close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1.2. Механика - Динамика. Элементы статики

код для вставкиСкачать
Раздел 1. Механика
1.2. Динамика и элементы
статики
А.В. Неверов
Основные понятия
• Динамика рассматривает влияние
взаимодействий тел на их механическое
движение
• Основная задача динамики – определение
местоположения тела в определенный
момент времени по известным:
– Начальному положению тела
– Начальной скорости тела
– Силам, которые воздействуют на тело
Первый закон Ньютона
Любая материальная точка сохраняет
состояние покоя или движется
прямолинейно и равномерно до тех пор,
пока внешние воздействия не изменят
этого состояние
Система, в которой точка сохраняет состояние
покоя или движется прямолинейно называется
инерциальной, а движение точки – движением
по инерции
Сила
Векторная физическая величина, являющаяся
мерой механического воздействия на точку
или тело со стороны других тел или полей
Сила определена, если заданы:
-Модуль
-Направление
-Точка приложения
Воздействие силы ведет к тому,
что тело:
-Приобретает ускорение
-Деформируется
В механике рассматриваются:
-Гравитационные силы (силы тяготения)
-Силы упругости
-Силы трения
Равнодействующая сила
у
• Если на точку
одновременно действует
несколько сил, то их
можно заменить одной –
равнодействующей,
которая равная векторной
сумме всех сил
• Ее модуль рассчитывается
как модуль вектора
• Единицей измерения силы
является 1 Н (Ньютон)
F=F1+F2
F1
Fy
F2
0
x
Fx
F F F
2
x
2
y
Масса
• Мера инертности тела, т.е. способности сохранять
скорость своего движения в отсутствии
взаимодействия с другими телами и/или полями
• Мера гравитации, т.е. способности
взаимодействовать с другими телами
• Свойства массы:
– Не зависит от скорости движения тела
– Состоит из суммы масс всех его частиц
– Выполняется закон сохранения массы – при любых
процессах, происходящих с телом его масса остается
постоянной
• Единица измерения массы m = 1 кг (килограмм)
Плотность
• Средней плотностью тела
называется отношение
массы к объему тела
• Плотность тела
определяется как предел
отношения массы к
объему при стремлении
объема к нулю
• Если тело однородно, то
плотность равна средней
плотности
• Единицей измерения
плотности является
= 1 кг/м3
Второй закон Ньютона
Ускорение, приобретаемое материальной
точкой в инерциальной системе отсчета
прямо пропорционально действующей на
него силе, обратно пропорционально его
массе и по направлению совпадает с
направлением силы
F am
a
F
0
a
Для равнодействующей
n
F
F F
i 1
m
x
i
a F
m
Третий закон Ньютона
Силы взаимодействия двух материальных
точек в инерциальной системе равны по
модулю и направлены в
противоположные стороны
N
P
F AB F BA
F AB F BA
Закон всемирного тяготения
Между двумя
материальными точками
действуют силы взаимного
притяжения (силы
тяготения, гравитационные
силы) прямо
пропорциональные массам
этих точек и обратно
пропорциональные
квадрату расстояния между
ними
Для сферических тел расстоянием
между телами считается расстояние
между их центрами
m2
Сила тяготения
• Модуль силы тяготения
Fтяг зависит от масс тел,
расстояния между ними
и гравитационной
константы G
• Силы тяготения создают
гравитационные поля
• На тело, которое
находится на
поверхности другого
тела (например, на
Земле) действует сила
тяжести P
m1
r
Напряженность гравитационного поля и
ускорение свободного падения
• Напряженность – силовая
характеристика
гравитационного поля теля
(например, планеты)
• Напряженность равна
ускорению свободного
падения в данной точке
пространства (в
гравитационном поле тела)
• Если тело находится на
поверхности сферического
тела (или расстояние до
поверхности ничтожно мало),
то за расстояние нужно взять
радиус этого тела
g (r ) G
M
r
2
r
M
Первая космическая скорость
Скорость, которая
необходима телу А, чтобы
оно превратилось в
спутник тела B и
вращалось по орбите,
плоскость которой
проходила бы через
центр тела B, а центр
совпадал бы с центром
тела В
Вес, сила реакции опоры
и сила натяжения
• Весом тела P* (Pn) называют
силу, с которой тело
вследствие притяжения к
Земле воздействует на
опору или подвес,
удерживающих его от
свободного падения
• Сила реакции опоры N – это
сила, с которой опора
воздействует на тело,
которое она удерживает от
свободного падения
• Сила натяжения T – сила,
возникающая в подвесе,
который удерживает тело,
подвешенное на нем от
свободного падения
Вес тела и сила реакции опоры при
движении опоры с ускорением
Нормальное
состояние
Недогрузка
Коэффициент перегрузки
Перегрузка
k P
*
P
mg
mg
Невесомость
ga
g
Сила упругости
• Возникаем при упругой деформации тела и
действуем между соприкасающимися
