1.2.4. Сили в природі

В механіці маємо справу лише з трьома видами сил: із силою тяжіння, силою пружності і силою тертя.

Сила гравітаційного притягання

Гравітаційна взаємодія властива всім тілам і частинкам. Сила гравітаційного притягання обчислюється за законом всесвітнього тяжіння: тіла притягуються одне до одного із силою, яка прямо пропорційна добутку їх має і обернено пропорційною квадрату, відстані між ними (Рис. 7).

G – гравітаційна стала.

Гравітаційна стала чисельно дорівнює силі тяжіння, що виникає між двома матеріальними точками, маса кожної з яких 1кг і які розміщені на відстані 1м одна від одної.

Числове значення гравітаційної сталої вперше було виміряне за допомогою чутливих крутильних терезів Г. Кавендішем. Навколо кожного тіла існує гравітаційне поле. Поле одного тіла діє на друге і навпаки. Напруженістю гравітаційного поля є величина, яка вимірюється відношенням сили тяжіння, що діє на дане тіло в даній точці гравітаційного поля, до маси.

Сила тяжіння – це сила, з якою Земля притягає тіла в результаті гравітаційної взаємодії.

- маса Землі, m – маса тіла, - радіус Землі, h – висота над поверхнею Землі.

– прискорення вільного падіння, = 9,8. Прискорення вільного падіння залежить від географічного розташування.

Тіла поблизу поверхні Землі (крім полюсів) обертаються, тобто рухаються по колових траєкторіях (Рис. 8).

Рисунок 1

Тоді прискорення вільного падіння - це прискорення тіла відносно Землі, що обертається.

– доцентрове прискорення тіла. На полюсах = 0, тому , на екваторі а = w² (R+h), тому , на середніх широтах а = w² (r+h), - радіус кола, по якому обертається тіло.

В інерціальних системах відліку, які пов’язані із Землею, вага тіла – це сила, з якою тіло діє на опору або на підвіс внаслідок притягання до Землі.

Невагомість – це стан, при якому тіло не зазнає дії силі реакції опори чи підвісу:

Якщо - невагомість. Стан невагомості настає тоді, коли тіло рухається тільки під дією сили всесвітнього тяжіння. Наприклад, політ космічного корабля з вимкненими двигунами. Якщо тіло (разом з опорою чи підвісом) рухається з прискоренням, напрямленим протилежно прискоренню вільного падіння, то його вага збільшується. Це називається перевантаженням.

Отже, вага тіла може бути більшою, або меншою, або дорівнювати силі тяжіння.

Сила пружності

Сили, що виникають під час пружної деформації тіл, називають силами пружності. Вона напрямлена в бік, протилежний до напряму зміщення частинок тіла в момент деформації. Силу пружності, з якою опора або підвіс діє на тіло, називають реакцією опори або підвісу. Закон Гука: сила пружності прямо пропорційна деформації і напрямлена у протилежну до зміщення частинок сторону.

x- деформація, k – коефіцієнт жорсткості, він залежить від розмірів, форми, роду речовини. Одиниця вимірювання - . Деформації бувають розтягу, згину, кручення, стиску та зсуву.

Сила тертя

Дана сила виникає при взаємному переміщенні (ковзанні) тіл. Модуль сили тертя пропорційний модулю сили, з якою притискаються поверхні тіл, які труться, тобто модулю сили нормального тиску :

- коефіцієнт тертя, безрозмірна величина. Сила тертя ковзання завжди направлена в бік, протилежний рухові тіла (Рис. 9). Вона зумовлена пружною та пластичною деформацією мікронерівностей поверхонь, що лежать у площині дотику.

Рисунок 2

Якщо одне тіло котиться по поверхні іншого, виникає тертя кочення (Рис. 3):

Сила тертя кочення визначається:

– коефіцієнт тертя кочення, який має розмірність довжини, - радіус поверхні тіла, що котиться.