Mecanica este știința corpurilor în mișcare și a interacțiunilor dintre ele în timpul mișcării. În acest caz, se acordă atenție acelor interacțiuni în urma cărora mișcarea s-a schimbat sau a avut loc deformarea corpurilor. În acest articol vă vom spune despre ce este mecanica.

Mecanica poate fi cuantică, aplicată (tehnică) și teoretică.

1. Ce este mecanica cuantică? Aceasta este o ramură a fizicii care descrie fenomene și procese fizice ale căror acțiuni sunt comparabile cu valoarea constantei lui Planck.
2. Ce este mecanica tehnică? Aceasta este o știință care dezvăluie principiul de funcționare și structura mecanismelor.
3. Ce este mecanica teoretică? Aceasta este știința și mișcarea corpurilor și legile generale ale mișcării.

Mecanica studiază mișcarea tuturor tipurilor de mașini și mecanisme, aeronave și corpuri cerești, curenții oceanici și atmosferici, comportamentul plasmei, deformarea corpurilor, mișcarea gazelor și lichidelor în condiții naturale și sisteme tehnice, un mediu polarizant sau magnetizant. în câmpurile electrice și magnetice, stabilitatea și rezistența structurilor tehnice și de construcție, mișcarea aerului și a sângelui prin vase prin tractul respirator.

Legea lui Newton este fundamentală; este folosită pentru a descrie mișcarea corpurilor cu viteze care sunt mici în comparație cu viteza luminii.

În mecanică există următoarele secțiuni:

• cinematica (despre proprietățile geometrice ale corpurilor în mișcare, fără a lua în considerare masa și forțele care acționează);
• statică (despre găsirea corpurilor în echilibru folosind influențe externe);
• dinamica (despre corpurile în mișcare sub influența forței).

În mecanică, există concepte care reflectă proprietățile corpurilor:

• punct material (un corp ale cărui dimensiuni pot fi ignorate);
• corp absolut rigid (un corp în care distanța dintre orice puncte este constantă);
• continuum (un corp a cărui structură moleculară este neglijată).

Dacă rotația corpului față de centrul de masă în condițiile problemei luate în considerare poate fi neglijată sau se mișcă translațional, corpul este echivalat cu un punct material. Dacă nu luăm în considerare deformarea corpului, atunci acesta ar trebui considerat absolut indeformabil. Gazele, lichidele și corpurile deformabile pot fi considerate medii solide în care particulele umplu continuu întregul volum al mediului. În acest caz, atunci când se studiază mișcarea unui mediu, se folosește aparatul de matematică superioară, care este folosit pentru funcții continue. Din legile fundamentale ale naturii - legile conservării impulsului, energiei și masei - urmează ecuații care descriu comportamentul unui mediu continuu. Mecanica continuumului conține o serie de secțiuni independente - aero- și hidrodinamică, teoria elasticității și plasticității, dinamica gazelor și hidrodinamica magnetică, dinamica atmosferei și a suprafeței apei, mecanica fizico-chimică a materialelor, mecanica compozitelor, biomecanica, hidro-spațială. -aeromecanica.

Acum știi ce este mecanica!

Definiție

Mecanica este partea fizicii care studiază mișcarea și interacțiunea corpurilor materiale. În acest caz, mișcarea mecanică este considerată ca o schimbare în timp a poziției relative a corpurilor sau a părților lor în spațiu.

Fondatorii mecanicii clasice sunt G. Galileo (1564-1642) și I. Newton (1643-1727). Metodele mecanicii clasice sunt folosite pentru a studia mișcarea oricăror corpuri materiale (cu excepția microparticulelor) la viteze care sunt mici în comparație cu viteza luminii în vid. Mișcarea microparticulelor este considerată în mecanica cuantică, iar mișcarea corpurilor cu viteze apropiate de viteza luminii este considerată în mecanica relativistă (teoria specială a relativității).
Proprietăți ale spațiului și timpului acceptate în fizica clasică Să definim definițiile de mai sus.
Spațiu unidimensional - o caracteristică parametrică în care poziția unui punct este descrisă de un parametru.
Spațiu și timp euclidian înseamnă că ele însele nu sunt curbate și sunt descrise în cadrul geometriei euclidiene.
Omogenitatea spațiului înseamnă că proprietățile sale nu depind de distanța până la observator. Uniformitatea timpului înseamnă că nu se întinde sau nu se contractă, ci curge uniform. Izotropia spațiului înseamnă că proprietățile sale nu depind de direcție. Deoarece timpul este unidimensional, nu este nevoie să vorbim despre izotropia lui. Timpul în mecanica clasică este considerat o „săgeată a timpului” îndreptată din trecut către viitor. Este ireversibil: nu poți să te întorci în trecut și să „corectezi” ceva acolo.
Spațiul și timpul sunt continue (din latină continuum - continuu, continuu), adică. pot fi zdrobite în părți din ce în ce mai mici atât timp cât se dorește. Cu alte cuvinte, nu există „goluri” în spațiu și timp în care ar fi absenți. Mecanica este împărțită în cinematică și dinamică

Cinematica studiază mișcarea corpurilor ca simplă mișcare în spațiu, introducând în considerare așa-numitele caracteristici cinematice ale mișcării: deplasarea, viteza și accelerația.

