Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
тяготения), электромагнитные силы, действующие на заряженное тело, а
также три их разновидности: силы упругости, силы трения и мускульные силы
человека и животных. В механике важно знать, при каких условиях возникают
силы, каковы их модули и направления, т.е. знать, как силы зависят от
расстояний между телами и от скоростей их движения. В свою очередь,
узнать значения сил, определить, как и когда они действуют, можно,
располагая лишь способами их измерения. Изучение физических процессов, в
результате которых появляются те или иные силы, это задача не механики, а
других разделов физики.
Определения, понятия и законы
25
Сравнение сил производится на основании следующего утверждения,
являющегося определением равенства сил в механике: Две силы, независимо
от их природы, считаются равными по модулю и противоположно
направленными, если их одновременное действие на тело не меняет его
состояния покоя или равномерного прямолинейного движения. Величина силы
может быть измерена по степени деформации специального пробного тела -
динамометра. Моделью динамометра обычно служит пружина.
Сложение сил, действующих на материальную точку. Если на материальную
точку действует несколько сил в -*
равнодействующей, величина и направление р ^
которой определяется по правилу сложения векторов (рис. 1.2.1).
Инертность тел. Свойство тела сохранять свою скорость в отсутствие
взаимодействия с другими телами, называется инертностью.
Масса. Скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела,
называется массой тела. Она служит количественной характеристикой отклика
тела на воздействие на него других тел. Чем больше масса тела, тем
меньшее ускорение приобретает это тело под действием одной и той же силы.
Измерение массы тела, т.е. сравнение его массы с эталоном массы
основывается на следующем утверждении, являющемся обобщением
многочисленных опытных данных: в инерциальной системе отсчета отношение
масс взаимодействующих тел равно обратному отношению модулей их
ускорений.
В механике Ньютона постулируется, что
1) масса тела не зависит от скорости его движения;
2) масса тела равна сумме масс всех частиц (или материальных точек),
из которых оно состоит;
разных направлениях, то их действие можно заменить действием одной силы,
называемой
26
Динамика
3) при любых процессах, происходящих в замкнутой системе тел, ее полная
масса остается неизменной.
Эти постулаты справедливы для макроскопических тел в случае, когда
скорости их движения намного меньше, чем скорость света.
Плотность. Средней плотностью тела рср называется величина, равная
отношению массы тела т к его объему V:
Рср=(tm). (1-2.1)
Плотность тела в точке равна пределу отношения массы Ат элемента тела,
выбранного в окрестности этой точки, к его объему AV при неограниченном
уменьшении AV :
р = lim . (1.2.2)
дк-юДК
Второй закон Ньютона. Основой динамики является второй закон Ньютона,
согласно которому в инерциальной системе отсчета произведение массы тела
на его ускорение равно сумме действующих на тело сил:
ma~F. (1.2.3)
Подчеркнем еще раз, что в задачах механики силы как правило являются
заданными функциями координат тела, его скорости, а также времени.
Исключение составляют силы реакции связей (см. ниже), которые заранее
неизвестны, но могут быть найдены после решения задачи.
Единицы измерения силы и массы. За единицу массы в системе СИ принят
килограмм - 1 кг. Килограмм - это масса эталона, изготовленного из сплава
платины и иридия. Международный эталон Килограмма хранится в г. Севре во
Франции. С достаточной для практики точностью можно считать, что массой 1
кг обладает 1 л химически чистой воды при температуре 15° С.
За единицу силы в системе СИ принимается сила, которая телу
Определения. понятия и законы
27
массой 1 кг сообщает ускорение 1м/с2. Эта единица называется ньютон (Н).
Приближенно 1 Н равен силе, с которой притягивается к Земле тело массой
0,102 кг.
Третий закон Ньютона: При любом взаимодействии двух тел сила, действующая
со стороны одного тела на другое, равна по величине и противоположна по
направлению силе, действующей со стороны второго тела на первое. Эти силы
направлены вдоль прямой, соединяющей точки их приложения, и всегда имеют
одну и ту же физическую природу.
Этот закон утверждает, что силы взаимодействия всегда появляются попарно.
Если в инерциальной системе отсчета на какое-то тело действует сила, то
обязательно есть какое-то другое тело, на которое первое действует с
такой же по модулю силой, но направленной в противоположную сторону.
Всегда следует помнить, что силы, появляющиеся при взаимодействии тел,
приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга.
Уравновешиваться могут только силы, приложенные к одному телу.
Закон всемирного тяготения. Две материальные точки взаимодействуют с
силами, прямо пропорциональными произведению их масс и обратно
пропорциональными квадрату расстояния между ними:
