Sile v mehaniki. Enota sile v mehaniki

Sile v mehaniki se najpogosteje manifestirajo v takem podrazdelku, kot je dinamika. Tam se preučuje gibanje teles, pri čemer se upoštevajo sile, ki delujejo na njih. O tem, kaj so sile v mehaniki, kakšno naravo imajo in kako jih je mogoče izračunati, se bomo pogovarjali danes.

Kakšna je osnova dinamike

Kot smo že povedali, se sile v mehaniki najpogosteje pojavljajo natančno v tem pododdelku. In če je tako, potem ne bo odveč, če bi vedeli, kaj je na splošno teoretični osnovni obstoj dinamike. Morda je nekdo že ugibal, da govorimo o znamenitem Isaacu Newtonu, oziroma o zakonih, ki jih je izpeljal. Mimogrede v mehaniki, mimogrede, je ravno zato, ker nosi njegovo ime.

Kaj lahko Newtonovi zakoni storijo?

Dovoljuje nam, da rešimo glavno težavo v primeru, da so vse sile, ki delujejo v danem trenutku na preiskovanem telesu, gotovo znane. Predpostavimo, da je to res, in jih poznamo. Potem brez veliko težav lahko najdete pospešek, ki se uporablja za telo. Toda znanje o tem, kateri modul in smer je pospešek, bo pred nami odprla možnost, da najdejo hitrost telesa v danem trenutku. Posledično lahko določimo položaj materialne točke, kadar hočemo. Tu lahko poudarimo pomen in inverzni problem. Izkazalo se je, da je za reševanje težav najprej treba pravilno postaviti sile v mehaniki, katere formule bodo podane spodaj.

Narava sil

Če odpremo učbenik, priročnik za fiziko ali drugo referenčno gradivo in se obrnemo na oddelek mehanike, bomo videli veliko problemov iz dinamike, kjer se najpogosteje srečujemo le s tremi silami. So povezani z univerzalno gravitacijo, trenjem in elastičnostjo. Govorimo o vsakem od njih podrobneje. In začnite, morda, s prvim.

Telo pade z višine brez začetne hitrosti

Takšni primeri se imenujejo brezplačen padec. Vse, kar nas obdaja, privlači naš planet. Vključno z nami. Tukaj je mogoče ugotoviti to dejstvo sile univerzalne gravitacije. Zdaj lahko zanemarimo odpornost zraka, čeprav ta pristop ni vedno razumen. Toda kaj dobimo? Potem se bo izkazalo, da imajo vsa telesa približno enak pospešek pri prostem padu. Ne glede na to, ali bomo vrgli majhno prodnato ali pravega tlakovca, bo hitrost in čas padca približno enaka.

V sistem dodajte pomlad

Predstavljajte si, da je spomladi vzmeten. Kot katerakoli druga telo bo on prizadeval padati na tla. V tem trenutku deluje na njem sila privlačnosti našega planeta. Če pa je vzmet močna, se bo raztezala do določene točke. Po tem bo padec telesa prenehal, sistem pa bo prišel v stanje tako imenovanega mehanskega ravnovesja. Pojavijo se, ko na telo deluje več sil, vendar je njihova vsota nič. Z drugimi besedami, dejanja sil se kompenzirajo.

Prihaja logični zaključek. Izkazalo se je, da poleg gravitacije Teža na strani vzmeti deluje na podlagi druge sile, ki je numerično enaka privlačnosti. Ima zelo preprosto ime, ki ga pojavi. To imenujemo sila elastičnosti. Enota sile v mehaniki je univerzalna, tu pa je enaka enemu Newtonu.

Ali je pospešek razlog za spremembo hitrosti?

Morda. Na prvi pogled vse izgleda tako. Ampak, če boste globlje kopali, bo zadeva precej zanimiva. Čudovito je Newtonov zakon (drugi), ki navaja, da je sila enaka produktu mase na pospešek, o katerem se poroča v telesu. Sprva se lahko zdi (izključno matematično), da je moč rezultat. Toda dejansko ni ravno nasprotno.

Predstavljajte si nogometno žogo, ki je pretepena. O moči je obveščen, potem pa pridobi določeno pospešitev. Podobno velja tudi za gibanje telesa. Po prehodu te ali tiste razdalje se bo ustavil. Pospešek bo imel negativno vrednost, dokler hitrost ne bo enaka nič. Lahko takoj predlagamo, da obstaja določena sila, ki upočasni telo, to je vzrok za to najbolj negativno pospešitev. In obstaja. To je sila trenja.

Trenutek moči. Mehanika: teoretična in tehnična

Trenutek sile se imenuje vrtilna sila, ki nastane zaradi vrtenja vektorja sile glede na implicitno točko ali telo. Ima dimenzijo Newton na meter. Pogoji pojavljanja so precej preprosti. Da bi to naredili, zadostuje, da točka ne leži na liniji sile. Trenutek lahko opredelite kot proizvod moči in ramena. Najenostavnejši primer je zategovanje matice s ključem. Moč teoretične mehanike je skoraj enaka analogom v klasičnem odseku, zato ni nobenega smisla, da bi ga podrobneje preučili. Vrnimo se k osnovam, ker so veliko bolj pomembni.

Spet o moči elastičnosti

Bralec lahko vedno osebno preveri, kaj bo zdaj rečeno. Recimo, da imamo trdno telo. Vsako trdno telo ima odpornost, ko poskuša spremeniti obliko, velikost. Toda te operacije niso nič več kot navadne deformacije, kajne? Toda kakšne so njegove vrste? Obstaja pet osnovnih tipov deformacij: raztezanje, stiskanje, upogibanje, torzija, striženje.

Kaj se zgodi, če poskusite spremeniti obliko in velikost?

To je že odvisno od narave telesa. Na splošno je deformacija elastična in ne elastična. Ampak to morate vedeti, da pri vsakem poskusu spremeniti obliko in velikost telesa, bo poskusil vrniti nazaj. V primeru, da je deformacija majhna v primerjavi s prvotnimi dimenzijami, se lahko izvedejo elastične sile. Druga stvar je, če je vse ravno obratno. Toda raziskavo podobnih procesov je že opravil znanstvenik Robert Hooke. Njegove eksperimente, ki so široko pokrivali proces deformacije v telesih, je opravil leta 1660.

Kaj je storil ta znanstvenik?

Vzel je trdno palico, ki se je začela raztezati. Hkrati pa, kot lahko uganite, se je elastična sila pojavila znotraj same palice. Merili so ga med raztezanjem. Za opis procesov v kvantitativnem smislu smo uvedli novo vrednost, kasneje pa jo imenujemo razširitev. To ni nič drugega kot razlika v linearnih dimenzijah telesa v navadnem in razširjenem stanju. Rezultati poskusa so celo presenetili nekatere. Kot se je izkazalo, v primeru majhnih deformacij med raztezkom in elastičnimi silami obstaja neposredna sorazmerna zveza. Tu imamo še eno količino, ki jo imenujemo koeficient elastičnosti. Odvisno je od materiala, ki ga izdeluje telo, in tudi od tega, kakšne linearne dimenzije ima.