În acest caz, viteza unui punct material este considerată ca viteza mișcării acestuia în spațiu sau, din punct de vedere matematic, ca o mărime vectorială egală cu derivata în timp a vectorului său rază:

Accelerația unui punct material este considerată ca rata de modificare a vitezei acestuia sau, din punct de vedere matematic, ca o mărime vectorială egală cu derivata în timp a vitezei sale sau derivata a doua în timp a vectorului său rază:

Dinamica

Dinamica studiază mișcarea corpurilor în legătură cu forțele care acționează asupra lor, folosind așa-numitele caracteristici dinamice ale mișcării: masă, impuls, forță etc.

În acest caz, masa unui corp este considerată ca măsură a inerției sale, adică rezistența la o forță care acționează asupra unui corp dat și care tinde să-și schimbe starea (îl pune în mișcare sau, dimpotrivă, îl oprește sau modifică viteza de mișcare). Masa poate fi considerată și ca o măsură a proprietăților gravitaționale ale unui corp, de exemplu. capacitatea sa de a interacționa cu alte corpuri care au și ele masă și sunt situate la o oarecare distanță de acest corp. Momentul unui corp este considerat o măsură cantitativă a mișcării sale, definită ca produsul dintre masa corpului și viteza acestuia:

Forța este considerată ca o măsură a acțiunii mecanice asupra unui anumit corp material de la alte corpuri.

Mecanica

Formule cinematice:

Cinematică

Mișcare mecanică

Mișcare mecanică se numește modificare a poziției unui corp (în spațiu) față de alte corpuri (în timp).

Relativitatea mișcării. Sistem de referință

Pentru a descrie mișcarea mecanică a unui corp (punct), trebuie să cunoașteți coordonatele acestuia în orice moment în timp. Pentru a determina coordonatele, selectați - organism de referințăși conectați-vă cu el sistem de coordonate. Adesea corpul de referință este Pământul, care este asociat cu un sistem de coordonate carteziene dreptunghiulare. Pentru a determina poziția unui punct în orice moment, trebuie să setați și începutul numărării timpului.

Se formează sistemul de coordonate, corpul de referință cu care este asociat și dispozitivul de măsurare a timpului sistem de referință, raportat la care se consideră mișcarea corpului.

Punct material

Se numește un corp ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în condiții de mișcare date punct material.

Un corp poate fi considerat un punct material dacă dimensiunile lui sunt mici în comparație cu distanța pe care o parcurge, sau în comparație cu distanțele de la el la alte corpuri.

Traiectorie, cale, mișcare

Traiectoria mișcării numită linia de-a lungul căreia se mișcă corpul. Se numește lungimea căii calea parcursă. cale– mărime fizică scalară, nu poate fi decât pozitivă.

Prin mutare este vectorul care leagă punctele de început și de sfârșit ale traiectoriei.

Se numește mișcarea unui corp în care toate punctele sale la un moment dat în timp se mișcă în mod egal mișcare înainte. Pentru a descrie mișcarea de translație a unui corp, este suficient să selectați un punct și să descrieți mișcarea acestuia.

O mișcare în care traiectoriile tuturor punctelor corpului sunt cercuri cu centre pe aceeași linie și toate planurile cercurilor sunt perpendiculare pe această dreaptă se numește mișcare de rotație.

Meter și secundă

Pentru a determina coordonatele unui corp, trebuie să fiți capabil să măsurați distanța pe o linie dreaptă dintre două puncte. Orice proces de măsurare a unei mărimi fizice constă în compararea mărimii măsurate cu unitatea de măsură a acestei mărimi.

Unitatea de măsură în Sistemul Internațional de Unități (SI) este metru. Un metru este egal cu aproximativ 1/40.000.000 din meridianul pământului. Conform înțelegerii moderne, un metru este distanța pe care lumina o parcurge în gol în 1/299.792.458 dintr-o secundă.

Pentru a măsura timpul, este selectat un proces care se repetă periodic. Unitatea de măsură SI a timpului este al doilea. O secundă este egală cu 9.192.631.770 de perioade de radiație de la un atom de cesiu în timpul tranziției între două niveluri ale structurii hiperfine a stării fundamentale.

În SI, lungimea și timpul sunt considerate independente de alte mărimi. Se numesc astfel de cantități principal.

Viteza instantanee

Pentru a caracteriza cantitativ procesul de mișcare a corpului, este introdus conceptul de viteză de mișcare.

Viteza instantanee mișcarea de translație a unui corp la momentul t este raportul dintre o deplasare foarte mică s și o perioadă mică de timp t în care a avut loc această deplasare:

;
.

Viteza instantanee este o mărime vectorială. Viteza instantanee de mișcare este întotdeauna direcționată tangențial la traiectoria în direcția mișcării corpului.

Unitatea de măsură a vitezei este 1 m/s. Un metru pe secundă este egal cu viteza unui punct în mișcare rectiliniu și uniform, la care punctul se mișcă pe o distanță de 1 m în 1 s.

Accelerare

Accelerare se numește mărime fizică vectorială egală cu raportul dintre o modificare foarte mică a vectorului viteză și perioada scurtă de timp în care a avut loc această modificare, adică Aceasta este o măsură a ratei de schimbare a vitezei:

;
.

Un metru pe secundă pe secundă este o accelerație la care viteza unui corp care se mișcă rectiliniu și uniform accelerează modificările cu 1 m/s într-un timp de 1 s.

Direcția vectorului de accelerație coincide cu direcția vectorului de schimbare a vitezei (
) pentru valori foarte mici ale intervalului de timp în care se modifică viteza.

Dacă un corp se mișcă în linie dreaptă și viteza lui crește, atunci direcția vectorului accelerație coincide cu direcția vectorului viteză; când viteza scade, aceasta este opusă direcției vectorului viteză.

Când se deplasează de-a lungul unei căi curbe, direcția vectorului viteză se schimbă în timpul mișcării, iar vectorul accelerație poate fi îndreptat sub orice unghi față de vectorul viteză.

Mișcare liniară uniformă, uniform accelerată

Se numește mișcare cu viteză constantă mișcare rectilinie uniformă. Cu o mișcare rectilinie uniformă, un corp se mișcă în linie dreaptă și parcurge aceleași distanțe în orice intervale de timp egale.

Se numește o mișcare în care un corp face mișcări inegale la intervale de timp egale mișcare neuniformă. Cu o astfel de mișcare, viteza corpului se modifică în timp.

La fel de variabil este o mișcare în care viteza unui corp se modifică cu aceeași valoare în orice perioade egale de timp, adică mișcare cu accelerație constantă.

Accelerată uniform se numește mișcare uniform alternativă în care mărimea vitezei crește. La fel de lent– miscare uniform alternanta, in care viteza scade.

Adăugarea vitezei

Să luăm în considerare mișcarea unui corp într-un sistem de coordonate în mișcare. Lăsa - mișcarea corpului într-un sistem de coordonate în mișcare, – deplasarea sistemului de coordonate în mișcare față de cel fix, atunci – mișcarea corpului într-un sistem de coordonate fix este egală cu:

.

Dacă mișcările au loc simultan, atunci:

.

Prin urmare

.

Am descoperit că viteza unui corp în raport cu un cadru de referință fix este egală cu suma vitezei corpului într-un cadru de referință în mișcare și viteza cadrului de referință în mișcare față de unul staționar. Această afirmație se numește legea clasică a adunării vitezelor.

Grafice ale mărimilor cinematice în funcție de timp
în mișcare uniformă și uniform accelerată

Cu mișcare uniformă:

Graficul vitezei – linie dreaptă y = b;

Graficul de accelerație – linie dreaptă y = 0;

Graficul deplasării este o dreaptă y = kx+b.

Cu mișcare uniform accelerată:

Graficul vitezei – linie dreaptă y = kx+b;

Graficul de accelerație – linie dreaptă y = b;

Graficul mișcării – parabolă:

• dacă a>0, se ramifică în sus;

  cu cât accelerația este mai mare, cu atât ramurile sunt mai înguste;

  vârful coincide în timp cu momentul în care viteza corpului este zero;

  trece de obicei prin origine.

Căderea liberă a corpurilor. Accelerația gravitației

Căderea liberă este mișcarea unui corp atunci când asupra acestuia acționează numai forța gravitației.

În cădere liberă, accelerația corpului este îndreptată vertical în jos și este aproximativ egală cu 9,8 m/s 2 . Această accelerație se numește accelerarea căderii libereși la fel pentru toate corpurile.

Mișcare uniformă în jurul unui cerc

Cu o mișcare uniformă într-un cerc, valoarea vitezei este constantă, dar direcția acesteia se schimbă în timpul mișcării. Viteza instantanee a unui corp este întotdeauna direcționată tangențial la traiectoria mișcării.

Deoarece Direcția vitezei în timpul mișcării uniforme în jurul unui cerc se schimbă constant, apoi această mișcare este întotdeauna accelerată uniform.

Perioada de timp în care un corp face o revoluție completă când se mișcă într-un cerc se numește perioadă:

.

Deoarece lungimea cercului s este egală cu 2R, perioada de revoluție pentru mișcarea uniformă a unui corp cu viteza v într-un cerc cu raza R este egală cu:

.

Reciproca perioadei de revoluție se numește frecvența revoluției și arată câte rotații în jurul unui cerc face un corp pe unitatea de timp:

.

Viteza unghiulară este raportul dintre unghiul prin care corpul s-a întors și timpul de rotație:

.

Viteza unghiulară este numeric egală cu numărul de rotații în 2 secunde.

Accelerația în timpul mișcării uniforme a corpurilor într-un cerc (accelerare centripetă)

În mișcare uniformă într-un cerc, un corp se mișcă cu accelerație centripetă. Să determinăm această accelerație.

Accelerația este direcționată în aceeași direcție cu schimbarea vitezei, prin urmare, accelerația este îndreptată spre centrul cercului. O presupunere importantă: unghiul  este atât de mic încât lungimea coardei AB coincide cu lungimea arcului:

de-a lungul a două laturi proporționale și unghiul dintre ele. Prin urmare:

– modulul de accelerație centripetă.

Bazele dinamicii

Prima lege a lui Newton. Sisteme de referință inerțiale.
Principiul relativității lui Galileo

Orice corp rămâne nemișcat până când alte corpuri acționează asupra lui. Un corp care se mișcă cu o anumită viteză continuă să se miște uniform și în linie dreaptă până când este acționat de către alte corpuri. Omul de știință italian Galileo Galilei a fost primul care a ajuns la astfel de concluzii despre legile mișcării corpurilor.

Se numește fenomenul menținerii vitezei de mișcare a unui corp în absența influențelor externe inerţie.

Orice odihnă și mișcare a corpurilor este relativă. Același corp poate fi în repaus într-un cadru de referință și se poate mișca cu accelerație în altul. Dar există astfel de sisteme de referință în raport cu care corpurile în mișcare translațională își mențin viteza constantă dacă alte corpuri nu acționează asupra lor. Această afirmație se numește prima lege a lui Newton (legea inerției).

Sistemele de referință față de care un corp, în absența influențelor externe, se mișcă rectiliniu și uniform se numesc sisteme de referință inerțiale.

Pot exista oricâte sisteme de referință inerțiale se dorește, de ex. orice cadru de referință care se mișcă uniform și rectiliniu în raport cu unul inerțial este de asemenea inerțial. Nu există cadre de referință inerțiale adevărate (absolute).

Greutate

Motivul schimbărilor în viteza de mișcare a corpurilor este întotdeauna interacțiunea acestuia cu alte corpuri.

Când două corpuri interacționează, vitezele primului și celui de-al doilea corp se schimbă întotdeauna, adică. ambele corpuri capătă acceleraţie. Accelerațiile a două corpuri care interacționează pot fi diferite; ele depind de inerția corpurilor.

Inerţie– capacitatea corpului de a-și menține starea de mișcare (repaus). Cu cât inerția unui corp este mai mare, cu atât va dobândi mai puțină accelerație atunci când interacționează cu alte corpuri și cu atât mișcarea sa va fi mai aproape de mișcarea rectilinie uniformă prin inerție.

Greutate– o mărime fizică care caracterizează inerția unui corp. Cu cât un corp are mai multă masă, cu atât primește mai puțină accelerație în timpul interacțiunii.

Unitatea de masă SI este kilogramul: [m]=1 kg.

Forta

În sistemele de referință inerțiale, orice modificare a vitezei unui corp are loc sub influența altor corpuri. Forta este o expresie cantitativă a acțiunii unui corp asupra altuia.

Forta– o mărime fizică vectorială; direcția ei este considerată direcția de accelerație a corpului, care este cauzată de această forță. Forța are întotdeauna un punct de aplicare.

În SI, unitatea de forță este considerată forța care conferă o accelerație de 1 m/s 2 unui corp care cântărește 1 kg. Această unitate se numește Newton:

.

A doua lege a lui Newton

Forța care acționează asupra unui corp este egală cu produsul dintre masa corpului și accelerația dată de această forță:

.

Astfel, accelerația unui corp este direct proporțională cu forța care acționează asupra corpului și invers proporțională cu masa acestuia:

.

Adăugarea forțelor

Când mai multe forțe acționează simultan asupra unui corp, corpul se mișcă cu accelerație, care este suma vectorială a accelerațiilor care ar apărea sub acțiunea fiecărei forțe separat. Forțele care acționează asupra unui corp și aplicate într-un punct se adună după regula adunării vectoriale.

Se numește suma vectorială a tuturor forțelor care acționează simultan asupra unui corp forță rezultantă.

Linia dreaptă care trece prin vectorul forță se numește linia de acțiune a forței. Dacă forțele sunt aplicate în diferite puncte ale corpului și nu acționează paralel între ele, atunci rezultanta se aplică la punctul de intersecție al liniilor de acțiune ale forțelor. Dacă forțele acționează paralel între ele, atunci nu există niciun punct de aplicare al forței rezultate, iar linia de acțiune a acesteia este determinată de formula:
(Vezi poza).

Moment de putere. Condiția de echilibru a pârghiei

Semnul principal al interacțiunii corpurilor în dinamică este apariția accelerațiilor. Cu toate acestea, este adesea necesar să se știe în ce condiții un corp asupra căruia acționează mai multe forțe diferite se află în stare de echilibru.

Există două tipuri de mișcare mecanică - translație și rotație.

Dacă traiectoriile de mișcare ale tuturor punctelor corpului sunt identice, atunci mișcarea progresivă. Dacă traiectoriile tuturor punctelor corpului sunt arce de cercuri concentrice (cercuri cu un centru - un punct de rotație), atunci mișcarea este de rotație.

Echilibrul corpurilor care nu se rotesc: Un corp care nu se rotește este în echilibru dacă suma geometrică a forțelor aplicate corpului este zero.

Echilibrul unui corp având o axă fixă ​​de rotație

Dacă linia de acțiune a unei forțe aplicate unui corp trece prin axa de rotație a corpului, atunci această forță este echilibrată de forța elastică de pe partea laterală a axei de rotație.

Dacă linia de acțiune a forței nu intersectează axa de rotație, atunci această forță nu poate fi echilibrată de forța elastică pe partea laterală a axei de rotație, iar corpul se rotește în jurul axei.

Rotația unui corp în jurul unei axe sub acțiunea unei forțe poate fi oprită prin acțiunea unei a doua forțe. Experiența arată că, dacă două forțe determină separat rotația unui corp în direcții opuse, atunci când acționează simultan, corpul este în echilibru dacă este îndeplinită următoarea condiție:

,
unde d 1 și d 2 sunt cele mai scurte distanțe față de liniile de acțiune ale forțelor F 1 și F 2. Distanța d se numește umărul puterii, iar produsul modulului de forță de către umăr este moment de forta:

.

Dacă momentelor forțelor care provoacă rotația în sensul acelor de ceasornic a unui corp în jurul unei axe li se atribuie un semn pozitiv, iar momentelor forțelor care provoacă rotația în sens invers acelor de ceasornic li se atribuie un semn negativ, atunci condiția de echilibru pentru un corp care are o axă de rotație poate fi formulată ca regulile momentului: un corp cu o axă fixă ​​de rotație este în echilibru dacă suma algebrică a momentelor tuturor forțelor aplicate corpului față de această axă este egală cu zero:

Unitatea SI a cuplului este un moment de forță de 1 N, a cărui linie de acțiune este situată la o distanță de 1 m de axa de rotație. Această unitate este numită newtonmetru.

Condiție generală pentru echilibrul corpului: un corp este în echilibru dacă suma geometrică a tuturor forțelor aplicate lui și suma algebrică a momentelor acestor forțe în raport cu axa de rotație sunt egale cu zero.

Când această condiție este îndeplinită, corpul nu este neapărat în repaus. Se poate mișca uniform și în linie dreaptă sau se poate roti.

Tipuri de echilibru

Echilibrul se numește durabil, dacă după mici influențe externe corpul revine la starea inițială de echilibru. Aceasta se întâmplă dacă, cu o deplasare ușoară a corpului în orice direcție față de poziția inițială, rezultanta forțelor care acționează asupra corpului devine nenulă și este îndreptată spre poziția de echilibru.

Echilibrul se numește instabil, dacă, cu o uşoară deplasare a corpului din poziţia de echilibru, rezultanta forţelor aplicate acestuia este nenulă şi dirijată din poziţia de echilibru.

Echilibrul se numește indiferent, dacă, cu deplasări mici ale corpului față de poziția inițială, rezultanta forțelor aplicate corpului rămâne egală cu zero.

Centrul de greutate

Centrul de greutate este punctul prin care trece rezultanta gravitației pentru orice poziție a corpului.

a treia lege a lui Newton

Corpurile acționează unul asupra celuilalt cu forțe de-a lungul aceleiași linii drepte, egale ca mărime și opuse ca direcție. Aceste forțe au aceeași natură fizică; sunt aplicate unor organisme diferite și, prin urmare, nu se compensează reciproc.

Forță elastică. legea lui Hooke

Forță elastică apare ca urmare a deformării corpului și este îndreptată în direcția opusă deformării.

Pentru deformații mici în comparație cu dimensiunea corpurilor, forța elastică este direct proporțională cu mărimea deformației absolute a corpului. În proiecție pe direcția de deformare, forța elastică este egală cu

,
unde x este deformația absolută, k este coeficientul de rigiditate.

Această lege a fost stabilită experimental de omul de știință englez Robert Hooke și se numește legea lui Hooke:

Forța elastică care apare în timpul deformării unui corp este proporțională cu alungirea corpului și este îndreptată în direcția opusă direcției de mișcare a particulelor corpului în timpul deformării.

Coeficientul de proporționalitate din legea lui Hooke se numește rigiditatea corpului. Depinde de forma și dimensiunea corpului și de materialul din care este fabricat (scade odată cu creșterea lungimii și odată cu descreșterea ariei secțiunii transversale - vezi Fizica moleculară).

În C, rigiditatea este exprimată ca newtoni pe metru:
.

O forță elastică se străduiește să restabilească forma unui corp supus deformării și se aplică corpului care provoacă această deformare.

Natura forței elastice este electromagnetică, deoarece forța elastică apare ca urmare a dorinței forțelor electromagnetice care acționează între atomii unei substanțe de a readuce atomii substanței în poziția inițială atunci când poziția lor relativă se modifică ca urmare a deformării.

Reacția elastică a suportului, firului, suspensiei– forta pasiva, actionand intotdeauna perpendicular pe suprafata suportului.

Forța de frecare. Coeficient de frecare de alunecare

Forța de frecare apare atunci când suprafețele a două corpuri intră în contact și împiedică întotdeauna mișcarea lor reciprocă.

Forța care ia naștere la limita contactului corpurilor în absența mișcării relative se numește forța de frecare statică. Forța de frecare statică este o forță elastică; este egală ca modul cu forța exterioară direcționată tangențial la suprafața de contact a corpurilor și opusă ca direcție.

Când un corp se mișcă pe suprafața altuia, forța de frecare de alunecare.

Forța de frecare este de natură electromagnetică, deoarece apare ca urmare a existentei fortelor de interactiune intre molecule si atomii corpurilor in contact – forte electromagnetice.

Forța de frecare de alunecare este direct proporțională cu forța presiunii normale (sau reacția elastică a suportului) și nu depinde de suprafața de contact dintre corpuri (legea lui Coulomb):

, unde  este coeficientul de frecare.

Coeficientul de frecare depinde de topografia suprafeței și este întotdeauna mai mic de unu: „este mai ușor să te miști decât să rupi”.

Forțele gravitaționale. Legea gravitației universale.
Gravitatie

Conform legilor lui Newton, un corp se poate mișca cu accelerație numai sub influența forței. Deoarece Corpurile în cădere se mișcă cu accelerație îndreptată în jos, apoi sunt acționate asupra lor de forța gravitațională către Pământ. Dar nu numai Pământul are proprietatea de a acționa asupra tuturor corpurilor cu o forță de gravitație. Isaac Newton a sugerat că există forțe gravitaționale între toate corpurile. Aceste forțe sunt numite forțe ale gravitației universale sau gravitațională forte.

După extinderea tiparelor stabilite - dependența forței de atracție a corpurilor de pe Pământ de distanțele dintre corpuri și de masele corpurilor care interacționează, obținute în urma observațiilor - Newton a descoperit în 1682. legea gravitației universale: Toate corpurile se atrag unele pe altele, forța de gravitație universală este direct proporțională cu produsul maselor corpurilor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele:

.

Vectorii forțelor gravitaționale universale sunt direcționați de-a lungul liniei drepte care leagă corpurile. Se numește factorul de proporționalitate G constantă gravitațională (constantă gravitațională universală) si este egal cu

.

Gravitatie Forța gravitațională care acționează asupra tuturor corpurilor de pe Pământ se numește:

.

Lăsa
este masa Pământului și
– raza Pământului. Să luăm în considerare dependența accelerației căderii libere de înălțimea de ridicare deasupra suprafeței Pământului:

Greutate corporala. Imponderabilitate

Greutate corporala - forta cu care un corp apasa pe un suport sau suspensie datorita atractiei acestui corp spre sol. Greutatea corporală se aplică pe suport (suspensie). Cantitatea de greutate corporală depinde de modul în care corpul se mișcă cu sprijin (suspensie).

Greutatea corporală, adică forța cu care corpul acționează asupra suportului și forța elastică cu care suportul acționează asupra corpului, în conformitate cu cea de-a treia lege a lui Newton, sunt egale ca valoare absolută și opusă ca direcție.

Dacă un corp este în repaus pe un suport orizontal sau se mișcă uniform, asupra lui acționează numai gravitația și forța elastică din suport, de aceea greutatea corpului este egală cu gravitația (dar aceste forțe sunt aplicate unor corpuri diferite):

.

Cu mișcarea accelerată, greutatea corpului nu va fi egală cu forța gravitației. Să considerăm mișcarea unui corp de masă m sub influența gravitației și a elasticității cu accelerație. Conform legii a 2-a a lui Newton:

Dacă accelerația unui corp este îndreptată în jos, atunci greutatea corpului este mai mică decât forța gravitației; dacă accelerația unui corp este îndreptată în sus, atunci toate corpurile sunt mai mari decât forța gravitației.

Se numește o creștere a greutății corporale cauzată de mișcarea accelerată a unui suport sau suspensie suprasarcina.

Dacă un corp cade liber, atunci din formula * rezultă că greutatea corpului este zero. Se numește dispariția greutății atunci când suportul se mișcă cu accelerația căderii libere imponderabilitate.

Starea de imponderabilitate se observă la un avion sau o navă spațială atunci când se mișcă cu accelerația gravitației, indiferent de viteza de mișcare a acestuia. În afara atmosferei Pământului, când motoarele cu reacție sunt oprite, asupra navei spațiale acționează doar forța gravitației universale. Sub influența acestei forțe, nava spațială și toate corpurile din ea se mișcă cu aceeași accelerație; prin urmare, fenomenul de imponderabilitate se observă în navă.

Mișcarea unui corp sub influența gravitației. Mișcarea sateliților artificiali. Prima viteza de evacuare

Dacă modulul de deplasare al corpului este mult mai mic decât distanța până la centrul Pământului, atunci forța gravitației universale în timpul mișcării poate fi considerată constantă, iar mișcarea corpului este accelerată uniform. Cel mai simplu caz de mișcare a corpului sub influența gravitației este căderea liberă cu viteză inițială zero. În acest caz, corpul se deplasează cu accelerație în cădere liberă spre centrul Pământului. Dacă există o viteză inițială care nu este direcționată vertical, atunci corpul se deplasează pe o cale curbă (parabolă, dacă nu se ia în considerare rezistența aerului).

La o anumită viteză inițială, un corp aruncat tangențial la suprafața Pământului, sub influența gravitației în absența unei atmosfere, se poate deplasa în cerc în jurul Pământului fără să cadă peste el sau să se îndepărteze de el. Această viteză se numește prima viteza de evacuare, iar un corp care se mișcă în acest fel este satelit artificial de pământ (AES).

Să determinăm prima viteză de evacuare a Pământului. Dacă un corp, sub influența gravitației, se mișcă în jurul Pământului uniform într-un cerc, atunci accelerația gravitației este accelerația sa centripetă:

.

Prin urmare, prima viteză de evacuare este egală cu

.

Prima viteză de evacuare pentru orice corp ceresc este determinată în același mod. Accelerația gravitației la o distanță R de centrul unui corp ceresc poate fi găsită folosind a doua lege a lui Newton și legea gravitației universale:

.

În consecință, prima viteză de evacuare la o distanță R de centrul unui corp ceresc de masă M este egală cu

.

Pentru a lansa un satelit artificial pe orbita joasă a Pământului, acesta trebuie mai întâi scos din atmosferă. Prin urmare, navele spațiale se lansează pe verticală. La o altitudine de 200 - 300 km de suprafața Pământului, unde atmosfera este rarefiată și nu are aproape niciun efect asupra mișcării satelitului, racheta face o întoarcere și îi transmite satelitului prima sa viteză de evacuare într-o direcție perpendiculară pe verticală. .

Legile de conservare în mecanică

Impulsul corpului

Conform legii a 2-a a lui Newton, o modificare a vitezei unui corp este posibilă numai ca urmare a interacțiunii sale cu alte corpuri, adică. sub influența forței. Fie ca un corp de masă m să fie acționat de o forță F într-un timp t și viteza de mișcare a acestuia se schimbă de la v o la v. Apoi, pe baza legii a 2-a a lui Newton:

.

Magnitudinea
numit impuls de forță. Impulsul de forță este o mărime fizică vectorială egală cu produsul forței și timpul acțiunii sale. Direcția impulsului forței coincide cu direcția forței.

.

– impulsul corpului (cantitatea de mișcare)– mărime fizică vectorială egală cu produsul dintre masa unui corp și viteza acestuia. Direcția impulsului corpului coincide cu direcția vitezei.

Impulsul forței care acționează asupra corpului este egal cu modificarea impulsului corpului.

Legea conservării impulsului

Să aflăm cum se schimbă impulsurile a două corpuri în timpul interacțiunii lor. Să notăm vitezele corpurilor cu mase m 1 și m 2 înainte de interacțiune prin Și , iar după interacțiune – prin Și .

Conform legii a 3-a a lui Newton, forțele care acționează asupra corpurilor în timpul interacțiunii lor sunt egale ca mărime și opuse ca direcție; prin urmare, de la poate fi notat cu F și –F. Apoi:

Astfel, suma vectorială a momentelor a două corpuri înainte de interacțiune este egală cu suma vectorială a momentelor lor după interacțiune.