слоями деформируемого тела, а также в
местах контакта деформируемого тела с
телами, которые вызвали деформацию
• К силам упругости относят:
– Силу реакции опоры N
– Силу натяжения подвеса T
Закон Гука
Сила упругости
пропорциональна вектору
удлинения (сжатия) L и
противоположна его
направлению
Связь силы упругости с силой тяжести
Вычисление коэффициента упругости
Если к концу жестко закрепленной
пружины подвесить груз массой m,
то на него будет действовать сила
тяжести:
P mg
В то же время в точке подвеса груза
возникнет сила упругости, которая
по закону Гука:
Согласно третьему закону Ньютона:
Тогда коэффициент упругости
пружины можно найти так:
k mg
l
Силы трения
• Внешнее трение – взаимодействие между
телами, препятствующее их относительному
перемещению
• Внутреннее трение – это трение между
частями одного и того же тела
• Сухое трение – это трение между твердыми
телами, между которыми нет жидкой или
газообразной прослойки
• Жидкое (вязкое) трение – это трение между
поверхностью твердого тела и окружающей
его жидкой или газообразной средой
Сухое трение
Трение покоя
•
•
•
•
Возникает при отсутствии
относительного перемещения тел
Характеризуется силой трения
покоя и коэффициентом трения
покоя
Сила трения покоя определяется
как сила равная по модулю и
обратная по направлению
внешней силе, которую нужно
приложить, чтобы вывести тело
из состояния покоя
Коэффициент трения покоя
определяется опытным путем
Трение скольжения
• Возникаем при относительном
перемещении
соприкасающихся тел
• Характеризуется силой трения
скольжения и коэффициентом
трения скольжения
• Сила трения скольжения
зависит от скорости
относительного движения
соприкасающихся тел
• Коэффициент трения
скольжения также зависит от
скорости движения тел и
определяется опытным путем
Связь силы трения с силой тяжести
Определение коэффициента трения покоя
Если P = mg – сила тяжести тела, то
нормальный вес P* тела, лежащего на
поверхности, наклоненной под углом :
P P cos mg cos По третьему закону Ньютона сила реакции
опоры N будет равна:
*
N P P cos mg cos *
Пусть α – угол, при котором тело начало
движение вниз, т.е. сила F, придающая
ему ускорение:
F mg sin По условиям 3-го закона Ньютона и
определению силы трения покоя Fтр0:
С другой стороны, сила трения покоя:
Следовательно:
k 0 mg cos mg sin Отсюда коэффициент трения покоя:
k0 mg sin mg cos sin cos tg Статика и состояние равновесия
Статика изучает равновесие материальных
точек, тел и систем тел
Условие равновесия
Материальная точка находится в состоянии
равновесия, если равнодействующая всех
сил, воздействующих на точку равна 0
n
F F
i 1
i
0
Виды равновесия
Устойчивое равновесие
При любых малых отклонениях
тела от состояния равновесия
возникают силы, которые
стремятся вернуть тело в
состояние равновесия
Неустойчивое равновесие
При любых малых отклонениях
тела от состояния равновесия
возникают силы, которые
стремятся еще больше
отклонить тело от состояния
равновесия
Элементы гидроаэростатики
• Гидроаэростатика – раздел механики,
изучающий условия равновесия жидкостей и
газов под воздействием приложенных к ним
сил, а также условия равновесия твердых тел,
помещенных в жидкую и газообразную среду
• Текучесть – свойство жидкостей и газов,
обусловленное малыми силами трения
внутренних слоев
• Жидкости и газы, в отличии от твердых тел, не
сохраняют свой свою форму, а принимают
форму сосуда, в который они помещены
Отличия жидкостей и газов
Газы
• Не имеют поверхностного
слоя, заполняют весь
предоставленный им
объем
• Имеют меньшую
плотность
• Хорошо сжимаемы
Жидкости
• Имеют поверхностный
слой
• Имеют большую
плотность
• Практически несжимаемы
Закон Паскаля
В данной точке жидкости давление одинаково
по всем направлениям
Давление определяется как:
p F
S
где F – сила оказывающая давление
на поверхность,
S – площадь поверхности
Единица измерения 1 Па (Паскаль)
Гидростатическое давление - это
давление внутри жидкости,
находящейся в поле действия силы
тяжести, на точку, находящуюся на
глубине h:
p p 0 gh
где p0 – давление на поверхности
жидкости,
- плотность жидкости
Закон сообщающихся сосудов
Гидростатические
давления в
сообщающихся сосудах
равны
p 01 1 gh 1 p 02 2 gh 2
Если сосуды открыты, тогда p01 = p02 и,
следовательно:
1 gh 1 2 gh 2
h1
h2
2
1
Закон Архимеда
На тело, погруженное в жидкость действует
выталкивающая (архимедова) сила, равная по
модулю силе тяжести вытесненной жидкости
Равновесие FA = P
Всплытие FA > P
Всплытие закончится,
когда FA = P
Тело тонет при FA < P
Документ
Категория
Презентации по физике
Просмотров
93
Размер файла
886 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа