1.2. Внешние силы

Силы являются мерилом механического взаимодействия тел. Если конструкция рассматривается изолированно от окружающих тел, то действие последних на конструкцию заменяется силами, которые на­зываются внешними. Внешние силы бывают объемные и поверхностными.

Поверхностные силы являются результатом непосредственного, контактного взаимодействия данного тела с другими телами и приложены только к точ­кам поверхности тела в месте контакта. Поверхностные силы могут быть непре­рывно распределены по всей поверхности тела или ее части.

Величина нагрузки, при­ходящаяся на единицу площади, называется интенсивностью на­грузки. Она обозначается обычно р и измеряется в н/м². Единица давления — паскаль. Па=1 Н/ м².

Нагрузка, распределенная по поверхности, приведенная к главной плоскости, в результате распределяется по линии и называется

погонной нагрузкой. Интенсивностью такой нагрузки (н/м) называют величину нагрузки, приходящуюся на единицу длины линии.

Интенсивность может быть переменной по этой длине. Характер изменения нагрузки обычно показывают в виде эпюры (графика) q. Погонную нагрузку измеряют в ньютонах на метр (Н/м)

Равнодействующая распределенной нагрузки числен­но ql и приложена в центре ее тяжести.

Если нагрузка распределена по небольшой часта поверхности тела, то ее всегда заменяют равнодействующей, которую называют сосредоточенной силой Р=

ql. Кроме того, встречаются на­грузки, которые могут быть представлены в виде сосредоточенного момента (пары сил)

Объемные или массовые силы приложены в каждой точке объема, занятого телом. например: собственный вес, силы инерции дви­жущегося тела и пр.

Собственный вес деталей или частей машин и сооружений обычно значительно меньше других нагрузок, действующих на них. По­этому, если нет особой оговорки, во всем дальнейшем изложении собственный вес принимать во внимание не будем.

В зависимости от характера приложения сил во времени разли­чают нагрузки

статические и динамические. Нагрузка считается статической, если она сравнительно медленно и плавно (хотя бы в течение нескольких секунд) возрастает от нуля до своего конеч­ного значения, а затем остается неизменной. При этом можно пре­небречь ускорениями деформируемых масс, а значит, и силами инерции.

Динамические нагрузки сопровождаются значительными ускоре­ниями как деформированного тела, так и взаимодействующих с ним тел. При этом возникают силы инерции, которыми нельзя прене­бречь. Динамические нагрузки делят на мгновенно приложенные, ударные и повторно-переменные.

Нагрузка считается мгновенно приложенной

, если она возрастает от нуля до своего конечного значения в течение очень короткого промежутка времени (долей секунды). Такова нагрузка при воспла­менении горючей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания или при трогании с места железнодорожного состава.

Для ударной нагрузки характерно то, что в момент ее приложе­ния тело, вызывающее нагрузку, обладает определенной кинети­ческой энергией. Такая нагрузка получается, например, при за­бивании свай с помощью копра, в деталях механического кузнеч­ного молота и т. д.

Многие детали машин (шатуны, валы, оси железнодорожных вагонов и пр.) подвержены действию нагрузок, непрерывно и перио­дически меняющихся во времени. Такие нагрузки называют повторно-переменными. Они, как правило, сопряжены с циклически повто­ряющимися движениями детали. Это возвратно-поступательное движение штока поршня, колебания элементов конструкций и др.

Объемные приложены к каждой точке тела (например, силы веса).

Поверхностные приложены к поверхности тела. Это заданные силы: сосредоточенные и распределенные, силы реакции связей.

Взаимодействие между частями рассматриваемого объекта внутри очерченной области объекта характеризуется внутренними силами.

Внутренние силы возникают при нагружении не только между отдельными взаи­модействующими узлами конструкции, но и между всеми смеж­ными частицами объекта.

Рассмотрим некоторое тело, имеющее форму бруса (рис. 3, а). Пусть к нему приложена некоторая нагрузка, т. е. система внешних сил , удовлетворяющая условиям равновесия.

Рис 3

Внутрен­ние силы, возникающие в брусе, выявляются только в том случае если рассечь брус мысленно на две части, например, сечением

А. Такой прием выявления внутренних сил в сопротивлении материалов носит название метода сечений. Так как связи между частями устранены, необходимо действие правой части на левую и левой на правую заменить системой сил в сечении, т. е. ввести систему внутренних сил, которую мы обозна­чим символом (Ра) (рис. 3, б).

Таким образом, внутренние силы определяют взаимодействие между частицами тела, расположенными по разные стороны от мыс­ленно проведенного сечения. В различных сечениях возникают, естест­венно, различные внутренние силы.

Внутренние силы по принципу действия и противодействия всегда взаимны. Правая часть бруса действует на левую точно так же, как левая на правую, и система сил, возникающих в плоскости , обратна по знаку системе сил в плоскости А» (рис. 3, б).

Внутренние силы распределяются по поверхности проведенного сечения так, чтобы удовлетво­рялись условия равновесия для правой и левой частей бруса в от­дельности.

Поскольку система внешних сил удовлетворяет условиям равно­весия и, следовательно, равнодействующая внутренних сил (Ра)

в сечении А может определяться с равным успехом из условий равновесия либо левой, либо правой части рассеченного тела.

Внутренние силы должны быть распределены по сечению так, чтобы деформированные поверх­ности сечения А при совмещении правой и левой частей тела в точ­ности совпадали. Такое условие в сопротивлении материалов и в теории упругости носит название условия неразрывности деформа­ций. Можно показать, что система внутренних сил, удовлетворяющая условиям равновесия и условиям неразрывности деформаций, суще­ствует и является единственной.

Если все внешние силы заданы, то из уравнений равновесия можно определить только их равнодействующие, но не закон распределения внутренних сил.

Воспользуемся правилами статики и приведем систему внутренних сил к центру тяжести сечения. В результате получим главный век­тор R и главный момент М (рис. 4). Выберем далее систему коор­динат OХУZ. Ось z направим по нормали к сечению, а оси х и у расположим в его плоскости. Спроектировав главный вектор силы и глав­ный момент на оси

х, у, z, получаем шесть составляющих: три силы и три момента. Эти составляющие называются внутренними сило­выми факторами.

Рис 4

Составляющая внутренних сил по нормали к сечению () назы­ваетсянормальной или продольной силой в сечении. Силы Q_x и Q_y называются поперечными силами, — крутящим моментом, -изгибающими моментами относительно осей Ох и Оу.

2.3. Внешние и внутренние силы. Закон сохранения импульса

Тела, входящие в систему, могут взаимодействовать как между собой, так и с телами, не принадлежащими данной системе. В соответствии с этим силы, действующие на тела замкнутой системы можно разделить на внутренние и внешние. Силы, с которыми на данное тело воздействуют остальные тела замкнутой системы, называются внутренними ().

Внешние силы – это силы, обуслов-ленные воздействием тел, не принадлежащих системе ().

Второй закон Ньютона для такой системы запишется в виде

, (2.15)

где — суммарный импульс тел, входящих в замкнутую систему,- сумма внутренних сил системы тел,- сумма внешних сил, действующих на тела системы.

2 1 3 Рис.2.7

Пусть мы имеем замкну-тую систему, состоящую из трех тел (рис. 2.7). Внешние силы обозначим , внут-ренние. По третьему закону Ньютона , , .

Запишем для каждого из трех тел уравнение второго закона Ньютона в следующем виде (2.15):

;

;

.

Сложим все три уравнения вместе. Сумма всех внутренних сил будет равна нулю, согласно третьему закону Ньютона, вследствие чего

или

.

В случае, если система замкнута, то внешние силы отсутствуют

,

тогда , т.е..

Этот результат легко обобщить на систему, состоящую из произвольного числа тел. Уравнение второго закона Ньютона для n-тел можно представить следующим образом:

.

Складывая эти уравнения с учетом того, что , получим

.

Т. е. производная по времени от полного импульса системы равна векторной сумме всех внешних сил, приложенных к телам системы. Для замкнутой системы правая часть уравнения равна нулю, вследствие чего не зависит от времени. В этом и состоит закон сохранения импульса, который формулируется следующим образом: полный импульс замкнутой системы не изменяется.

В основе сохранения импульса лежит однородность пространства, т.е. одинаковость свойств пространства во всех точках. Одинаковость следует понимать в том смысле, что параллельный перенос замкнутой системы из одного места пространства в другое без изменения взаимного расположения и скоростей частиц не изменяет механические свойства системы (предполагается, что на новом месте замкнутость системы не нарушается).

3. Работа и энергия

3.1. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл

Если точка приложения силы (F=сonst) совершает элементарное перемещение (рис.3.1), то сила F совершает элементарную работу

,

, (3. 1)

где  —угол между векторамии.

Fn  Fs s Рис.3.1

Таким образом, в случае произвольно направленной силы, работа численно равна произ-ведению силы Fна перемещение ее точки приложения и косинуса угламежду направлением силы и перемещения. Работа характеризуется лишь

численным значением и поэтому представляет собой величину скалярную. Произведение модулей векторов ина косинус угла между ними называется скалярным произведением векторов и обозначается как

.

Из равенства (3.1) следует, что работа представляет собой скалярное произведение вектора силы и вектора перемещения

. (3.2)

В зависимости от угла работа может быть положительной (), отрицательной () и равной нулю ().

Пусть на тело одновременно действует несколько сил, результирующая которых равна

.

Работа, совершаемая результирующей силой на пути ds, запишется в виде

,

т. е. работа результирующей нескольких сил равна алгебраической сумме работ, совершенных каждой из сил в отдельности.

В выражении (3.2) заменим элементарное перемещение , получим выражение для элементарной работы в виде

или

, (3.3)

где F_— проекция вектора силы на направление скорости.

Интегрируя (3.3) найдем выражение для работы, совершаемой за промежуток времени от t₁доt₂

.

Аналогично, заменив скалярное произведение в выражении (3.2) и взяв интеграл, получим, что

. (3.4)

C x1 D x2 O B E Рис. 3.2

Рассчитаем работу, которую совершает упругая сила , при перемещении тела из точки С в точку В по различным путям (рис.3.2). Работа на участке пути СDВ согласно (3.1) и (3.4) равна ;

.

На участке СD косинус угла между направлением силы и перемещения равен 1, так как ||, на участке DВ сила перпендикулярна перемещению и косинус угла равен нулю. Поэтому работа упругой силы на участке СDВ определяется интегралом

(3.5)

Работа упругой силы на участке СЕВ равна

;

;

, (3.6)

так как косинус угла между направлением силы и перемещением равен 1 на участке ЕВ и нулю на участке СЕ.

Сопоставляя выражения (3.5) (3.6) можно сделать вывод, что работа упругой силы не зависит от пути, по которому произошло перемещение, а определяется только положением начальной и конечной точек перемещения.

Из определения работы (3.1) можно установить единицы её измерения. В системе СИ единицей работы является джоуль (Дж):

[А]=Дж=Нм.

Джоуль – это работа силы в 1 Н на пути 1 м.

Работа, совершаемая в единицу времени, называется мощностью:

или,

где dA- работа, совершаемая за времяdt.

Единица мощности в системе СИ – ватт (Вт):

.

Приняв во внимание, что есть скорость, получим

.

Таким образом, мощность равна скалярному произведению силы на скорость точки приложения силы.

Exhaustive Insight — Lambda Geeks

Внешние и внутренние силы — две основные категории сил. Внешние силы далее подразделяются на контактные и бесконтактные.

Как следует из самого названия, внешняя сила — это сила, которая воздействует на систему через окружение. Системе требуется сила, чтобы ускориться или изменить ее кинетическую энергию, окружение обеспечивает эту внешнюю силу для системы. Давайте подробно обсудим примеры внешних сил.

Примеры внешних сил

• Сила трения
• Нормальная сила
• Сила натяжения
• Приложенная сила
• Сопротивление воздуха
• Подъемная сила

Когда два движущихся тела совершают движение относительно друг друга, и поверхности этих двух тел входят в контакт, возникает трение. Это трение оказывает некоторую силу на оба тела и пытается остановить их движение или помогает им двоим ускориться.

Трение — это саморегулирующаяся внешняя сила, поэтому она регулируется в зависимости от потребности в движении. Трение — это неуравновешенная сила, которую в основном делят на два типа.

• Статическое трение — это трение между поверхностями двух тел, когда тела не движутся относительно друг друга. Статическое трение в основном зависит от характера характера и нормальной силы. Если поверхность гладкая, статическое трение минимально, а грубое статическое трение максимально.
• Кинетическое трение – это трение между двумя телами, когда они находятся в движении. Когда внешняя сила превышает значение трения покоя, тело начинает двигаться, а трение между поверхностью и телом уменьшается; это уменьшенное трение является кинетическим. Величина кинетическое трение меньше статического трение.

Изображение кредита: Polyvore, общественное достояние, через Wikimedia Commons

Нормальная сила — это сила, с которой цветок действует на тело, стоящее над этим цветком. величина нормальной силы равна весу тела, а направление перпендикулярно поверхности, над которой стоит тело. Рассмотрим брусок массы М на горизонтальной поверхности, направление нормальная сила перпендикулярна поверхности, а величина силы, действующей на этот брусок, равна

Здесь N — нормальная сила на блоке.

          M- Масса блока 

          g — ускорение под действием силы тяжести Земли

Изображение предоставлено: 老陳, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3. 0, через Wikimedia Commons

Чтобы создать натяжение струны, мы натягиваем струну, веревку или трос за два конца. Напряжение играет решающую роль в подтягивании тяжелого веса или подвешивании веса на определенной высоте. Напряжение – это контактная сила который передается по веревке или кабелю и тянет или удерживает объект.

Когда мы тянем определенный объект с помощью веревки или троса, мы можем изменить направление приложенной силы с помощью шкива, и в этой системе натяжение с обеих сторон струны одинаковое. Если груз подвешен к потолку с помощью двух веревок и находится в устойчивом состоянии, то по этой причине натяжение струны можно рассчитать с помощью теоремы Лами; в противном случае для расчета натяжения используется второй закон движения Ньютона.

Изображение предоставлено: FJGAR (BIS), CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, через Wikimedia Commons

Это внешняя сила, непосредственно приложенная к телу человеком или другим телом. Эта сила отвечает за ускорение тела, и эта сила неконсервативна. Рассмотрим деревянный брусок массы M, стоящий на горизонтальной поверхности. Блоку требуется некоторая внешняя сила, чтобы переместиться из своего положения, поэтому, когда мы прикладываем силу к блоку, он начинает ускоряться в направлении силы.

В повседневной жизни мы используем эту силу в основном для того, чтобы сдвинуть или сдвинуть вещи с их места. Мы можем получить механическое преимущество, используя простые механизмы, такие как рычаг и осевое колесо.

Где, м- масса объекта

а- ускорение объекта

Что произойдет, если мы уроним перо с определенной высоты? Почему он падает медленнее, чем камень того же веса? Почему он не может упасть прямо на землю? Ответ на все эти вопросы сопротивление воздуха или лобовое сопротивление. Всякий раз, когда объект падает с определенной высоты или движется с определенной скоростью, воздух прикладывает силу сопротивления к объекту в направлении, противоположном движению. его сила сопротивления называется сопротивлением воздуха

Сопротивление воздуха также является внешней силой, поэтому по своей природе это неконсервативная и диссипативная сила. Небоскребы, такие как Бурдж-Халифа, также сталкиваются с сопротивлением воздуха, поэтому, чтобы избежать этого сопротивления, конструкции строятся таким образом, чтобы сопротивление воздуха было минимальным.

Для расчета сопротивления воздуха используются следующие формулы:

Где c — силовая постоянная

V — скорость объекта

Изображение кредита: Якопо Бертолотти, CC0, через Wikimedia Commons

Вы когда-нибудь задумывались, почему в воде нам легче, чем на земле? Это происходит потому, что вода оказывает давление на поверхность тела. По мере того, как мы погружаемся в воду, давление начинает расти. Давление на нижнюю часть погружаемого тела выше, чем на верхнюю часть, и из-за этой разницы давлений корпус толкается к поверхности воды.

выражение для выталкивающая сила является,

Where ρ- density of fluid

g- ускорение свободного падения

V_f-объем вытесненной жидкости

Изображение предоставлено: Луис Хавьер Родригес Лопес, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons. org/licenses/by-sa/3.0/, через Wikimedia Commons

Часто задаваемые вопросы

Что такое внутренняя сила?

Силы делятся на внутренние и внешние на основе их взаимодействия с системой.

 Сила, которая действует на систему изнутри и вызывает изменение в системе или противодействует изменению в системе посредством внешней силы, называется внутренней силой. внутренние силы создаются внутри системы, и они не могут вызвать внешние изменения в системе, такие как ускорение системы или изменение кинетической энергии системы.

Почему внешние силы неконсервативны?

Причина внешних сил, также называемых неконсервативными силами, заключается в следующем.

Внешние силы зависят от пути, по которому происходит движение системы, поэтому они не имеют потенциальной энергии. Точно так же внешние силы являются диссипативными, что означает, что в течение определенного периода система теряет энергию, поэтому энергия системы не сохраняется. Поэтому их еще называют неконсервативными силами.

Гравитация — это внешняя сила?

Игровой автомат внутренняя и внешняя сила зависит от изучаемой системы

Гравитационная сила — это сила притяжения между двумя частицами системы. В гравитационной силе мы изучаем взаимодействие между двумя или более частицами. Кроме того, полная энергия сохраняется в гравитационной силе. Следовательно, гравитация внутренняя сила.

Понятие о нагрузках. Внешние и внутренние нагрузки.

Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 16Следующая ⇒ Активные и реактивные нагрузки.   Все нагрузки, действующие на тело с внешней стороны границы тела, называются внешними. Сила Р (рис.3.4) – внешняя по отношению к телу. Но при ее приложении со стороны опоры на тело будет действовать сила R. Она также внешняя, т.к. расположена с внешней стороны тела. Силы P и R различны по своей природе. Сила P – первична, она начала действовать на тело и поэтому она является внешней активной, а сила R возникла как реакция опоры на силу Р. Поэтому она называется внешней реактивной. Опору иногда называют «связью». Рис.3.4 Внешние силы Р и R уравновешиваются силами N – внутренними. Внутренние силы начинают действовать только в ответ на действия внешних сил. Они друг друга уравновешивают в каждый момент времени и с течением времени могут изменяться. Внешние нагрузки подразделяются на собственно силы и моменты сил и бывают сосредоточенным (т.е. приложенным в точке) ираспределенными по длине, поверхности (напр., снег на крыше) или объему (например, вес тела). Нагрузки бывают статическими(т.е. практически не изменяющимися во времени) и динамическими (т.е. переменными во времени). Замечание: Статические силы если и изменяются, то столь медленно и плавно, что возникающими при этом ускорениями движущихся масс можно пренебречь. При статическом нагружении можно считать, что нагрузки во всех точках тела воспринимаются одновременно. При динамическом нагружении возникают значительные инерционные силы, которые нужно учитывать наряду с другими нагрузками В сопротивлении материалов изучают действие только уравновешенных систем внешних и внутренних сил. Сосредоточенные силы P измеряются в [Н], [кН], а сосредоточенные моменты M имеют размерность [Нм], [кНм], интенсивность распределенной по линии нагрузки q измеряется в [Н/м], [кН/м], по площади -в [н/м2], [кн/м2], по объему -в [н/м3], [кн/м3]. Метод сечений. Одной из основных задач сопротивления материалов является нахождение внутренних силовых факторов по заданным внешним нагрузкам. Тогда можно судить о прочности, жесткости и устойчивости конструкции. Для этого применяется «метод сечений», который состоит из 4-х этапов. Пусть имеем тело, на которое действуют уравновешенные внешние нагрузки (рис.3.5). Необходимо определить, какие внутренние силы возникают в произвольном поперечном сечении.     Рис.3.5   1. Рассекаем тело в интересующем нас сечении (рис.3.6)   Рис.3.6   2. Отбрасываем одну из частей тела (рис.3.7) Рис.3.7   3. Заменяем действие отброшенной части на оставшуюся часть неизвестными внутренними силовыми факторами (рис3.8). При этом неизвестные внутренние силовые факторы переводятся во внешние. R–равнодействующая всех неизвестных внутренних сил с двумя проекциями Ry и Rz, а М – суммарный момент всех неизвестных внутренних моментов.     Рис.3.8   4.Составляем уравнения равновесия статики. Получаем систему линейных уравнений с тремя неизвестными Ry, Rz и M, решая которую, находим искомые внутренние силы в поперечном сечении. Начальные буквы этих этапов образуют аббревиатуру «РОЗУ», которая помогает запомнить основные этапы метода сечений. ⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒ Читайте также:  Где возникла философия и почему? Относительная высота сжатой зоны бетона Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии Тарифы на перевозку пассажиров 

Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 1106; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia. su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 176.9.44.166 (0.01 с.)

Страница не найдена

Поиск по сайту Авторизация Логин: Пароль: Запомнить меня Регистрация Забыли свой пароль? Войти как пользователь:

Главная  >  Образование  >  Кафедры  >  Кафедра теоретической механики Институт Сведения об Институте Институт Об Институте Реквизиты организации Противодействие коррупции Документы Наука Наука Научная деятельность ИГиЛ Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека Общая информация и правила пользования История библиотеки Новые поступления Информационные ресурсы Заказ литературы по МБА Каталог книг и продолжающихся изданий Каталог отечественной периодики Каталог иностранной периодики Каталог трудов сотрудников Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Новости Контакты Библиотека Технологии Технологии ИГиЛ Филиал ЦКП «Механика» Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека Вакансии Профсоюзный комитет Новости и объявления Организационно-финансовый сектор Социальное партнерство Охрана труда Социальные вопросы Жилищные вопросы Культурно-массовая работа Спортивно-оздоровительная работа Состав профкома Ссылки О нас пишут Отзывы Новости Контакты Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека Гражданская оборона Обучение сотрудников Института Институт Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека История Института Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека Филиал ЦКП «Механика» Структура Структура Института Структура Структура Института Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Семинары и конференции Семинары и конференции ИГиЛ Семинары и конференции Семинары и конференции ИГиЛ Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека Наука Научная деятельность ИГиЛ Технологии Технологии ИГиЛ Образование Образование в ИГиЛ Образование (основные сведения) Документы Кафедры Аспирантура Института Диссертационные советы Объявления Материально-техническое обеспечение НОЦ Клуб юных техников Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека Опытное производство филиала Опытное производство Продукция опытного производства Контакты опытного производства Конструкторский отдел Участок штамповки Взрывные камеры Новости Контакты Сотрудники Совет научной молодежи Страница совета научной молодежи Института Библиотека

Семинары Оценка результативности ИГиЛ СО РАН 2013-2015 гг Программа развития ИГиЛ СО РАН Заключение РАН по Программе развития

За счет чего возникает сила, действующая на тело? — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении. .. Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре… Динамика и детерминанты показателей газоанализа юных спортсменов в восстановительном периоде после лабораторных нагрузок до отказа… Интересное: Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все… Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны… Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

За счет чего возникает сила, действующая на тело? Если тело движется равномерно и прямолинейно, то: · Либо на него не действуют никакие силы · Либо действуют 2 силы: сила тяги и сила трения. Они уравновешивают друг друга по 3 закону. Какие силы называют внутренними, а какие внешними? Внутренние силы – это такие силы, которые действуют сразу на все атомы передвигаемого предмета независимо от того, где они находятся: на поверхности или в середине предмета. К этим силам относятся сила инерции и сила покоя. Внешние силы – это такие силы, которые действуют только на поверхности предмета, не проникая внутрь. К этим силам относятся все силы, развиваемые материальным объектом. Какие системы тел называют замкнутыми? Механическая система называется замкнутой (или изолированной), если на неё не действуют внешние силы, т.е. она не взаимодействует с внешними телами. Как приращение импульса материальной точки связано с импульсом силы? О какой силе при этом идет речь? ; ; — 2 закон Ньютона ( — начальная скорость, V — конечная скорость) Изменение времени приводит к изменению импульса силы, и следовательно к изменению импульса тела: ( — конечная скорость спустя время dt)   Сформулируйте закон сохранения импульса для системы тел. Закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы тел остаётся постоянным при любых взаимодействиях этих тел между собой. Что такое работа силы? Что такое мощность? В каких единицах они измеряются? Работы силы (Дж) – это мера действия силыпри превращении механического движения в другую форму движения, зависящая от модуля и направления силы, а также от перемещения точки приложения силы. Мощность (Вт) – это физическая величина, измеряемая отношением работы к промежутку времени, в течение которого она произведена. Что такое кинетическая энергия материальной точки? С работой какой силы она связана и как? · Кинетическая энергия материальной точки – это мера механического движения точки, зависящей от скорости ее движения в ИСО. · Кинетическая энергия материальной точки – физ. величина, изменение которой = работе всех сил, действующих на материальную точку. Приращение материальной точки при ее перемещении из положения 1 в положение 2 = работе силы, действующей на точку на этом перемещении. 24. Какие силы называют консервативными? Приведите примеры таких сил. Консервативные силы — это силы, работа которых не зависит от вида траектории, точки приложения этих сил и закона их движения, и определяется только начальным и конечным положением этой точки. Примеры: сила тяжести, сила упругости, сила гравитации, кулоновская сила. За счет чего возникает сила, действующая на тело? Если тело движется равномерно и прямолинейно, то: · Либо на него не действуют никакие силы · Либо действуют 2 силы: сила тяги и сила трения. Они уравновешивают друг друга по 3 закону. Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни… Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой. .. Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства… Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций… 

5 важных фактов, которые вы должны знать — Lambda Geeks

Силы можно разделить на внутренние и внешние силы. Мы будем обсуждать типы последней, которая является внешней силой.

Внешняя сила действует между телом и окружающей средой. Это происходит, когда сила приложена к какому-либо объекту извне и является неконсервативной. Изменение скорости является основным эффектом, вызываемым внешними силами. Типы внешних сил:

• Сила трения
• Нормальная сила
• Сила сопротивления воздуха
• Приложенная сила
• Натяжение

Сила трения Сила трения

тело. Эта сила известна как Сила трения , Сила трения или Сила трения . Часть кинетической энергии тела преобразуется в тепловую энергию, чтобы препятствовать движению и теряться. Следовательно, сила трения не является консервативной.

Основным примером трения является удар молнии спички. Когда мы трём палку о поверхность, в игру вступает трение, которое преобразует кинетическую энергию в тепло, которое поджигает спичку. Трение также помогает нам ходить и писать.

Сила трения зависит от факторов; нормальная сила и коэффициент трения µ.

Простая формула трения:

[латекс]{F}=\mu .{N}[/латекс]

Где

Н — нормальная сила, действующая перпендикулярно поверхности

µ — коэффициент трения, и его значение полностью зависит от поверхности.

Сила трения может быть классифицирована на четыре категории:

• Статическое трение
• Стрельбы
• ДОЛЖЕНИЕ ТРЕЗОВАНИЯ
• ТРИЗКИ ​​Жидкости

Нормальная сила

. от падения и в стабильном положении. Он вступает в действие только тогда, когда тело и поверхность соприкасаются друг с другом. Например, книга, лежащая на столе, испытывает силу тяжести вниз, но не падает. Нормальная сила тянет вверх, чтобы удержать его от падения. Он создается поверхностью объекта. На каждый объект, даже на человека, действует нормальная сила, и это неконсервативная сила.

Из диаграммы видно:

[латекс]Н=мг[/латекс]

Где,

Н — нормальная сила

м — масса тела

г — ускорение свободного падения .

Из диаграммы свободного тела:

Разделив W на две составляющие, получим:

[латекс]N=mgcos\Theta[/латекс]

Здесь

Н = нормальная сила

m = масса

g = ускорение свободного падения

Θ = угол между наклонной поверхностью

Сила сопротивления воздуха

Внешняя сила, создаваемая телом, летящим или движущимся по воздуху, называется силой сопротивления воздуха или сопротивлением воздуха. Он действует в направлении, противоположном движению объекта. Сопротивление также возникает из-за столкновения молекул воздуха с поверхностью объекта. Следовательно, эта сила зависит от двух факторов; скорость движущегося тела и площадь тела. Именно поэтому все самолеты и птицы имеют обтекаемую переднюю часть для уменьшения площади, что приводит к меньшей силе сопротивления воздуха и, следовательно, к их легкому движению. 9{2}[/latex]

Здесь

F _воздух = сила сопротивления воздуха

c = постоянная силы

v = скорость объекта

Знак минус указывает, что направление силы сопротивления воздуха равно противоположно движению объекта.

Приложенная сила

Простое внешнее толкающее и тянущее усилие, прикладываемое к объекту, называется приложенной силой. Он стремится переместить тело в состоянии покоя или изменить скорость движущегося тела. Приложенную силу можно разделить на контактную и бесконтактную. Контактная сила является видом внешней силы. Приложенная сила может быть дифференцирована как:

• Тянуть : Когда применяется сила для перемещения объекта на себя. Пример: Тянуть за веревку

• Толчок : Когда сила прикладывается таким образом, чтобы переместить объект вперед и от себя. Пример: Толкание ящика.

• Столкновение : когда два тела сталкиваются друг с другом, они оба действуют друг на друга с силой. Столкновение имеет тенденцию изменять скорость и направление сталкивающихся тел. Удар может быть упругим и неупругим.

Изображение предоставлено: I, Шараянан, Упругое столкновение, CC BY-SA 3.0

Согласно второму закону движения формула приложенной силы:

[латекс]F=ma[/латекс]

Где,

F = приложенная сила

m = масса тела

a = создаваемое ускорение.

Натяжение

Когда к любой веревке, кабелю, веревке или подобному объекту прикреплен груз, тянущее усилие действует по длине объекта в направлении вверх. В физике эта сила известна как напряжение. Важно помнить, что напряжение не действует само по себе; он должен быть предоставлен системе. Объясняя понятие силы натяжения, мы считаем струну безмассовой, так что приложенное натяжение одинаково передается всей струне. Некоторые из примеров силы натяжения:

• Перетягивание каната
• Буксировка автомобиля
• Перетягивание ящика с помощью веревки.

По свободной диаграмме формула для растяжения может быть определена как:

[латекс]T=мг[/латекс]

Где,

T= сила растяжения

m=масса тела

г = ускорение свободного падения

Типы силы трения

Статическое трение

Статическое трение возникает, когда тело и площадь поверхности находятся в состоянии покоя по отношению друг к другу. Эта сила помогает объекту избежать любого триггера, вызванного приложенными силами. Объект приходит в движение только тогда, когда приложенная сила превышает статическую силу.

Основным примером статического трения является толкание тяжелого ящика. Статическое трение не позволяет ящику двигаться. Только когда два или три человека собираются вместе и прикладывают большую силу, чем статическое трение, коробка движется.

Другие примеры:

• Книга на столе
• Одежда, висящая на вешалке
• Автомобиль, припаркованный на холме

Величина трения покоя рассчитывается по формуле:

[латекс]F_{s }=\mu _{s}.N[/латекс]

Для перемещения объекта неравенство имеет вид:

[латекс]F\leq \mu _{s}.N[/латекс]

Здесь

F _с — трение покоя

µ _s — коэффициент статического трения

Н — нормальная сила, действующая перпендикулярно поверхности

Трение скольжения

трения скольжения.

Примером трения скольжения является катание на коньках. Когда человек толкает коньки вперед, прикладывая свой вес, создается трение скольжения. Он генерирует тепловую энергию, которая плавит лед и облегчает скольжение конька.

Еще один пример трения скольжения:

• Скольжение книги по столу
• Трение тряпки о прилавок
• Скольжение по горке
• Скольжение автомобиля по пандусу

Формула трения скольжения задается как:

[латекс]F_{S}= \mu _{S}.N[/латекс]

Здесь

F _с = трение скольжения

µ _с = коэффициент трения скольжения

N = нормальная сила

Трение качения

Трение, действующее на тело, когда оно катится по поверхности, известно как трение качения или сопротивление качения. Когда объект катится по поверхности, оба они деформируются в точке контакта, что приводит к движению под поверхностью.

Благодаря трению качения катящийся шар через некоторое время останавливается. Без трения мяч будет катиться вечно. Другие примеры трения качения:

• Колеса всех транспортных средств создают трение качения
• Катание карандаша

Формула трения качения:

[латекс]F_{r}=\mu _{r}. N[/латекс]

Где,

F _r – трение качения

µ _r – коэффициент трения качения

Н – нормальная сила

Жидкостное трение

Трение не только противодействует движению твердых тел. Когда слои жидкости скользят друг относительно друга, между ними возникает трение, известное как жидкостное трение. Он также ограничивает перемещение других объектов в жидкость.

Жидкостное трение сдерживает движение пловцов, поэтому для плавания в воде требуется много энергии. Кроме того, вода, обтекающая их тела, возникает из-за жидкостного трения. Другими примерами этого трения являются:

• Размешивание ложки в кофе или молоке
• Движение подводной лодки по воде.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Что такое внешняя сила?

На тело может воздействовать сила двумя способами: внешнее и внутреннее.

Известно, что сила, действующая извне на любой объект, является внешней силой. Это может быть контактная сила, а также бесконтактная сила. В основном внешняя сила является контактной силой и вступает в действие, когда объект взаимодействует с окружающей средой. Толкание стола и автомобиля — вот некоторые примеры внешней силы .

Является ли внешняя сила консервативной или неконсервативной?

Закон сохранения энергии классифицирует силу как консервативную и неконсервативную.

Когда на объект действует внешняя сила, выделяется энергия и над ним совершается работа. При выполнении работы часть энергии рассеивается. Следовательно, полная энергия до и после приложения силы не остается неизменной. Следовательно, внешняя сила неконсервативна.  

Какие бывают виды внешней силы?

Внешняя сила бывает следующих пяти типов:

• Трение
• Напряжение
• Нормальная сила
• Сопротивление воздуха
• Приложенная сила.

Каково воздействие внешней силы?

Внешняя сила обычно стремится изменить скорость движущегося тела.

Каковы преимущества трения?

Противодействующая сила, действующая на движущийся объект, называется трением.

Трение – необходимое явление, облегчающее нашу повседневную работу. Когда мы идем по земле, трение, вызванное землей на наших ногах, помогает при ходьбе, подталкивая нас вперед. Это также помогает нам писать, кататься на лыжах и многое другое .

Как трение может быть невыгодным?

Трение делает нашу повседневную работу возможной, но оно также наносит ущерб.

Противодействие, создаваемое трением движущегося тела, осуществляется путем преобразования кинетической энергии в тепловую. Тепло вызывает ненужный износ объектов, а также снижает эффективность работы машин. Чтобы подавить трение, требуется много энергии.

Исчерпывающая информация – Lambda Geeks

В этой статье мы обсудим, в чем разница между внутренними и внешними силами.

Внутренние силы — это силы, действующие изнутри системы, тогда как внешние силы — это силы, действующие на систему из окружающей среды.

Разница между внутренними и внешними силами

Внутренние силы	Внешние силы
Сила, испытывающая в пределах системы, в пределах системы, не известная в пределах системы, не известная в пределах системы, не известная в пределах системы, не известная в рамках системы, не известная в пределах ни одной системы.	Сила, действующая на систему из окружающей среды из-за внешних факторов, называется внешней силой.
Центр масс системы неподвижен, так как импульс системы отсутствует.	Центр тяжести изменяется со временем, поскольку система набирает скорость под действием внешних сил.
Энергия поддерживается в форме механической энергии.	Механическая энергия преобразуется в кинетическую или потенциальную энергию системы.
Внутренняя сила является консервативной силой.	Внешняя сила не является консервативной силой.
Внутренние силы, действующие в системе, направлены в противоположные друг другу направления, силы уравновешиваются, и, следовательно, в системе не совершается результирующая работа.	Внешние силы действуют в направлении приложенной силы, и работа совершается.
Некоторыми примерами внутренних сил являются гравитационная сила, магнитная сила, электрическая сила, сила пружины и т. д.	Примерами внешних сил являются сила трения, приложенная сила, нормальная сила, сила натяжения, сопротивление воздуха и т. д.

Что такое внутренняя сила?

Внутренняя сила, действующая внутри объекта, не вызывает ускорение покоящегося объекта, но существуют внутренние действия, приводящие к изменению энергии системы.

Внутренние силы – это силы, действующие внутри системы, которые могут быть обусловлены дипольным моментом, движением молекул или заряженных частиц, плотностью и т. д. Примерами внутренних сил являются гравитационная сила, электрические и магнитные силы, сила пружины, и т. д.

Благодаря внутренним воздействиям потенциальная или кинетическая энергия объекта изменяется на механическую энергию объекта, сохраняемую системой. Поскольку ускорение объекта из-за внутренних сил равно нулю, это означает, что у объекта нет импульса, и, следовательно, работа, совершаемая системой, всегда равна нулю, а механическая энергия также сохраняется. Следовательно, внутренняя сила является консервативной силой.

Как внутренние силы действуют на систему?

Внутренние силы в системе действуют в направлении, противоположном друг другу, таким образом, компенсируя и приводя к нулевому выходу.

Внутренние силы, по-видимому, в основном сопротивляются изменениям, вызванным внешними силами или в ответ на внешние факторы, которые могут быть вызваны взаимодействием электрического поля, магнитного поля или изменением температуры.

Когда на проводник действует электрическое поле, заряженная частица движется по спирали, но не вызывает никаких внешних изменений объекта и не вызывает ускорения центра масс. Движение заряженной частицы вызывает создание магнитного поля из-за вращения электрической частицы.

При введении материала с магнитными характеристиками в магнитное поле диполи располагаются в направлении поля. Линии магнитного потока, пересекающие внутреннюю часть, заставляют магнитные спиновые диполи выравниваться в соответствии с полем.

На объект всегда действует сила гравитации Земли, зависящая от массы объекта.

Что такое внешняя сила ?

Внешние силы – это силы, действующие на систему из-за внешнего воздействия.

Внешние силы заставляют объект смещаться или сопротивляться движению ускоряющегося объекта. К некоторым внешним силам относятся приложенная сила, сопротивление воздуха, сила натяжения, нормальная сила, сила трения и т.д. в кинетическую энергию, которая используется для ускорения объекта до тех пор, пока он не испытает силу сопротивления его движению, благодаря которой кинетическая энергия снова преобразуется в потенциальную энергию.

Работа совершается в направлении приложенной силы. Если проделанная работа положительна, это означает, что система получает энергию в виде потенциальной энергии или кинетической энергии, а если система теряет энергию, то проделанная работа отрицательна.

Как внешние силы действуют на систему?

Согласно Первому закону движения Ньютона, «объект будет находиться в состоянии покоя при непрерывном движении с постоянной скоростью до тех пор, пока на тело не будет воздействовать какая-либо внешняя сила».

Внешняя сила необходима либо для ускорения тела, либо для сопротивления движению объекта. Это может быть приложенная сила, нормальная сила из-за веса системы, сила из-за сопротивления воздуха или сила трения, действующая на тело, которое сопротивляется движению тела, тянущего его назад.

Равная и противоположная сила, действующая на объект в направлении, противоположном нормальной силе из-за веса и геометрии, и по всей длине объекта, является силой растяжения. Эта сила создается по всей длине тела, когда к материалу прикладывается нагрузка.

Примеры

Давайте обсудим несколько примеров, чтобы понять внутренние и внешние силы, действующие на объекты.

Рассмотрим автомобиль, взбирающийся на холм. T — сила растяжения, N — нормальная сила, сила трения и сопротивления воздуха, действующая назад, и сила тяжести, действующая на землю от центра тяжести.

Автомобиль взбирается на холм

Чтобы автомобиль взобрался на более крутой холм, ему необходимо придать большее ускорение. Чем круче уклон дороги, тем больше вам нужно обеспечить ускорение, потому что внутренняя сила гравитации направлена ​​назад, а также сила трения и сопротивление воздуха тянут автомобиль вниз по склону.

Чем больше сила, действующая назад, тем такая же сила потребуется машине, чтобы подняться в гору; это создаст силу натяжения, действующую вперед, которая будет поддерживать ускорение автомобиля вперед.

Рассмотрим человека, толкающего груз массой m, сила тяжести, действующая на объект, равна mg. Нормальная сила действует против веса груза.

Человек, толкающий груз

Когда к объекту прикладывается сила, к поверхности объекта прикладывается сила трения одновременно с трением о землю . Чем больше масса объекта, тем больше будет действовать сила трения. Трение поверхности зависит от рисунка поверхности, меньшее трение будет производиться, если поверхность гладкая, чем больше шероховатость поверхности, тем больше будет сила трения на объекте, ускоряющемся на поверхности.

Сжатие и растяжение горных пород, образующих трещины на поверхности горных пород, происходит из-за термического воздействия и меняющихся погодных условий, вызывающих трещины и эрозию горных пород.

Трещины в камне из-за сжатия и растяжения, Изображение предоставлено: Pixabay

В холодную погоду молекулярное расстояние, из которого состоят камни, сокращается, тогда как жарким летом молекулярное расстояние увеличивается, что приводит к образованию трещин на камнях. . Это происходит только из-за внутренней активности, происходящей в составе породы из-за поглощения и излучения солнечных лучей.

Рассмотрим шкив с грузами, прикрепленными к обоим концам каната, m ₂ >m ₁ . Поскольку масса m ₂ больше m1, m ₂ будет ускоряться вниз. Из-за веса, приложенного к обоим концам веревки, сила натяжения будет создаваться по всей длине веревки.

Масса, закрепленная на шкиве

Сила, действующая на массу m ₁ , представляет собой сумму внешней силы, вызванной натяжением веревки из-за прикрепленной массы, и внутренней силы, вызванной силой тяжести , действующей вниз и определяемой соотношением,

F ₁ =T-m ₁ g

m ₁ a ₁ =T-m ₁ g

это отрицательно.

Сила, действующая на массу m ₂ , представляет собой силу тяжести, направленную в направлении ускорения массы и противоположную силе натяжения, действующей поперек каната от шкива.

F ₂ =m ₂ g-T

m ₂ a ₂ =m ₂ g-T

От каких внутренних и внешних сил зависит?

Внутренние и внешние силы в действительности зависят как от внутренних, так и от внешних факторов и величины силы, воздействующей на объект.

Внутренние силы внутри системы зависят от дипольных моментов, внутренней теплоты системы, излучательной способности, температуры системы и окружающей среды, состава, веса, плотности, расстояния между молекулами, составляющими систему, движения частиц в системе, геометрия системы, молекулярный состав, ковалентные связи между атомами, количество свободных частиц и т. д.

Внешние силы зависят от внешних свойств, влияющих на систему, например, насколько0007 приложенная сила, нормальная сила из-за веса и конфигурации, сила трения из-за поверхности, контактирующей с объектом, сопротивление воздуха, сила натяжения и т. д.

Подробнее о типах внешних сил: исчерпывающий анализ

Часто задаваемые вопросы

Какие силы действуют на плавающий на поверхности воды объект?

Сила, которая заставляет объект плавать на воде, является выталкивающей силой.

Выталкивающая сила действует вверх на объект из-за объема воды, которая является внешней силой, тогда как внутренняя сила объекта, которая является силой тяжести, всегда действует вниз.

Какие различные силы действуют на пулю, выпущенную из винтовки?

При выстреле пулей действует ускоряющая сила, равная и противоположная силе отдачи оружия.

Когда пуля находится в воздухе, пересекая столб воздуха, сопротивление воздуха тормозит движение пули, из-за чего в действие вступает сила трения, когда пуля проходит, касаясь воздуха, а сила тяжести действует вниз.

Какие силы действуют на спортсмена при беге?

Спортсмен может бежать благодаря силе гравитации, действующей вниз, и силе трения, предотвращающей падение атлета.

Самое главное, мышечная сила требуется спортсмену для ускорения его/ее тела, которая является внутренней силой, задействованной спортсменом.

Почему центр тяжести тела не меняется при приложении внутренних сил?

При ускорении объекта центр масс перемещается вместе с ним.

Объект не ускоряется из-за внутренних сил, поэтому центр тяжести остается постоянным.

Почему сила пружины является внутренней силой?

Усилие пружины помогает пружине восстановить свою первоначальную форму. Каждая пружина имеет разные пружинные константы.

Когда на пружину действует нагрузка, она растягивается, приобретая потенциальную энергию, которая преобразуется в кинетическую энергию, в то время как пружина пытается вернуться к своей первоначальной форме и размеру, в результате чего гармонические колебания.

49 Важные факты, которые вы должны знать – Lambda Geeks

Мы испытываем силу трения каждый день в нашей жизни. В этом посте мы подробно обсудим несколько примеров из нашей повседневной жизни.

Сила трения Примеры

• Скольжение объекта
• Перетаскивание тяжелого материала
• While you walk
• Rolling Ball stops automatically
• Friction experienced by a meteor while entering the earth’s atmosphere
• Climber plants
• The flow of чернила в ручках
• Глажка рубашки
• Перетягивание каната
• Шкив для забора воды из колодца
• Очистка поверхности жидкостями
• Парашютист

Скольжение объекта.

Примером силы трения является скольжение любого предмета по столу. Когда вы двигаете предмет по столу, он приходит в исходное положение через определенное время из-за силы трения.

Изображение предоставлено pixabay free images

Перетаскивание тяжелого материала.

Становится сложно перемещать тяжелые материалы ; мы должны применить силу , чтобы перетащить его. Это означает, что сила в противоположном направлении имеет большую величину, чем приложенная сила. Следовательно, чтобы сдвинуть этот материал, должна быть приложена сила, превышающая силу трения .

Изображение предоставлено: «Путешественник по миру» Мики Ситтига под лицензией CC BY 2.0

Пока вы идете.

Во время прогулки , мы обычно испытываем силу трения. Ходьба происходит только из-за наличия трения между ногами и землей. Это создает сцепление между ними, которое помогает нам двигаться вперед. Здесь сила, приложенная ногой, равна и противоположна силе трения, создаваемой землей.

Изображение предоставлено pixabay free images

Катящийся шарик автоматически останавливается .

Когда вы прикладываете к мячу силу , он начинает катиться, но через определенное время скорость мяча уменьшается, и он останавливается. Это изменение скорости происходит из-за сила трения.

