Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.7: Подальші застосування законів Ньютона

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74708

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Застосування законів Ньютона

    Чиста сила впливає на рух, положення та/або форму предметів (деякими важливими і часто використовуваними силами є тертя, опір і деформація).

    цілі навчання

    • Поясніть вплив сил на рух і форму об'єкта

    Ми знаємо, що чиста сила впливає на рух, положення та форму об'єкта. Корисно в цей момент поглянути на деякі особливо цікаві і загальні сили, які забезпечать подальше застосування законів руху Ньютона. Зокрема, ми обговоримо сили тертя, опір повітря або рідини та деформацію.

    тертя

    Тертя - це сила, яка чинить опір руху між двома поверхнями, що ковзають один об одного. Коли поверхні, що контактують, рухаються відносно один одного, тертя між двома поверхнями перетворює кінетичну енергію в теплову. Ця властивість може мати драматичний ефект, як це видно у використанні тертя, створеного натиранням шматків деревини разом, щоб розпочати пожежу. Тертя само по собі не є основною силою, але виникає внаслідок фундаментальних електромагнітних сил між зарядженими частинками, що складають дві контактні поверхні.

    Перетягніть

    Ще одна цікава сила в повсякденному житті - сила тяги на предмет, коли він рухається в рідині (або газу, або рідини). Ви відчуваєте цю силу перетягування, коли рухаєте рукою через воду, або через вітер. Як і тертя, сила опору - це сила, яка чинить опір руху. Як ми будемо обговорювати в більш пізніх одиницях, сила опору пропорційна швидкості руху об'єкта через нього. Ми бачимо ілюстрований приклад сили перетягування в.

    зображення

    Перетягніть силу на баржі: (а) Вид зверху двох буксирів, що штовхають на баржу. (б) Діаграма вільного тіла для корабля містить тільки сили, що діють в площині води. Він опускає дві вертикальні сили - вага баржі та плавуча сила води, що підтримує її, скасовуються і не відображаються. Оскільки прикладені сили перпендикулярні, то\(\mathrm{x}\) - і\(\mathrm{y}\) -осі знаходяться в тому ж напрямку, що\(\mathrm{F_x}\) і\(\mathrm{F_y}\). Завдання швидко перетворюється в одновимірну задачу уздовж напрямку\(\mathrm{F_{app}}\), так як тертя знаходиться в напрямку, протилежному\(\mathrm{F_{app}}\).

    Деформація

    Тепер ми переходимо від розгляду сил, які впливають на рух об'єкта (наприклад, тертя та перетягування) до тих, що впливають на форму об'єкта. Якщо бульдозер штовхне машину в стіну, автомобіль не рухатиметься, але помітно змінить форму. Зміна форми предмета внаслідок застосування сили є деформацією. Відомо, що навіть дуже малі сили викликають деяку деформацію. При невеликих деформаціях дотримуються дві важливі характеристики. По-перше, об'єкт повертається до початкової форми при знятті сили (тобто деформація пружна при невеликих деформаціях). По-друге, величина деформації пропорційна силі.

    Тертя: Кінетична

    Якщо дві системи стикаються і рухаються відносно одна іншої, то тертя між ними називається кінетичним тертям.

    цілі навчання

    • Поясніть динаміку енергії на тертя між двома поверхнями

    Коли поверхні, що контактують, рухаються відносно один одного, тертя між двома поверхнями перетворює кінетичну енергію в теплову. Ця властивість може мати драматичні наслідки, про що свідчить використання тертя, створеного розтиранням шматків дерева разом, щоб розпочати пожежу. Кінетична енергія перетворюється в тепло, коли відбувається рух з тертям, наприклад, при перемішуванні в'язкої рідини.

    Вступ до кінетичного тертя: Тут я поясню мікроскопічне обґрунтування тертя та те, що ми можемо про це знати. Коефіцієнт тертя теж!

    Кінетичне (або динамічне) тертя виникає, коли два об'єкти рухаються відносно один одного і труться разом; санки на землі були б хорошим прикладом кінетичного тертя.

    figure-06-01-01a.jpeg

    Тертя: сили тертя завжди протистоять руху або спробі руху між об'єктами, що контактують. Тертя виникає частково через шорсткість поверхонь, що контактують, як видно в розширеному вигляді. Для того щоб об'єкт змістився, він повинен піднятися туди, де піки можуть проскочити по нижній поверхні. Таким чином, потрібна сила якраз для того, щоб привести об'єкт в рух. Деякі піки будуть відламані, також вимагаючи сили для підтримки руху. Значна частина тертя насправді обумовлена силами привабливості між молекулами, що складають два об'єкти, так що навіть ідеально гладкі поверхні не мають тертя. Такі сили зчеплення також залежать від речовин, з яких виготовлені поверхні, пояснюючи, наприклад, чому взуття на гумовій підошві ковзає менше, ніж взуття зі шкіряною підошвою.

    Сила тертя - це те, що уповільнює ковзання предмета по поверхні. Ця сила - це те, що змушує гальма на автомобілі працювати або викликає опір, коли ви ковзаєте рукою по поверхні. Силу тертя можна представити рівнянням:\(\mathrm{F_{friction}=μF_n}\). У цьому рівнянні\(\mathrm{μ}\) є те, що називається коефіцієнтом тертя. Це безодиничне число, яке представляє силу тертя предмета. Дуже «чіпляча» поверхня, як гума, може мати високий коефіцієнт тертя, тоді як слизька поверхня, як лід, має набагато нижчий коефіцієнт. \(\mathrm{F_n}\)називається нормальною силою і є силою поверхні, що штовхає вгору на об'єкт. У більшості випадків на рівному грунті нормальна сила буде рівною і протилежною вазі об'єкта. Іншими словами, це сила, яку повинна чинити поверхня, щоб утримати об'єкт від падіння.

    Коефіцієнт кінетичного тертя зазвичай представлений у вигляді\(\mathrm{μ_k}\) і зазвичай менше коефіцієнта статичного тертя для тих же матеріалів.

    Тертя: Статичне

    Статичне тертя - це тип тертя, який виникає для опору руху, коли два об'єкти знаходяться в стані спокою один проти одного.

    цілі навчання

    • Продемонструвати взаємозв'язок максимальної сили статичного тертя

    Статичне тертя

    Іншим типом сили тертя є статичне тертя, інакше відоме як stiction. Як і все тертя, він діє, щоб протистояти руху об'єкта, що рухається по поверхні. На відміну від кінетичного тертя, однак, статичне тертя діє, щоб протистояти початку руху.

    Статичне тертя та деякі проблеми з тертям: Тут я говорю про підлий старе статичне тертя.

    Статичне тертя - це тертя між двома об'єктами, які не рухаються відносно один одного. Ця сила тертя - це те, що заважає, наприклад, припаркованому автомобілю ковзати з пагорба. Перш ніж об'єкт, що знаходиться в стані спокою на поверхні, може рухатися, він повинен подолати силу статичного тертя.

    Статичне тертя походить від декількох джерел. Для будь-якого даного матеріалу на іншому матеріалі такого ж складу тертя буде більше, оскільки поверхні матеріалу стають більш шорсткими (розглянемо наждачний папір) на макроскопічному рівні. Крім того, міжмолекулярні сили можуть сильно впливати на тертя при контакті двох матеріалів. Коли площа поверхні нижче мікрометрового діапазону, сили Ван дер Ваальса, електростатичні взаємодії та водневе з'єднання можуть призвести до того, що два матеріали прилягають один до одного. Сила потрібна, щоб подолати ці взаємодії і змусити поверхні рухатися одна по одній.

    Як і кінетичне тертя, сила статичного тертя задається коефіцієнтом, помноженим на нормальну силу. Нормальна сила - це сила поверхні, що штовхає вгору на предмет, яка зазвичай дорівнює вазі об'єкта. Коефіцієнт статичного тертя зазвичай більше коефіцієнта кінетичного тертя і зазвичай представлений\(\mathrm{μ_s}\).

    Складання цих елементів разом дає максимальну силу статичного тертя як:

    \[\mathrm{F_s=μ_sF_n}\]

    В цілому силу статичного тертя можна уявити у вигляді:

    \[\mathrm{F_s≤μ_sF_n}\]

    Як і у всіх сил тертя, сила тертя ніколи не може перевищувати прикладену силу. Таким чином, сила статичного тертя буде варіюватися в межах 0 і в\(\mathrm{_sF_n}\) залежності від сили прикладеної сили. Будь-яка сила, менша за\(\mathrm{_sF_n}\) спробу ковзати одну поверхню по іншій, протистоїть силі тертя однакової величини і протилежного напрямку. Будь-яка сила, більша за це, долає силу статичного тертя і викликає ковзання. Відбувається миттєве ковзання, статичне тертя більше не застосовується - тертя між двома поверхнями тоді називається кінетичним тертям.

