнштейна утверждает, что все физические явления протекают одинаково во всех ИСО. Из этого следует, что запись закона не должна меняться при переходе к другим координатам по правила
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
не уравновесит силу тяжести. По III закону Ньютона Fупр = mg, следовательно вес тела в этом случае равен mg. Если тело находится на наклонной плоскости (рисунок 16), то сила упругости меньше силы тяжести. Действительно, по III-му закону Ньютона Fупр = Р. Применяя II закон Ньютона 
, в проекциях на ось Y:
= 0,тогда: Fупр = mg cos
.
. При 
возникает трение скольжения, то есть сила трения покоя может принимать любые значения от нуля до 
, (26)
- коэффициент трения, зависящий от состояния соприкасающихся поверхностей и от материала тел;
для этого случая изображена на рисунке 18.
= 0 сила трения (трения покоя) может принимать любое значение, не превосходящее 
. Этому соответствует вертикальный участок 01. Далее (2 – 3) сила трения скольжения мало зависит от скорости и чуть меньше силы трения покоя. Тогда зависимость 
имеет вид, приведённый на рисунке 18. То есть 
, где коэффициент трения скольжения равен коэффициенту трения покоя. Что касается силы трения качения, то её величина пропорциональна силе N, прижимающей колесо к поверхности и обратно пропорциональна радиусу колеса r
, (27)
- коэффициент трения качения, м
3) Деформация сдвига возникает под действием силы, параллельной смещающейся плоскости.
ε 
, (29)
х – его абсолютное изменение.
, для продольной - ε 
, для сдвига - ε 
, для кручения - ε 
, где 
- угол поворота некоторого радиус – вектора; L – длина образующей, связанной с радиусом.
. (30)
, (31)
. (32)
, 
= 1 Па. (33)
является универсальной характеристикой механических свойств материалов. К сожалению, эту зависимость невозможно выразить аналитически для любых e, так как для различных материалов она различна. Поэтому для каждого материала зависимость s(e), так называемую диаграмму напряжений, получают экспериментально.
На рисунке 24 приведена диаграмма напряжений при продольной деформации, типичная для большинства марок стали.
- предел упругости. При нагрузках, превосходящих sупр, начинается пластическая деформация. Как видно из графика 
точно определить невозможно, поэтому пользуются понятием – условный предел упругости (для металлов предел упругости возникает при e ~ 0,02), sт - предел текучести характеризует состояние деформированного тела, после которого удлинение возрастает без увеличения действующей силы.
, (34)
, (35)
(36)
. (37)
, то есть
. (38)
= х образца.
Новости и инфо для студентов