Изображение предоставлено: «Rolling The Ball» от Dark Dwarf под лицензией CC BY-ND 2.0

Трение, испытанное метеором.

Прежде чем войти в атмосферу земли, метеоры испытывают высокую силу трения , и благодаря этому сгорают перед падением на поверхность земли.

Изображение предоставлено: «Леонид Метеор 2009» от Navicore под лицензией CC BY 2.0

Вьющиеся растения.

Многие вьющиеся растения в природе взбираются на поверхность деревьев с помощью силы трения . Как правило, для лазания они используют грубые поверхности, такие как ствол и кора дерева.

     Изображение предоставлено pixabay free images

Поток чернил в ручках.

Течение чернил в ручке происходит из-за силы трения, называемой трением жидкости. Поток жидкости через поверхности испытывает трение, а вязкость чернил снижается для разумной скорости потока.

 Изображение предоставлено pixabay free images

Глажка рубашки.

Без силы трения железный ящик будет скользить сквозь ткань, когда вы попытаетесь ее погладить. Действительно, трение — это явление, которое помогает оказывать давление на сморщенную ткань; здесь давление является одним из влияющих факторов трения и прямо пропорционально трению.

Изображение предоставлено: «Утюг с одеждой» от wuestenigel под лицензией CC BY 2.0

Перетягивание каната.

В игре перетягивание каната , в которую обычно играют как в забаву, две команды тянут друг друга с помощью твердой веревки между ними. Между рукой игроков и веревкой задействована большая сила трения .

Изображение предоставлено pixabay free images

Шкив для забора воды из колодца.

Сила трения между шкивом и канатом обеспечивает надежное сцепление ковша. В общем, чтобы достать воду из колодца, мы используем веревку и ведро, соединенное с помощью шкива. Трение помогает нам тянуть воду из колодца.

Изображение предоставлено: «Подача воды из деревенского колодца, Южная Суматра, Индонезия, 2006 г. Фото: Rani Noerhadhie/AusAID» из фотобиблиотеки DFAT под лицензией CC BY 2.0

Очистка поверхности с использованием жидкостей.

Некоторые жидкости обычно используются для мытья поверхностей, поскольку они помогают уменьшить силу трения между частицами пыли и поверхностью, делая поверхность чистой.

Изображение предоставлено: «Уборка пола» от tinafranklindg под лицензией CC BY 2.0

Skydiver.

Парашютист испытывает большую силу трения во время погружения с воздуха. Во время ныряния его скорость увеличивается на , и для выполнения таких трюков человек должен быть в хорошей физической и умственной форме.

  Изображение предоставлено pixabay free images

Примеры увеличения трения.

Если поверхность шероховатая, она испытывает больше трения и больше сцепления . Примеры увеличения трения следующие:

Распространение песка.

После дождя поверхность становится скользкой ; он сделан шероховатым за счет разбрасывания песка для увеличения трения , чтобы по нему было легко ходить.

             Изображение предоставлено: «130110-A-ON889-168» norfolkdistrict лицензируется в соответствии с CC BY 2.0

Шины с протектором.

шины транспортных средств имеют особый тип конструкции, называемый ступенями , которые видны на их поверхности. Это помогает увеличить трение между землей и шиной.

  Изображение предоставлено pixabay free images

Гимнастки.

Гимнасты обычно наносят на руки специальный грубый материал, чтобы получить надежный захват. Этот материал курса помогает увеличить трение между их руками и предметами, которые они используют для исполнения.

  Изображение предоставлено pixabay free images

Футбольные бутсы с шипами.

Футбольные бутсы оснащены уникальными шипами , которые увеличивают трение и помогают игрокам лучше сцепляться с землей и обувью. Если бы шипы не были спроектированы, существовала вероятность того, что они могли бы соскользнуть во время игры.

Изображение предоставлено pixabay free images

Кабадди-игрок вытирает руки песком.

Перед игрой в кабадди игроки обычно вытирают руки песком до увеличивают трение . Кроме того, это помогает им закрепиться на игроке противоположной команды.

Изображение предоставлено: «kabbadi kabbadi» от Unlisted Sightings под лицензией CC BY 2.0

Подошва обуви с бороздками.

Поверхность наших сандалий имеет бороздки — увеличивают трение , что помогает нам комфортно ходить по дорожке.

  Изображение предоставлено pixabay free images

Примеры уменьшения трения.

Мы создаем более гладкую поверхность , потому что она уменьшает трение и объекты перемещаются на большие расстояния с меньшим сцеплением. Примеры уменьшения трения :

Применение смазочных материалов.

Применяя смазочные материалы, такие как смазка или масло , мы можем уменьшить силу трения между движущимися частями двигателя транспортного средства. В результате уменьшается износ деталей и продлевается их срок службы.

   Изображение предоставлено: pixabay free images

Нанесение масла на дверные петли.

Наносим масло на дверные ручки на уменьшаем трение чтобы сделать движение плавным и легким. Применяемое здесь масло превращает сухое трение в жидкостное.

Изображение предоставлено: «Project 365 #311: 071118 Smooth Operator» от Comedy_nose под лицензией CC BY 2.0

Полировка поверхности.

Неровность поверхности можно уменьшить полировкой ; здесь полировка уменьшает трение , нанося масла на дверные ручки, чтобы сделать движение управляемым.

    Изображение предоставлено pixabay free images

Использование шарикоподшипника.

Шариковые подшипники обычно используются для уменьшения трения во вращающихся машинах . Хотя трение качения будет меньше трения скольжения, когда валы установлены на шарикоподшипниках, оно уменьшает трение .

Изображение предоставлено: «Сферические шарикоподшипники @ 100 Innovationer @ Tekniska Museet» от pellesten под лицензией CC BY 2.0

Путем оптимизации.

Обтекаемость тел уменьшает силу трения . Например, трение о воздух уменьшается благодаря конструкции обтекаемых корпусов самолетов; Точно так же гидравлическое трение уменьшается, если конструкция корпуса корабля обтекаема.

Изображение предоставлено: «Flying Little Birds» от KLDSRF под лицензией CC BY 2.0

Примеры с высоким коэффициентом трения.

Высокое трение обычно подходит для сухих и шероховатых поверхностей ; это очень высоко, что заставляет объекты замедляться. Примеры с высоким коэффициентом трения:

Езда на велосипеде по дороге.

Трение помогает двигаться, трогаться с места, останавливаться и поворачивать велосипед . Это высокое трение гарантирует, что вы не соскользнете с дороги. Благодаря высокому трению конструкция шин обеспечивает столь необходимое сцепление для цикла.

   Изображение предоставлено: pixabay free images

Износ обуви.

Высокое трение вызывает износ обуви . То самое трение, которое помогает нам ходить, если оно увеличивается, может повредить вашу обувь.

Тормоза автомобилей.

Шины автомобиля сделаны шероховатыми для увеличения трения . Тормоза автомобиля всегда работают за счет трения между колесом и тормозной колодкой. Здесь высокое трение помогает замедлить движение транспортного средства.

Изображение предоставлено pixabay free images

Потирание рук.

Потирание рук является повседневным примером сильного трения . Когда мы потираем руки, мы чувствуем, как наши руки становятся теплее; здесь высокое трение производит тепловую энергию, что дает нам ощущение тепла.

Геккон на стене.

Ящерица геккон — хороший пример высокого трения .
 С помощью силы трения ящерице-геккону будет легко взобраться на стену, потому что между ее ногами и поверхностью стены действует высокое трение.

Изображение предоставлено: «Ящерица-геккон на желтой стене» от MyStockPhotos отмечена CC0 1.0

Восхождение на скалу.

Когда человек пытается взобраться на скалу, он испытывает сильное трение . Эта сила трения помогает установить прочное сцепление между его ногами, руками и поверхностью камня. И это также предотвращает его от случайного скольжения.

 Изображение предоставлено: «Будущий военнослужащий взбирается на каменную стену» штаб-квартиры USACE, помечен CC PDM 1.0

Зажигание спички.

Когда мы проводим спичкой по шероховатой поверхности спичечного коробка, создается сильное трение , что вызывает зажигание спички . Это происходит за счет нагревательного эффекта трения .

Изображение предоставлено pixabay free images

Лесные пожары.

Лесные пожары возникают из-за сильного трения , возникающего при трении двух деревьев друг о друга. Это происходит из-за теплового эффекта трения, приводящего к пожару.

     Изображение предоставлено pixabay free images

Примеры с низким коэффициентом трения.

Низкое трение обычно воздействует на гладкие и влажные полы и обеспечивает движение предметов. Например, в следующих примерах обычно наблюдается низкое трение.

Ходьба по маслянистой или скользкой поверхности.

При ходьбе по мокрой или маслянистой поверхности становится трудно сохранять равновесие при ходьбе. Жидкость на поверхности снижает коэффициент трения (низкое трение), что приводит к слабому сцеплению ног с поверхностью, что приводит к несчастному случаю.

   Изображение предоставлено pixabay free images

Carrom Board.

Когда боек скользит по карамбольной доске , боек испытывает трение . Здесь сила трения есть малое трение , которое замедляет скорость бойка и иногда может сопротивляться его движению. Как правило, присыпка снижает трение и обеспечивает плавное движение бойка по поверхности.

 Изображение предоставлено: «Carrom — Flying Shot» Sanath’s лицензируется в соответствии с CC BY 2.0 9.0671

Полет птиц.

Летающие птицы являются естественным примером низкого трения. Это потому, что у птиц легкое и идеально сконструированное тело, чтобы уменьшить трение .

     Изображение предоставлено pixabay free images

Скольжение в парке развлечений.

Воспроизведение скольжения является примером трения скольжения . Скольжение уменьшает коэффициент трения и делает поверхность скользкой, что обеспечивает низкое трение и предотвращает падение и травмы. Таким образом, скольжение дает нам захватывающий опыт без какого-либо вреда.

Изображение предоставлено pixabay free images

Катание на санях.

Сани, скользящие по льду или ходьба по льду, являются примером кинетического трения . Лед, присутствующий на поверхности, уменьшает силу трения между человеком и поверхностью. Это низкое трение заставляет человека очень плавно скользить или скользить по поверхности.

Изображение предоставлено: «Держитесь, мальчики! {1982 киноизображение}» от tvdflickr под лицензией CC BY 2.0

Катание шара для боулинга.

Катание шара для боулинга является примером трения качения . Когда вы катите мяч по дорожке, мяч испытывает низкое трение, что позволяет легко перекатиться по дорожке и попасть в цель.

 Изображение предоставлено: «Ник пытается научить ее, как «катать» мяч». от JenCarole лицензируется в соответствии с CC BY-ND 2.0

Примеры ограничения трения.

Предельное трение — максимальное трение, которого достигает тело; после достижения этого значения тело движется дальше. Примеры предельного трения :

Автомобиль на склоне.

Транспортное средство на горе/холме не будет двигаться вниз при парковке , и это происходит из-за высокого значения предельного трения ; это заставляет автомобиль оставаться в состоянии покоя . В общем случае предельное трение прямо пропорционально массе тела.

Изображение предоставлено pixabay free images

Надпись на книге.

Мы можем писать на книге или чем-то еще из-за ограничения трения . Сила трения между ручкой и книгой заставляет частицы склеиваться на книге.

   Изображение предоставлено: pixabay free images

Перемещение объекта по земле.

Трудно передвигать тяжелый предмет. Это связано с тем, что когда приложенная сила увеличивает , статическое трение , а также увеличивает , и после того, как оно достигает значения предельного трения, объект начинает двигаться.

    Изображение предоставлено: «Думаю, я могу позволить этому скользить» Яна Сейна под лицензией CC BY 2.0

Толкание загруженного транспортного средства.

Толкать груженый автомобиль — очень сложная задача . Это связано с тем, что значение статического трения вначале очень высокое . Однако иногда оно достигает значения предельного трения, при котором становится менее трудно толкать транспортное средство.

Изображение предоставлено: «Вы должны карабкаться на фасад здания, даже когда проезжают две велорикши!» автор: shankar s, CC BY 2.0

Часто задаваемые вопросы |Часто задаваемые вопросы

Что такое сила трения?

Иногда нам трудно перемещать объекты.

Это потому, что противодействующая сила сопротивляется движению, такая сила называется трением, которое действует, когда две поверхности соприкасаются друг с другом. В результате уменьшается th e скорость тела в движении .

Что такое коэффициент трения?

Коэффициент трения всегда зависит от типа используемых материалов.

Коэффициент трения между поверхностями описывается как отношение предельного трения к нормальной силе, действующей между ними.

       Коэффициент трения =

Коэффициенты трения варьируются от нуля до больше единицы.

Что такое трение качения?

Трение качения — это сила трения, возникающая, когда объект катится по поверхности.

Эта сила трения обычно противодействует движению тела, которое катится по земле; i t зависит от массы тела. Например, это происходит, когда шар, цилиндр катятся по поверхности.

Что такое трение покоя?

Статическое трение — это сила трения, которая заставляет тело оставаться в состоянии покоя.

Сила трения возникает, когда мы пытаемся толкнуть неподвижный объект, фактически не нарушая относительного движения между телом и поверхностью.

Некоторые факторы, влияющие на трение, следующие:

• Характер скользящего объекта.
• Характер поверхности.
• Дизайн или форма объекта.
• Состояние вещества объекта.
• Площадь соприкасающихся поверхностей.
• Характер задействованного трения.

Перечислите некоторые преимущества и недостатки трения.

Some advantages and disadvantages of friction are as follows,

Advantages	Disadvantages
We can walk due to friction	Шины и колодки рвутся.
Трение между ручкой и бумагой помогает нам писать.	Трение между частями машин приводит к выделению тепла. Это может привести к повреждению машин.

Зачем спортсмену обувь с шипами?

Спортсмены, как правило, используют обувь с шипами, чтобы обеспечить надежное сцепление во время игры.

Обувь специально разработана для увеличения силы трения между землей и подошвой обуви из-за шипов.

4.1 Внешние силы – инженерная механика: статика

Глава 4: Твердые тела

Когда мы говорим «силы» в статике, мы обычно имеем в виду внешние силы (например, силы реакции, обсуждавшиеся в предыдущей главе) и внутренние силы (которые мы обсудим в главах 5 и 6). Обычно к внешним силам относятся:

• гравитационная сила (или вес)
• нормальная сила
• сила трения
• усилие пружины
• приложенная сила (например, силы реакции и напряжения) — сюда также входят приложенные моменты, например, от двигателей

На уроках естествознания вы, вероятно, узнали об основных силах природы: гравитационном, электромагнитном, слабом и сильном ядерных взаимодействиях. Нормальная сила, трение, пружина и приложенные силы — все это виды электромагнитных сил. Заряженные и нейтральные частицы притягиваются или отталкиваются друг от друга. Например, причина, по которой ваш ноутбук не проваливается сквозь стол, заключается в том, что электроны в атомах двух объектов отталкивают друг друга, и оба объекта притягиваются другой фундаментальной силой: силой гравитации. См. эту страницу для получения дополнительной информации. Четыре фундаментальные силы выходят за рамки этого класса Статики, но важно знать основу того, как действуют внешние силы. В этом классе мы будем использовать наше понимание внешних сил, чтобы научиться количественно определять силы и вычислять значение других сил.

Для расчета каждой силы по отдельности используйте следующие уравнения:

• Гравитация: F _г = мг
• Обычный: рассчитано
• Трение: F _f = мН
• Пружина: F _S = -kx
• Применено: измерено или рассчитано

 

Силам дается множество названий, например, толкание, тяга, тяга и вес. Традиционно силы были сгруппированы в несколько категорий и получили имена, относящиеся к их источнику, способу их передачи или их последствиям. Некоторые из этих категорий обсуждаются в этом разделе.

Нормальная сила

Вес (также называемый силой тяжести) — это всепроникающая сила, действующая постоянно, и ей необходимо противодействовать, чтобы объект не упал. Вы должны поддерживать вес тяжелого предмета, отталкиваясь от него, когда держите его неподвижно. Но как неодушевленные предметы, такие как стол, выдерживают вес помещенной на них массы, как показано на рисунке ниже? Когда пакет с собачьим кормом кладут на стол, стол немного прогибается под нагрузкой. Это было бы заметно, если бы груз был помещен на карточный стол, но даже крепкий дубовый стол деформируется при приложении к нему силы. Если объект не деформируется сверх своих пределов, он будет оказывать восстанавливающую силу подобно деформированной пружине (или батуту, или трамплину). Чем больше деформация, тем больше восстанавливающая сила. Таким образом, когда груз помещается на стол, стол прогибается до тех пор, пока восстанавливающая сила не станет равной весу груза. В этот момент чистая внешняя сила, действующая на груз, равна нулю. Это ситуация, когда груз неподвижен на столе. Стол проседает быстро и провисание незначительное, поэтому мы его не замечаем. Но это похоже на провисание батута, когда на него забираешься.

Мы должны заключить, что все, что поддерживает груз, одушевленный или нет, должно создавать направленную вверх силу, равную весу груза, как мы предполагали в нескольких предыдущих примерах. Если сила, поддерживающая вес объекта или груза, перпендикулярна поверхности контакта между грузом и его опорой, эта сила определяется как нормальная сила и здесь обозначается символом [латекс]\vec Н[/латекс] . (Это не ньютоновая единица силы, Н.) Слово нормальный  означает перпендикулярно поверхности. Это означает, что нормальная сила, действующая на объект, покоящийся на горизонтальной поверхности, может быть выражена в векторной форме следующим образом:

$$\vec N=-m\vec g$$

В скалярной форме это будет:

$$N=mg$$

Нормальная сила может быть меньше веса объекта, если объект находится под наклоном.

Когда объект покоится на наклонной поверхности, составляющей угол θ с горизонтом, сила тяжести, действующая на объект, делится на две составляющие: сила, действующая перпендикулярно плоскости, w _y и сила, действующая параллельно плоскости, w _x . Нормальная сила [латекс]\vec N[/латекс] обычно равна по величине и противоположна по направлению перпендикулярной составляющей веса w _y . Сила, действующая параллельно плоскости, w _x , заставляет объект ускоряться вниз по склону.

Будьте осторожны при разложении веса объекта на составляющие. Если наклон составляет угол θ к горизонтали, то величины компонентов веса равны:

$$w_x=w\sin\theta=mg\sin\theta$$

и

$$w_y=w\cos\theta=mg\cos\theta$$

Используя второе уравнение, запишем нормальная сила, действующая на объект, покоящийся на наклонной плоскости:

$$N=mg\cos\theta$$

Вместо того, чтобы запоминать эти уравнения, полезно уметь определять их исходя из разума. Для этого мы рисуем прямой угол, образованный тремя весовыми векторами. Угол наклона θ равен углу, образованному между w и w _y . Зная это свойство, мы можем использовать тригонометрию для определения величины компонентов веса:

$$\cos\theta=\frac{w_y}{w},\:w_y=w\cos\theta=mg\cos\theta \\\sin\theta=\frac{w_z}{w},\:w_x=w\sin\theta=mg\sin\theta$$

Натяжение

A  Натяжение  это сила по длине средний; в частности, это тяговое усилие, действующее вдоль натянутого гибкого соединителя, такого как канат или трос. Слово «напряжение» происходит от латинского слова, означающего «растягивать». Не случайно гибкие шнуры, передающие мышечные силы к другим частям тела, называются сухожилия .

Любой гибкий соединитель, такой как струна, веревка, цепь, проволока или кабель, может растягиваться только параллельно своей длине; таким образом, сила, переносимая гибким соединителем, представляет собой натяжение с направлением, параллельным соединителю. Напряжение — это натяжение в соединителе. Рассмотрим фразу: «Вы не можете толкнуть веревку». Вместо этого сила натяжения тянет наружу вдоль двух концов веревки.

Рассмотрим человека, держащего груз на веревке. Если масса 5,00 кг на рисунке неподвижна, то ее ускорение равно нулю и результирующая сила равна нулю. Единственными внешними силами, действующими на массу, являются ее вес и натяжение веревки. Таким образом, 92)=49.0N$$

Если мы разрежем веревку и вставим пружину, пружина растянется на длину, соответствующую силе 49,0 Н, что обеспечит прямое наблюдение и измерение силы натяжения веревки.

Гибкие соединители часто используются для передачи усилий на поворотах, например, в больничной вытяжной системе, сухожилии или велосипедном тормозном тросе. Если нет трения, передача натяжения не уменьшается; меняется только его направление, и он всегда параллелен гибкому соединителю, как показано ниже:

Если мы хотим создать большое натяжение, все, что нам нужно сделать, это приложить усилие, перпендикулярное натянутому гибкому соединителю. Мы можем видеть, что натяжение веревки связано с перпендикулярно действующей силой следующим образом:

$$T=\frac{w}{2\sin\theta}$$

Мы можем расширить это выражение для описания натяжение T , создаваемое перпендикулярной силой (F⊥) к середине гибкого соединителя:

$$T=\frac{F\perp}{2\sin\theta}$$

Угол между горизонталью и изогнутым соединителем обозначается θ. В этом случае T становится большим, когда θ приближается к нулю. Даже относительно небольшой вес любого гибкого соединителя вызовет его провисание, так как если бы он был горизонтальным (т. Е. θ = 0 и sin θ = 0), возникло бы бесконечное натяжение. Например, на изображении ниже показана ситуация, когда мы хотим вытащить машину из грязи, когда нет эвакуатора. Каждый раз, когда автомобиль движется вперед, цепь натягивается, чтобы он оставался как можно более прямым. Натяжение цепи определяется выражением[latex]T=\frac{F\perp}{2\sin\theta}[/latex] и, поскольку θ мало, T большой. Эта ситуация аналогична ситуации с канатоходцем, за исключением того, что показанные здесь напряжения передаются машине и дереву, а не действуют в точке приложения F⊥.

Трение

Трение – это сила сопротивления, противодействующая движению или его тенденции. Представьте себе объект, покоящийся на горизонтальной поверхности. Суммарная сила, действующая на объект, должна быть равна нулю, что приводит к равенству веса и нормальной силы, действующих в противоположных направлениях. Если поверхность наклонена, нормальная сила уравновешивает составляющую веса, перпендикулярную поверхности. Если предмет не скользит вниз, то часть веса, параллельная наклонной плоскости, уравновешивается трением. Трение обсуждается более подробно в следующей главе.

Сила пружины

Пружина – это особая среда с определенной атомной структурой, обладающая способностью восстанавливать свою форму при деформации. Чтобы восстановить свою форму, пружина прикладывает восстанавливающую силу, которая пропорциональна и направлена ​​в противоположном направлении, в котором она растягивается или сжимается. Это формулировка закона, известного как закон Гука, который имеет математическую форму

$$\vec F=-k\vec x$$

Константа пропорциональности k является мерой жесткости пружины. Линия действия этой силы параллельна оси пружины, а направление силы противоположно вектору смещения. Смещение должно быть измерено из расслабленного положения; x=0, когда пружина ослаблена.