    зображення

    Статичне тертя: Для переміщення блоку в стані спокою на поверхні необхідно докласти силу, яка є достатньо великою, щоб подолати силу статичного тертя.

    Вирішення проблем з тертям і нахилами

    Поєднання руху на нахилах з тертям використовує такі поняття, як рівновага і сила контакту на ухилі.

    цілі навчання

    • Обчисліть силу тертя на ухилі

    Контактна сила на нахилі

    Похильна площина має дві контактні або сполучні поверхні. Одна - похила поверхня, де розміщується блок, а інша - підстава ухилу, який контактує з поверхнею під нею. Рух блоку, отже, може залежати від руху самого нахилу.

    зображення

    Блок і система нахилу: Сили на блок

    Коли на ухилі, розрахунок сили тертя відрізняється від того, коли об'єкт знаходиться на рівній поверхні. Нагадаємо, що сила тертя залежить як від коефіцієнта тертя, так і від нормальної сили. \(\mathrm{F_f=μF_n}\)Коли на ухилі з кутом\(\mathrm{θ}\), нормальна сила стає\(\mathrm{F_n=mg \cos ⁡(θ)}\)

    Як завжди, сила тертя чинить опір руху. Якщо блок штовхається вгору, нахил сила тертя вказує вниз по нахилу. Якщо блок тягнеться вниз по ухилу, сила тертя буде утримувати блок вгору.

    Рівновага сил на схилі

    Коли на них не діють будь-які інші сили, лише гравітація та тертя, сила тертя буде протистояти тенденції блоку ковзати вниз по нахилу. Якщо сила тертя дорівнює силі гравітації, блок не буде ковзати вниз по ухилу. Блок, як кажуть, знаходиться в рівновазі, оскільки сума сил на нього дорівнює 0.

    Гравітаційна сила вниз по нахилу задається\(\mathrm{mg \sin ⁡(θ)}\).

    \(\mathrm{θ}\)Де кут нахилу робить з горизонталлю. Щоб блок знаходився в рівновазі, максимальна сила тертя\(\mathrm{F_f=μmg \cos ⁡(θ)}\) повинна бути більше або дорівнює\(\mathrm{F_G=mg \sin (θ)}\) FG = MgSin (θ). Якщо максимальна сила тертя більше сили тяжіння, сума сил все одно дорівнює 0. Сила тертя ніколи не може перевищувати інші сили, що діють на неї. Сили тертя діють лише на зустрічний рух.

    Перетягніть

    Сила перетягування - це резистивна сила, яку відчувають предмети, що рухаються через рідини, і пропорційна квадрату швидкості об'єкта.

    цілі навчання

    • Пов'язати величину сили перетягування зі швидкістю об'єкта

    Ще одна цікава сила в повсякденному житті - сила тяги на предмет, коли він рухається в рідині (або газу, або рідини). Ви відчуваєте силу перетягування, коли рухаєте рукою через воду. Ви також можете відчути це, якщо рухати рукою під час сильного вітру. Чим швидше ви рухаєте рукою, тим важче їй рухатися. Ви відчуваєте меншу силу перетягування, коли нахиляєте руку, так що тільки сторона проходить через повітря - ви зменшили область вашої руки, яка стоїть перед напрямком руху.

    Як і тертя, сила перетягування завжди протистоїть руху об'єкта. На відміну від простого тертя, сила опору пропорційна деякій функції швидкості об'єкта в цій рідині. Ця функціональність складна і залежить від форми об'єкта, його розміру, швидкості та рідини, в якій він знаходиться. Аеродинамічні об'єкти, як правило, мають невеликі площі поверхні і мають низькі коефіцієнти опору.

    Для більшості великих об'єктів, таких як велосипедисти, автомобілі та бейсбол, які не рухаються занадто повільно, величина сили\(\mathrm{F_D}\) опору виявляється пропорційною квадрату швидкості об'єкта. Ми можемо написати ці відносини математично як\(\mathrm{FD∝v^2}\). При врахуванні інших факторів цей зв'язок стає\(\mathrm{F_D=\frac{1}{\frac{2C}{rhoAv^2}}}\), де\(\mathrm{C}\) відомий як коефіцієнт опору, одиничним числом, яке представляє аеродинамічні властивості об'єкта,\(\mathrm{A}\) є площею поперечного перерізу об'єкта, який звернений до напрямку руху, і \(\mathrm{ρ}\)щільність рідини, через яку рухається об'єкт.

    зображення

    Аеродинамічна форма: Від гоночних автомобілів до бобслей-гонщиків, аеродинамічне формування має вирішальне значення для досягнення максимальних швидкостей. Бобслеї розраховані на швидкість. Вони мають форму кулі з конічними плавниками. (кредит: Армія США, через Вікісховище)

    Уповільнення та перетягування сил: Короткий погляд на уповільнення (перетягування) сил у фізиці, для студентів на вступних заняттях фізики, які використовують обчислення. Це відео проходить через один сценарій об'єкта, який відчуває силу перетягування, де сила перетягування пропорційна швидкості об'єкта.

    Стрес і напруга

    Ставлення сили до площі\(\mathrm{\frac{F}{A}}\) називається напругою, а відношення зміни довжини до довжини\(\mathrm{\frac{ΔL}{L}}\) називається деформацією.

    цілі навчання

    • Поясніть, як сили впливають на форму предмета

    Тепер ми переходимо від розгляду сил, які впливають на рух об'єкта (наприклад, тертя та перетягування) до тих, що впливають на форму об'єкта. Якщо бульдозер штовхає машину в стіну, автомобіль не рухатиметься повз стіни, але помітно змінить форму. Зміна форми внаслідок застосування сили - це деформація. Відомо, що навіть дуже малі сили викликають деяку деформацію. При невеликих деформаціях дотримуються дві важливі характеристики. По-перше, об'єкт повертається до своєї початкової форми, коли сила видаляється - тобто деформація пружна для невеликих деформацій. По-друге, розмір деформації пропорційний силі - тобто для малих деформацій закон Гука підкоряється. У формі рівняння закон Гука задається тим,\(\mathrm{F=k⋅ΔL}\) де\(\mathrm{ΔL}\) зміна довжини, а kk - константа, яка залежить від матеріальних властивостей об'єкта.

    Деформації бувають декількох типів: зміна довжини (розтягнення і стиснення), боковий зсув (напруга), зміна обсягу.

    зображення

    Натяг/стиснення: Натяг: стрижень розтягується на довжину,\(\mathrm{ΔL}\) коли сила прикладається паралельно його довжині. (b) Стиснення: Той же стрижень стискається силами з однаковою величиною в протилежному напрямку. Для дуже дрібних деформацій і однорідних матеріалів,\(\mathrm{ΔL}\) це приблизно однаково при однаковій величині натягу або стиснення. При більших деформаціях площа поперечного перерізу змінюється в міру стиснення або розтягування стрижня.

    Ставлення сили до площі\(\mathrm{\frac{F}{A}}\) називається напругою, а відношення зміни довжини до довжини\(\mathrm{\frac{ΔL}{L}}\) називається деформацією.

    Напруження та деформація пов'язані один з одним константою, яка називається модулем Юнга або модулем пружності, яка змінюється залежно від матеріалу. За допомогою модуля Юнга співвідношення між напругою і деформацією задається:\(\mathrm{stress=Y⋅strain}\).

    Кажуть, що матеріал з високим модулем пружності має високу міцність на розрив. Такі матеріали дуже стійкі до розтягування і вимагають великої сили для деформації невеликої кількості.

    Поступальна рівновага

    Кажуть, що об'єкт знаходиться в рівновазі, коли на нього не діє зовнішня чиста сила.

    цілі навчання

    • Оцініть роль, яку відіграє кожен тип рівноваги в механічних пристроях

    Нас оточують чудові інженерні архітектури та механічні пристрої, які знаходяться в спокої в рамках відліку Землі. Велика частина інженерних творінь - це статичні об'єкти. Тим не менш, ми також прагнемо рівноваги рухомих об'єктів, таких як плавучий корабель, літак, що круїться на високій швидкості, і таких інших рухомих механічних пристроїв. В обох випадках — статичні або динамічні — чисті зовнішні сили та крутні моменти дорівнюють нулю.

    Кажуть, що тіло знаходиться в механічній рівновазі, коли чиста зовнішня сила дорівнює нулю, а чистий зовнішній крутний момент також дорівнює нулю. Математично,

    \[\mathrm{Σ\overrightarrow{F}ext=0 \text{ and } Σ\overrightarrow{τ}ext=0}\]

    Оскільки на об'єкт немає чистої сили, об'єкт не прискорюється. Це має на увазі два типи можливого рівноваги. Перший тип, де всі частинки в системі знаходяться в стані спокою і не мають швидкості, відомий як статична рівновага. При другому типі об'єкт має швидкість, але так як на нього не діють чисті сили, швидкість залишається постійною. У другому випадку частка, як кажуть, знаходиться в динамічній рівновазі. Статичні або динамічні, ці види рівноваги можна класифікувати як поступальну рівновагу.

    Приклади поступальної рівноваги навколо нас. Книга, що спирається на стіл, з силою своєї ваги штовхає на стіл. Стіл, в свою чергу, відштовхується від книги, утримуючи книгу від падіння крізь стіл. Оскільки ні стіл, ні книга не рухаються, це приклад статичної рівноваги. Силі тяжіння на книзі прекрасно протидіє сила натискання на неї столу.

    зображення

    Сили, що діють на об'єкт у стані спокою: діаграма сили, що показують сили, що діють на об'єкт, що знаходиться в стані спокою на поверхні. Зверніть увагу, що величина сили, яку таблиця штовхає вгору на об'єкт (вектор N) дорівнює зниженій силі ваги об'єкта (показано тут як mg, оскільки вага дорівнює масі об'єкта, помноженій на прискорення через гравітацію): оскільки ці сили рівні, об'єкт знаходиться в стані рівновага (всі сили, що діють на нього, врівноважуються до нуля).

    Прикладом динамічної (або механічної) рівноваги є об'єкт, що ковзає вниз клином. Сила тяжіння тягне предмет вниз по клину, але їй протидіє сила тертя між клином і предметом. Якщо сила тертя дорівнює силі тяжіння, об'єкт буде протікати з постійною швидкістю.

    зображення

    Сили на столі: Ці шість сил знаходяться в рівновазі. Чотири сили ніжки столу протидіють силі столу і штовхає на них предмета.

    З'єднані об'єкти

    Сили можуть передаватися від одного об'єкта до іншого через зв'язки.

    цілі навчання

    • Проаналізуйте вплив жорсткого зв'язку на рух предметів

    Фізика пов'язаних об'єктів дуже схожа на фізику простих об'єктів. Існують різні способи з'єднання об'єктів один з одним, і відповідне різноманіття математичних способів моделювання таких зв'язків.

    Найпростіша форма з'єднання - ідеально жорстке з'єднання. Якщо два об'єкти з'єднані абсолютно жорстким з'єднувачем, то вони можуть розглядатися як один і той же об'єкт. Ідеально жорсткі з'єднувачі не можуть розтягуватися і деформуватися, і передавати зусилля миттєво з одного боку з'єднання на іншу. Наприклад, з огляду на два блоки (обидва масою 1 кг), з'єднаних ідеально жорсткою планкою, якщо перший блок натягнути з силою 1 Ньютон, то обидва блоки будуть прискорюватися одночасно і однаковим розгоном. У цьому випадку прискорення\(\mathrm{\frac{1}{2}m/s^2}\) —таке ж, як якщо б сила масою 2 кг чиниться на один предмет. Таким чином можна сказати, що ідеально жорстке з'єднання перетворює два об'єкти в один великий об'єкт. Звичайно, ідеально жорстких з'єднань в природі не існує. Деяка деформація завжди буде існувати в будь-якому об'єкті, коли сила рухається вздовж нього. Однак багато матеріалів досить жорсткі, так що використання ідеально жорсткого наближення корисно заради простоти.

    Можна думати про силу, що передається через з'єднання за допомогою сили «натягу». Натяг - це тягне зусилля, що чиниться струною, ланцюгом або подібним з'єднувачем на іншому об'єкті. Якщо два об'єкти з'єднані струною, сила, що діє на один, врівноважується силою натягу в струні, яка тягне за собою інший. Звичайно, якщо сила натягу більше, ніж може витримати мотузка, мотузка зламається.