Источник: University Physics Volume 1, Openstax CNX. https://courses.lumenlearning.com/suny-osuniversityphysics/chapter/5-6-common-forces/

 

 

• В основном: К внешним силам относятся: гравитационные, приложенные, нормальные, силы трения и пружины.
• Применение: Все. Книга на столе, Тигра, прыгающий на хвосте, падающая звезда и футбольный мяч, катящийся в ворота.
• Заглядывая вперед: главы 5 и 6 будут посвящены внутренним силам. Раздел 4.3 будет использовать известные силы для расчета неизвестных сил. Раздел 4.2 будет моделировать силы на диаграмме.

 

Сила • Классификация сил

Силы делятся на внутренние и внешние.

Внутренние силы

---

Внутренние силы – это силы, действующие одной частью наблюдаемой системы на другую.

---

Несмотря на то, что для упрощения мы представляем, что человеческое тело не меняет свою форму и объем, в действительности, конечно же, это не так. Организм человека представляет собой систему внутренних структур: органов, костей, мышц, сухожилий, связок, хрящей и других типов тканей. Эти структуры воздействуют друг на друга и деформируют друг друга. Мышцы воздействуют на сухожилия, а сухожилия тянут кости. В суставах кости оказывают давление на хрящ, который деформируется и оказывает давление на другие хрящевые ткани и кости. Если сила тяги действует на концы определенной внутренней конструкции, она создает напряжение и часто деформацию. Внутренние силы удерживают объекты (например, человеческое тело) вместе, даже если отдельные внутренние структуры такого объекта находятся под напряжением или давлением. Иногда силы тяги или давления выше, чем могут выдержать внутренние силы данной конструкции, результирующая деформация слишком велика, и данная конструкция ломается или ломается. Среди примеров — растяжение двуглавой мышцы бедра, разрыв ахиллова сухожилия, перелом большеберцовой кости или разрыв крестообразной связки колена.

Мышцы и сухожилия считаются структурами, создающими силы, которые вызывают изменения в нашем кинематическом состоянии. Деятельность мышц создает внутренние силы, которые вызывают движения конечностей и других частей тела, но не могут вызвать изменение движения центра тяжести тела человека без воздействия внешних сил на тело человека. Человеческое тело способно изменить свое движение только в том случае, если оно находится в контакте с другим объектом. Мы можем представить футбольного вратаря, готовящегося поймать пенальти. Если он прыгает до того, как осознает, что мяч летит в противоположную от ворот сторону, ему нужно изменить направление своего первоначального движения. Но, к сожалению, он не соприкасается ни с каким другим объектом, поэтому никакие внешние силы на него не действуют, кроме силы гравитации. Поэтому он не может поймать мяч, летящий в направлении, противоположном его собственному движению. Когда он снова приземлится, он может оттолкнуться ногами от земли и изменить направление своего движения. В этом случае земля создает внешние силы, позволяющие вратарю менять направление своего движения. Их можно понимать как силы реакции на силы, прилагаемые ногами вратаря к земле.

---

Изучение внутренних сил позволяет описать движения отдельных частей тела, а также характер и причины повреждений.

---

---

Внешние силы вызывают изменения в движении центра тяжести тела человека.

---

Внешние силы

---

Внешние силы – это силы, возникающие в результате взаимодействия тела человека с окружающей средой.

---

Внешние силы можно разделить на контактные силы и бесконтактные силы . Большинство сил, с которыми работает биомеханика, являются контактными силами. Контактные силы – это силы, действующие в точке контакта двух тел. Гравитационная сила, действующая на все объекты на Земле, является бесконтактной силой. Он влияет на объекты, даже если они не находятся в прямом контакте с землей. Он действует через гравитационное поле Земли.

В спорте и физических упражнениях мы будем рассматривать только одну бесконтактную силу – силу гравитации.

---

Сила, являющаяся равнодействующей силы гравитации и центробежной силы вращения Земли, называется силой тяжести.

---

---

Вес — это сила давления, оказываемая объектом (человеческим телом) на поверхность, или сила тяги, действующая на подвеску.

---

Если мы отпустим любой предмет, он начнет падать на землю и ускоряться под действием силы тяжести. Если пренебречь сопротивлением воздуха, он начнет двигаться с ускорением 9,81 ⁶ м·с ^-2 независимо от его веса или объема. Это ускорение называется ускорением свободного падения g . Гравитационная сила F _G (единица измерения ньютон – Н), действующая на объект, равна произведению его веса m (кг) на ускорение свободного падения g (м.с ^-2

6 5): F _G = мг ⁷

Контактные силы возникают при взаимных контактах объектов. Объекты могут быть твердыми или текучими. Контактные силы в спорте возникают между спортсменами и другими объектами в их окружении. Например, при ходьбе сила реакции Земли действует на подошвы как реакция на силу действия подошв, действующую на поверхность Земли (рис. 7) ⁸ .

Контактные силы можно разделить на три составляющие:

1. Составляющая силы, действующая перпендикулярно поверхности контакта и называемая нормальной силой F _n ⁹ . При ходьбе, когда одна или другая ступня соприкасается с землей, нормальная сила представляет собой составляющую, действующую вниз на землю (действие) и вверх на подошвы идущего (противодействие).
2. Составляющая силы, действующая параллельно поверхности контакта в направлении вперед-назад, которая является одной из составляющих силы трения ¹⁰ .
3. 3. Составляющая силы, действующая параллельно поверхности контакта в направлении слева направо, которая является одной из составляющих силы трения ¹¹ .

Плоскость, вдоль которой действует сила трения, параллельна соприкасающимся поверхностям. Сила трения действует против направления движения. Когда ходунки прилагают силу назад и вниз, сила трения является составной частью контактной силы, которая действует вперед на ходунки и назад на землю. Сила трения — это составляющая контактной силы, которая является причиной изменений в горизонтальном движении и, как таковая, основной причиной передвижения человека.

⁶ Это значение действительно для Праги.Zpět

⁷ Иногда также используется под символом W как Вес или G.Zpět

⁸ Аббревиатура GRF – сила реакции грунта – иногда используется на английском языке.Zpět

⁹ На английском языке эта составляющая силы контакта между спортсменом и землей описывается как вертикальная V/GRF.Zpět

¹⁰ На английском языке эта составляющая силы контакта между спортсменом и землей описывается как передне-задний AP/GRF.Zpět

¹¹ На английском языке этот компонент силы контакта между спортсменом и землей описывается как медиолатеральный ML/GRF.Zpět

4.4: Второй закон движения Ньютона – Концепция системы

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

26503

• OpenStax
• OpenStax

 

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Давать определение чистой силе, внешней силе и системе.
• Поймите второй закон движения Ньютона.
• Примените второй закон Ньютона для определения веса объекта.

Второй закон Ньютона тесно связан с первым законом движения Ньютона. Он математически устанавливает причинно-следственную связь между силой и изменениями в движении. Второй закон Ньютона носит более количественный характер и широко используется для расчета того, что происходит в ситуациях, связанных с силой. Прежде чем мы сможем записать второй закон Ньютона в виде простого уравнения, определяющего точное соотношение между силой, массой и ускорением, нам нужно уточнить некоторые уже упомянутые идеи.

Во-первых, что мы подразумеваем под изменением движения? Ответ заключается в том, что изменение движения эквивалентно изменению скорости. Изменение скорости означает, по определению, что существует ускорение . Первый закон Ньютона гласит, что результирующая внешняя сила вызывает изменение движения; таким образом, мы видим, что суммарная внешняя сила вызывает ускорение .

Сразу возникает другой вопрос. Что мы понимаем под внешней силой? Интуитивное представление о внешнем верно — внешняя сила действует из-за пределов интересующей системы . Например, на рис. \(\PageIndex{1a}\) интересующая нас система — это фургон плюс ребенок в нем. Две силы, действующие со стороны других детей, являются внешними силами. Между элементами системы действует внутренняя сила. Снова взглянув на рисунок \(\PageIndex{1a}\), сила, которую ребенок в тележке прилагает, чтобы повиснуть на тележке, является внутренней силой между элементами интересующей системы. Только внешние силы влияют на движение системы в соответствии с первым законом Ньютона. (Внутренние силы на самом деле компенсируются, как мы увидим в следующем разделе.) Вы должны определить границы системы, прежде чем сможете определить, какие силы являются внешними . Иногда система очевидна, тогда как в других случаях определение границ системы является более тонким. Понятие системы является фундаментальным для многих областей физики, как и правильное применение законов Ньютона. К этой концепции мы будем возвращаться много раз в нашем путешествии по физике.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Различные силы, действующие на одну и ту же массу, вызывают разные ускорения. а) Двое детей толкают тележку с ребенком. Показаны стрелки, представляющие все внешние силы. Система интереса — это повозка и ее всадник. Вес \(w\) системы и опора основания \(N\) также показаны для полноты и предполагаются сокращающимися. Вектор \(f\) представляет трение, действующее на вагон, причем он действует влево, противодействуя движению вагона. (b) Все внешние силы, действующие на систему, складываются вместе, чтобы создать результирующую силу \(F_{net} \). Диаграмма свободного тела показывает все силы, действующие на интересующую систему. Точка представляет собой центр масс системы. Каждый вектор силы простирается от этой точки. Поскольку справа действуют две силы, мы рисуем векторы коллинеарно. (c) Большая результирующая внешняя сила создает большее ускорение \((al>a)\), когда взрослый толкает ребенка.

Теперь кажется разумным, что ускорение должно быть прямо пропорционально и направлено в том же направлении, что и чистая (полная) внешняя сила, действующая на систему. Это предположение было проверено экспериментально и показано на рис. В части (а) меньшая сила вызывает меньшее ускорение, чем большая сила, показанная в части (в). Для полноты показаны также вертикальные силы; предполагается, что они компенсируются, поскольку ускорение в вертикальном направлении отсутствует. Вертикальные силы — это вес \(w\) и опора земли \(N\), а горизонтальная сила \(f\) представляет собой силу трения. Они будут обсуждаться более подробно в последующих разделах. Сейчас мы определим трение как сила, противодействующая движению друг относительно друга соприкасающихся объектов. На рисунке \(\PageIndex{1b}\) показано, как векторы, представляющие внешние силы, складываются вместе, образуя результирующую силу \(F_{net}\).

Чтобы получить уравнение для второго закона Ньютона, мы сначала запишем отношение ускорения и чистой внешней силы в виде пропорциональности

\[ a \propto F_{net} \]

, где символ \( \propto \) означает «пропорционально», а \(F_{net} \) — это чистая внешняя сила . (Чистая внешняя сила представляет собой векторную сумму всех внешних сил и может быть определена графически, используя метод «голова к хвосту», или аналитически, используя компоненты. Методы такие же, как и для добавления других векторов, и рассматриваются в разделе главы о двумерной кинематике.) Эта пропорциональность утверждает то, что мы сказали словами: ускорение прямо пропорционально чистой внешней силе . После выбора интересующей системы важно определить внешние силы и игнорировать внутренние. Не учитывать многочисленные внутренние силы, действующие между объектами внутри системы, такие как мышечные силы в теле ребенка, не говоря уже о бесчисленных силах между атомами в объектах, — это огромное упрощение, но, делая это, мы можем легко решить некоторые очень сложные задачи с минимальной ошибкой благодаря нашему упрощению

Также кажется разумным, что ускорение должно быть обратно пропорционально массе системы. Другими словами, чем больше масса (инерция), тем меньше ускорение, создаваемое данной силой. И действительно, как показано на рисунке, та же внешняя сила, приложенная к автомобилю, создает гораздо меньшее ускорение, чем при приложении к баскетбольному мячу. Пропорциональность записывается как

\[ a \propto \dfrac{1}{m}, \]

, где \(m\) — масса системы. Эксперименты показали, что ускорение точно обратно пропорционально массе, так же как оно точно линейно пропорционально суммарной внешней силе.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Одна и та же сила, действующая на системы с разной массой, создает разные ускорения. а) Баскетболист толкает мяч, чтобы сделать передачу. (Влияние силы тяжести на мяч игнорируется.) (b) Тот же игрок прикладывает такую ​​же силу к заглохшему внедорожнику и создает гораздо меньшее ускорение (даже если трением можно пренебречь). (c) Диаграммы свободного тела идентичны, что позволяет проводить прямое сравнение двух ситуаций. Ряд паттернов для диаграммы свободного тела появится по мере того, как вы будете решать больше задач.

Было обнаружено, что ускорение объекта зависит только от чистой внешней силы и массы объекта. Сочетание двух только что приведенных пропорций дает второй закон движения Ньютона.

Второй закон движения Ньютона

Ускорение системы прямо пропорционально внешней силе, действующей на систему, и направлено в том же направлении, что и обратно пропорционально ее массе. В форме уравнения второй закон Ньютона равен 9.0005

\[ a = \dfrac{F_{net}}{m}\]

Это часто записывается в более знакомой форме

\[ F_{net} = ma. \]

Когда учитываются только величина силы и ускорения, это уравнение просто

\[ F_{net} = ma. \]

Хотя последние два уравнения на самом деле одинаковы, первое дает более полное представление о том, что означает второй закон Ньютона. Закон есть причинно-следственная связь между тремя величинами, которая не просто основана на их определениях. Справедливость второго закона полностью основана на экспериментальной проверке. 92 \]

В то время как почти во всем мире в качестве единицы силы используется ньютон, в Соединенных Штатах наиболее распространенной единицей силы является фунт (фунт), где 1 Н = 0,225 фунта.

Вес и гравитационная сила

Когда объект падает, он ускоряется к центру Земли. Второй закон Ньютона гласит, что результирующая сила, действующая на объект, отвечает за его ускорение. Если сопротивлением воздуха можно пренебречь, результирующая сила, действующая на падающий объект, представляет собой гравитационную силу, обычно называемую ее вес \(w\). Вес можно обозначить как вектор \(w\), потому что он имеет направление; вниз по определению является направлением силы тяжести, и, следовательно, вес является направленной вниз силой. Величина веса обозначается как \(w\). Галилей сыграл важную роль в том, чтобы показать, что в отсутствие сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением \(w\). Используя результат Галилея и второй закон Ньютона, мы можем вывести уравнение для веса.

Рассмотрим объект массой \(m\), падающий вниз к Земле. Он испытывает только направленную вниз силу тяжести, которая имеет величину \(w\). Второй закон Ньютона гласит, что величина чистой внешней силы, действующей на объект, равна \(F_{net} = ma\). 92) = 9,8 Н. \]

Напомним, что \(g\) может принимать положительное или отрицательное значение в зависимости от положительного направления в системе координат. Обязательно учитывайте это при решении задач с весом.

Когда чистая внешняя сила, действующая на объект, равна его весу, мы говорим, что он находится в свободном падении . То есть единственная сила, действующая на объект, — это сила тяжести. В реальном мире, когда объекты падают вниз к Земле, они никогда не находятся в состоянии свободного падения, потому что на объект всегда действует восходящая сила воздуха. 92\). Таким образом, масса в 1,0 кг имеет вес 9,8 Н на Земле и всего около 1,7 Н на Луне.

Самое широкое определение веса в этом смысле состоит в том, что вес объекта — это гравитационная сила, действующая на него со стороны ближайшего крупного тела , такого как Земля, Луна, Солнце и так далее. Это наиболее распространенное и полезное определение веса в физике. Однако оно резко отличается от определения веса, используемого НАСА и популярными средствами массовой информации в связи с космическими путешествиями и исследованиями. Когда они говорят о «невесомости» и «микрогравитации», они на самом деле имеют в виду явление, которое в физике называется «свободным падением». Мы воспользуемся приведенным выше определением веса и проведем тщательное различие между свободным падением и действительной невесомостью.

Важно помнить, что вес и масса — очень разные физические величины, хотя и тесно связанные между собой. Масса — это количество материи (сколько «вещества») и не меняется в классической физике, тогда как вес — это гравитационная сила, которая зависит от гравитации. Заманчиво приравнять их, поскольку большинство наших примеров происходят на Земле, где вес объекта лишь немного зависит от местоположения объекта. Кроме того, термы масса и вес взаимозаменяемы в повседневном языке; например, наши медицинские записи часто показывают наш «вес» в килограммах, но никогда в правильных единицах измерения — ньютонах.

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ЗАБЛУЖДЕНИЯ: МАССА ПРОТИВ. ВЕС

Масса и вес часто используются как синонимы в повседневном языке. Однако в науке эти термины резко отличаются друг от друга. Масса — это мера того, сколько материи содержится в объекте. Типичной мерой массы является килограмм (или «слаг» в английских единицах измерения). Вес, с другой стороны, является мерой силы тяжести, действующей на объект. Вес равен массе объекта \((m)\), умноженной на ускорение свободного падения \((g)\). Как и любая другая сила, вес измеряется в ньютонах (или фунтах в английских единицах измерения). 92\) ). Если вы измерите свой вес на Земле, а затем измерите свой вес на Луне, вы обнаружите, что «весите» намного меньше, даже если вы не выглядите стройнее. Это связано с тем, что на Луне сила гравитации слабее. На самом деле, когда люди говорят, что они «теряют вес», они на самом деле имеют в виду, что они теряют «массу» (что, в свою очередь, приводит к тому, что они весят меньше)

ЭКСПЕРИМЕНТ НА ​​ДОМАШНИЙ ОБЗОР: МАССА И ВЕС

Что делают напольные весы мера? Когда вы встаете на напольные весы, что происходит с весами? Это слегка угнетает. Весы содержат пружины, которые сжимаются пропорционально вашему весу, подобно резиновым лентам, которые растягиваются при натяжении. Пружины обеспечивают меру вашего веса (для объекта, который не ускоряется). Это сила в ньютонах (или фунтах). В большинстве стран измерение делится на 9.80, чтобы дать показание в единицах массы килограммов. Весы измеряют вес, но откалиброваны для предоставления информации о массе. Стоя на весах в ванной, нажмите на стол рядом с вами. Что происходит с чтением? Почему? Измерят ли ваши весы ту же «массу» на Земле, что и на Луне?

Пример \(\PageIndex{1}\): Какое ускорение может создать человек, толкая газонокосилку?

Предположим, что чистая внешняя сила (толчок минус трение), действующая на газонокосилку, равна 51 Н (около 11 фунтов) параллельно земле. Масса косилки 24 кг. Каково его ускорение?

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Чистая сила, действующая на газонокосилку, составляет 51 Н вправо. С какой скоростью газонокосилка ускоряется вправо?

Стратегия

Поскольку \( F_{net} \) и \( m \) заданы, ускорение можно рассчитать непосредственно из второго закона Ньютона, как указано в \( F_{net} = ma \).

Решение

Величина ускорения \(a\) равна \(a = \frac{F_{net}}{m}\). Ввод известных значений дает \[ a = \dfrac{51 \, N}{24 \, кг} \] 92 \]

Обсуждение

Направление ускорения совпадает с направлением чистой силы, которая параллельна земле. В этом примере нет информации об отдельных внешних силах, действующих на систему, но мы можем кое-что сказать об их относительных величинах. Например, сила, действующая на человека, толкающего косилку, должна быть больше, чем трение, противодействующее движению (поскольку мы знаем, что косилка движется вперед), а вертикальные силы должны уравновешиваться, если не должно быть ускорения в вертикальном направлении (ускорение в вертикальном направлении). косилка движется только горизонтально). Найденное ускорение достаточно мало, чтобы быть приемлемым для человека, толкающего косилку. Такое усилие не продлится слишком долго, потому что человек скоро достигнет максимальной скорости.

Пример \(\PageIndex{2}\): Какая реактивная тяга ускоряет эти сани?

До пилотируемых космических полетов ракетные салазки использовались для испытаний самолетов, ракетного оборудования и физиологических воздействий на людей на высоких скоростях. Они состояли из платформы, установленной на одном или двух рельсах и приводившейся в движение несколькими ракетами. Вычислите величину силы, действующей на каждую ракету, называемую ее тягой \(Т\), для четырехракетной двигательной установки, показанной на рисунке. Начальное ускорение саней равно \(492\) масса системы 2100 кг, а сила трения, противодействующая движению, известна как 650 Н.

Рис. 4.4.4. Сани испытывают реактивную тягу, которая ускоряет их вправо. Каждая ракета создает одинаковую тягу \(Т\). Как и в других ситуациях, когда есть только горизонтальное ускорение, вертикальные силы компенсируются. Земля воздействует на систему направленной вверх силой \(N\), равной по величине и противоположной по направлению ее весу \(w\). Система здесь — это сани, их ракеты и всадник, поэтому никакие силы между этими объектами не учитываются. Стрелка, обозначающая трение \((f)\), нарисована больше масштаба.

Стратегия

Хотя существуют силы, действующие вертикально и горизонтально, мы предполагаем, что вертикальные силы компенсируются, поскольку нет вертикального ускорения. Это оставляет нам только горизонтальные силы и более простую одномерную задачу. Направления обозначаются знаками плюс или минус, где право считается положительным направлением. См. диаграмму свободного тела на рисунке.

Решение

Поскольку ускорение, масса и сила трения известны, начнем со второго закона Ньютона и будем искать способы найти тягу двигателей. Поскольку мы определили направление силы и ускорения как действующие «вправо», нам нужно учитывать в расчетах только величины этих величин. Следовательно, мы начинаем с \[ F_{net} = ma. \], где \(F_{net}\) — результирующая сила в горизонтальном направлении. Из рисунка видно, что тяги двигателя складываются, а трение противодействует тяге. В форме уравнения чистая внешняя сила равна \[ F_{net} = 4T — f. \] 92\) ). В то время как живые объекты больше не используются, с помощью ракетных саней была достигнута наземная скорость 10 000 км/ч. В этом примере, как и в предыдущем, интересующая система очевидна. В последующих примерах мы увидим, что выбор интересующей системы имеет решающее значение, и этот выбор не всегда очевиден.

Второй закон движения Ньютона — это больше, чем определение; это отношение между ускорением, силой и массой. Это может помочь нам делать прогнозы. Каждая из этих физических величин может быть определена независимо, поэтому второй закон говорит нам нечто основное и универсальное о природе. В следующем разделе представлен третий и последний закон движения.

Резюме

• Ускорение, \(a\), определяется как изменение скорости, что означает изменение ее величины или направления, или того и другого.
• Внешняя сила — это сила, действующая на систему извне, в отличие от внутренних сил, которые действуют между компонентами внутри системы.
• Второй закон Ньютона гласит, что ускорение системы прямо пропорционально внешней силе, действующей на систему, и направлено в том же направлении, что и обратно пропорционально ее массе.
• В форме уравнения второй закон движения Ньютона имеет вид \( a = \frac{F_{net}}{m} \)
• Это часто записывается в более привычной форме: \( F_{net} = ma. \)
• Вес \(w\) объекта определяется как сила тяжести, действующая на объект массой \(m.\). Объект испытывает ускорение под действием силы тяжести \(g\): \[ w = mg. \]
• Если единственная сила, действующая на объект, обусловлена ​​гравитацией, объект находится в свободном падении.
• Трение — это сила, препятствующая движению соприкасающихся объектов относительно друг друга.

 

Шаблон:HypTest

---

Эта страница под названием 4.4: Второй закон движения Ньютона. Концепция системы распространяется по лицензии CC BY и была создана, изменена и/или курирована OpenStax.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип артикула

   Раздел или страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Встроенный CalcPlot3D?

   да

   Встроить Hypothes.