    зображення

    Сили напруги: сили, що беруть участь у підтримці м'яча мотузкою. Натяг - це сила мотузки на риштування, сила мотузки на м'ячі та збалансовані сили, що діють на сегменти мотузки та виробляються ними.

    Круговий рух

    Об'єкт в круговому русі зазнає прискорення за рахунок доцентрової сили в напрямку центру обертання.

    цілі навчання

    • Розробити розуміння рівномірного кругового руху як індикатора чистої зовнішньої сили

    Рівномірний круговий рух описує рух об'єкта по колу або дузі окружності з постійною швидкістю. Це основна форма обертального руху так само, як рівномірний лінійний рух є основною формою поступального руху. Однак два типи руху відрізняються щодо сили, необхідної для підтримки руху.

    Розглянемо перший закон руху Ньютона. Він стверджує, що об'єкт буде підтримувати постійну швидкість, якщо не буде застосована чиста зовнішня сила. Тому рівномірний лінійний рух свідчить про відсутність чистої зовнішньої сили. З іншого боку, рівномірний круговий рух вимагає, щоб вектор швидкості об'єкта постійно змінював напрямок. Оскільки вектор швидкості об'єкта змінюється, відбувається прискорення. Тому рівномірний круговий рух свідчить про наявність чистої зовнішньої сили.

    При рівномірному круговому русі сила завжди перпендикулярна напрямку швидкості. Оскільки напрямок швидкості безперервно змінюється, напрямок сили має бути також.

    Напрямок швидкості по круговій траєкторії - тангенціальне. Отже, перпендикулярний напрямок до кругової траєкторії є радіальним напрямком. Тому сила (а значить і прискорення) в рівномірному напрямку руху знаходиться в радіальному напрямку. З цієї причини прискорення при рівномірному круговому русі визнається «шукати центр» - тобто доцентрову силу.

    Рівняння для прискорення aa, необхідного для підтримки рівномірного кругового руху, таке:

    \[\mathrm{a=\dfrac{v^2}{r}}\]

    де мм - маса предмета,\(\mathrm{v}\) - швидкість об'єкта, і\(\mathrm{r}\) - радіус кола. Отже, чиста зовнішня сила,\(\mathrm{F_{net}}\) необхідна для підтримки кругового руху, становить:

    \[\mathrm{F_{net}=\dfrac{m⋅v^2}{r}}\]

    зображення

    Рівномірний круговий рух: При рівномірному круговому русі доцентрова сила перпендикулярна швидкості. Доцентрова сила вказує на центр кола, утримуючи об'єкт на круговій доріжці.

    Ключові моменти

    • Тертя - це сила, яка чинить опір відносному руху між двома поверхнями, що ковзають один по одному. Тертя перетворює кінетичну енергію в тепло.
    • Сила перетягування - це сила, яка чинить опір руху об'єкта, що рухається через рідину, таку як повітря або вода. Сила перетягування пропорційна швидкості руху об'єкта.
    • Сили деформації - це сили, викликані розтягуванням або стисненням матеріалу. Деякі приклади можуть бути пружини або гумки.
    • Кінетичне (або динамічне) тертя виникає, коли два об'єкти рухаються відносно один одного і труться між собою (як санки на землі).
    • Силу тертя можна представити рівнянням,\(\mathrm{F_{friction}=μF_n}\) де\(\mathrm{μ}\) - коефіцієнт тертя і являє собою безодиничне число, яке представляє силу тертя поверхні.
    • Кінетичне тертя і статичне (стаціонарне) тертя використовують два різних коефіцієнта для одного і того ж матеріалу.
    • Статичне тертя - це сила, яка діє, щоб протистояти початку руху. Це пов'язано з макроскопічними невідповідностями на поверхнях матеріалів, що контактують, а також міжмолекулярних взаємодій між матеріалами, такими як водневий зв'язок, взаємодії Ван дер Ваала та електростатичні взаємодії.
    • Статичне тертя використовує інший, як правило, більший, коефіцієнт, ніж кінетичне тертя.
    • Сила статичного тертя є\(\mathrm{F_{fs}=μ_sF_n}\). Де\(\mathrm{μ_s}\) коефіцієнт статичного тертя, який змінюється залежно від матеріалу, а fNFn - нормальна сила.
    • Руху по ухилу чинить опір тертю.
    • Сила тертя на ухилі залежить від кута нахилу. \(\mathrm{F_f=μmg \cos ⁡(θ)}\)максимальна сила тертя на ухилі.
    • Якщо сила тертя більше або дорівнює силам у напрямку руху, то чиста сила дорівнює 0 і об'єкт знаходиться в рівновазі.
    • Об'єкти, що рухаються через рідину, відчувають силу, яка чинить опір їх руху. Ця сила відома як сила опору.
    • Сила опору пропорційна квадрату швидкості об'єкта щодо рідини.
    • Рівняння для перетягування є\(\mathrm{F_D=\frac{1}{2}C_ρAv^2}\). \(\mathrm{C}\)є константою, яка називається коефіцієнтом опору. ρ - щільність рідини. \(\mathrm{A}\)площа поверхні у напрямку руху.
    • Ставлення сили до площі\(\mathrm{\frac{F}{A}}\) називається напругою, а відношення зміни довжини до довжини\(\mathrm{\frac{ΔL}{L}}\) називається деформацією.
    • Напруження та деформація пов'язані один з одним константою, яка називається модулем Юнга або модулем пружності, яка змінюється залежно від матеріалу. За допомогою модуля Юнга співвідношення між напругою і деформацією задається:\(\mathrm{stress=Y⋅strain}\).
    • Кажуть, що матеріал з високим модулем пружності має високу міцність на розрив. Такі матеріали дуже стійкі до розтягування і вимагають великої сили для деформації невеликої кількості.
    • Коли на об'єкті немає зовнішньої чистої сили, об'єкт, як кажуть, знаходиться в рівновазі.
    • Коли об'єкт знаходиться в рівновазі, він не прискорюється. Якщо вона мала швидкість, швидкість залишається постійною; якщо вона перебувала в стані спокою, вона залишається в стані спокою.
    • Рівновага в русі відома як динамічна рівновага; рівновага в спокої - це статична рівновага.
    • Якщо два об'єкти з'єднані, сила на одному впливає на інший.
    • З'єднання часто можуть бути наближені як повністю жорсткі. У повністю жорстких випадках з'єднання не деформується і зусилля передається миттєво.
    • Натяг - це сила мотузки або кабелю або іншого з'єднувача на об'єкті, до якого він підключений. Це один із способів передачі сили між об'єктами.
    • Об'єкт, який зазнає круговий рух, має вектор швидкості, який постійно змінює напрямок.
    • Сила, яка необхідна для підтримки кругового руху, вказує на центр кругового шляху. Тому він відомий як доцентрова сила.
    • Швидкість об'єкта при круговому русі завжди дотична до кола, а доцентрова сила завжди перпендикулярна швидкості.

    Ключові умови

    • кінетична енергія: Енергія, якою володіє об'єкт через його рух, дорівнює половині маси тіла, що перевищує квадрат його швидкості.
    • статичний: фіксований на місці; не маючи руху.
    • кінетичні: або пов'язані з рухом
    • тертя: Сила, яка чинить опір відносному руху або схильності до такого руху двох тіл, що контактують.
    • нахил: нахил.
    • рівновага: Стан тіла в спокої або в рівномірному русі, результуюча всіх сил на яке дорівнює нулю.
    • рідина: Будь-яка речовина, яка може протікати з відносною легкістю, має тенденцію приймати форму свого контейнера і підкоряється принципу Бернуллі; рідина, газ або плазма.
    • деформація: Величина, на яку матеріал деформується під напругою або силою, задана як відношення деформації до початкового розміру матеріалу і, як правило, символізується, називається інженерною деформацією. Справжня деформація визначається як натуральний логарифм відношення кінцевої розмірності до початкової розмірності.
    • напруга: Внутрішній розподіл сили на одиницю площі (тиску) всередині тіла, що реагує на прикладені сили, що викликає деформацію або деформацію і, як правило, символізується\(\mathrm{σ}\).
    • динамічний: змінюється; активний; в русі.
    • крутний момент: обертальний або скручувальний ефект сили; (СІ одиниця Ньютон-метр або Нм; імперська одиниця фут-фунт або фут-фунт)
    • жорсткий: жорсткий, а не гнучкий.
    • тангенс: пряма лінія, що торкається кривої в одній точці, не перетинаючи її в цій точці
    • перпендикулярно: під або утворюючи прямий кут (до).

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