Experimentele arată că în orice sistem de corpuri care interacționează între ele, în absența forțelor de la alte corpuri neincluse în sistem, - într-un sistem închis– suma geometrică a momentelor corpurilor rămâne constantă. Momentul unui sistem închis de corpuri este o mărime constantă - legea conservării impulsului (L.S.I.).

Propulsie cu reacție

Într-un motor cu reacție, arderea combustibilului produce gaze încălzite la o temperatură ridicată, care sunt ejectate din duza motorului. Motorul și gazele pe care le emite interacționează între ele. Pe baza w.s.i. în absența forțelor externe, suma vectorilor de impuls ai corpurilor care interacționează rămâne constantă. Înainte ca motorul să înceapă să funcționeze, impulsul motorului și combustibilul a fost zero, prin urmare, după pornirea motorului, suma vectorilor impulsului rachetei și impulsului gazelor de eșapament este zero:

.

Această formulă este aplicabilă pentru a calcula viteza unui motor supus unei ușoare modificări a masei sale ca urmare a arderii combustibilului.

Un motor cu reacție are o proprietate remarcabilă: nu are nevoie de pământ, apă sau aer pentru a se mișca, deoarece... se deplasează ca urmare a interacțiunii cu gazele formate în timpul arderii combustibilului. Prin urmare, un motor cu reacție se poate deplasa în spațiu fără aer.

Munca mecanica

Munca mecanica este o mărime fizică scalară egală cu produsul dintre modulul forței prin modulul de deplasare al punctului de aplicare al forței și cu cosinusul unghiului dintre direcția forței și direcția mișcării (produsul scalar al forței). vectori și punctul de deplasare a acestuia):

.

Munca se măsoară în Jouli. 1 Joule este munca efectuată de o forță de 1 N când punctul de aplicare a acesteia se mișcă cu 1 m în direcția forței:

.

Munca poate fi pozitivă, negativă, egală cu zero:

 = 0  A = FS > 0;

0 <  < 90  A > 0;

 = 90  A = 0;

90<  < 180 A < 0;

 = 180  A = –FS< 0.

O forță care acționează perpendicular pe deplasare nu funcționează.

Putere

Putere este munca efectuată pe unitatea de timp:

– putere medie.

. 1 Watt este puterea la care se efectuează 1 J de lucru în 1 s.

Putere instantanee:

.

Energie kinetică

Să stabilim o legătură între munca unei forțe constante și o schimbare a vitezei unui corp. Să luăm în considerare cazul în care o forță constantă acționează asupra unui corp și direcția forței coincide cu direcția de mișcare a corpului:

. *

Se numește o mărime fizică egală cu jumătate din produsul dintre masa unui corp și viteza acestuia energie kinetică corp:

.

Apoi din formula *:
– teorema despre energia cinetică: Modificarea energiei cinetice a unui corp este egală cu munca tuturor forțelor care acționează asupra corpului.

Energia cinetică este întotdeauna pozitivă, adică. depinde de alegerea sistemului de referință.

Concluzie: în fizică, valoarea absolută a energiei în general, și a energiei cinetice în special, nu are sens. Putem vorbi doar despre o diferență de energie sau o schimbare de energie.

Energia este capacitatea corpului de a lucra. Munca este o măsură a schimbării energiei.

Energie potențială

Energie potențială– aceasta este energia interacțiunii dintre corpuri, în funcție de poziția lor relativă.

Lucrul gravitațional (energia potențială a unui corp într-un câmp gravitațional)

Dacă corpul se mișcă în sus, munca gravitațională este negativă; jos – pozitiv.

Munca gravitației nu depinde de traiectoria corpului, ci depinde doar de diferența de înălțime (de schimbarea poziției corpului deasupra suprafeței pământului).

Lucrul efectuat de gravitație într-o buclă închisă este zero.

Se numesc forțele al căror lucru într-o buclă închisă este zero potential (conservator). În mecanică, forța gravitației și forța elastică sunt potențiale (în electrodinamică - forța Coulomb), nepotențiale - forța de frecare (în electrodinamică - forța Ampere, Lorentz).

Energia potențială a unui corp într-un câmp gravitațional:
.

Munca efectuată de o forță potențială este întotdeauna egală cu pierderea de energie potențială:

.

Lucrul forței elastice (energia potențială a unui corp deformat elastic)

/* Dacă o anumită mărime fizică se modifică conform unei legi liniare, valoarea sa medie este egală cu jumătate din suma valorilor inițiale și finale - F y */

Energia potențială a unui corp deformat elastic:
.

Legea conservării energiei mecanice totale

Energie mecanică totală– suma energiei cinetice și potențiale a tuturor corpurilor incluse în sistem:

.

Conform teoremei energiei cinetice, munca tuturor forțelor care acționează asupra tuturor corpurilor. Dacă toate forțele din sistem sunt potențiale, atunci următoarea afirmație este adevărată: . Prin urmare:

Energia mecanică totală a unui sistem închis este o valoare constantă (dacă în sistem acţionează numai forţe potenţiale).

Dacă există forțe de frecare în sistem, atunci se poate aplica următoarea tehnică: atribuim forța de frecare unei forțe externe și aplicăm legea modificării energiei mecanice totale:

.

Munca efectuată de o forță externă este egală cu modificarea energiei mecanice totale a sistemului.

Lichide și gaze

Presiune

Presiune este o mărime fizică egală numeric cu forța presiunii normale care acționează pe unitatea de suprafață:

.

Forța normală de presiune acționează întotdeauna perpendicular pe suprafață.

.

1 Pascal este presiunea pe care o forță de 1 N o produce pe o suprafață de 1 m2 perpendiculară pe aceasta. În practică, se folosesc și unități de presiune nesistemice:

Legea lui Pascal pentru lichide și gaze

Presiunea exercitată asupra lichidului este transmisă acestuia în toate direcțiile în mod egal. Presiunea nu depinde de direcție.

Presiune hidrostatica Greutatea unei coloane de lichid pe unitatea de suprafață se numește:

.

Lichidul exercită această presiune pe fundul și pereții vasului la o adâncime h.

Vase comunicante

Egalitatea presiunilor lichidului la aceeași înălțime duce la faptul că în vasele comunicante de orice formă suprafețele libere ale unui lichid omogen în repaus sunt la același nivel (dacă influența forțelor capilare este neglijabilă).

Dacă lichide cu densități diferite sunt turnate în vase comunicante, atunci dacă presiunile sunt egale, înălțimea coloanei de lichid cu o densitate mai mică va fi mai mare decât înălțimea coloanei de lichid cu o densitate mai mare, deoarece La aceeași altitudine presiunea este aceeași.

Principiul presei hidraulice

Principalele părți ale unei prese hidraulice sunt doi cilindri cu pistoane. Sub cilindri se află un lichid ușor compresibil; cilindrii sunt legați printr-un tub prin care lichidul poate curge.

Când forța F 1 acționează asupra pistonului, se creează o oarecare presiune într-un cilindru îngust. Conform legii lui Pascal, aceeași presiune este creată în interiorul lichidului din al doilea cilindru, adică.

.

O presă hidraulică oferă un câștig de atâtea ori cât aria pistonului său mai mare este mai mare decât aria pistonului mic.

Presa hidraulica este folosita in cricuri si sisteme de franare.

Presiunea atmosferică. Modificarea presiunii atmosferice
cu inaltime

Sub influența gravitației, straturile superioare de aer din atmosfera pământului apasă pe straturile subiacente. Această presiune, conform legii lui Pascal, se transmite în toate direcțiile. Cea mai mare valoare este presiunea, numită atmosferice, are aproape de suprafața Pământului.

Într-un barometru cu mercur, greutatea unei coloane de mercur pe unitatea de suprafață (presiunea hidrostatică a mercurului) este echilibrată de greutatea unei coloane de aer atmosferic pe unitatea de suprafață - presiunea atmosferică (vezi figura).

Odată cu creșterea altitudinii deasupra nivelului mării, presiunea atmosferică scade (vezi graficul).

Forța arhimediană pentru lichide și gaze. Condiții de navigație

Un corp scufundat într-un lichid sau într-un gaz este acționat de o forță de plutire îndreptată vertical în sus și egală cu greutatea lichidului (gazului) luat în volumul corpului scufundat.

Formularea lui Arhimede: un corp pierde într-un lichid exact la fel de multă greutate ca și greutatea lichidului deplasat.

.

Forța de deplasare se aplică la centrul geometric al corpului (pentru corpuri omogene - la centrul de greutate).

În condiții terestre normale, un corp situat într-un lichid sau gaz este supus a două forțe: gravitația și forța arhimediană. Dacă forța gravitației este mai mare ca mărime decât forța arhimediană, atunci corpul se scufundă.

Dacă modulul de gravitație este egal cu modulul forței arhimedice, atunci corpul poate fi în echilibru la orice adâncime.

Dacă forța arhimediană este mai mare ca mărime decât forța gravitației, atunci corpul plutește în sus. Corpul plutitor iese parțial deasupra suprafeței lichidului; volumul părții scufundate a corpului este astfel încât greutatea lichidului deplasat este egală cu greutatea corpului plutitor.

Forța arhimediană este mai mare decât gravitația dacă densitatea lichidului este mai mare decât densitatea corpului scufundat și invers.

Mecanica este una dintre secțiuni fizicienilor. Sub mecaniciînţelege de obicei mecanica clasică. Mecanica este o știință care studiază mișcarea corpurilor și interacțiunile care au loc între ele.

În special, fiecare corp în orice moment al timpului ocupă o anumită poziție în spațiu față de alte corpuri. Dacă în timp un corp își schimbă poziția în spațiu, atunci se spune că corpul este în mișcare, efectuând mișcare mecanică.

Mișcare mecanică se numește modificare a poziției relative a corpurilor în spațiu în timp.

Sarcina principală a mecanicii- determinarea poziţiei corpului în orice moment. Pentru a face acest lucru, trebuie să puteți indica pe scurt și cu precizie cum se mișcă un corp, cum se schimbă poziția sa în timp în timpul unei anumite mișcări. Cu alte cuvinte, găsiți o descriere matematică a mișcării, adică stabiliți conexiuni între mărimile care caracterizează mișcarea mecanică.

Când studiem mișcarea corpurilor materiale, concepte precum:

• punct material- un corp ale cărui dimensiuni în condiții date de mișcare pot fi neglijate. Acest concept este folosit în mișcarea de translație sau atunci când în mișcarea studiată, rotația corpului în jurul centrului său de masă poate fi neglijată,
• corp absolut rigid- un corp a cărui distanță între oricare două puncte nu se modifică. Conceptul este folosit atunci când deformarea corpului poate fi neglijată.
• mediu variabil continuu- conceptul este aplicabil atunci când structura moleculară a corpului poate fi neglijată. Folosit pentru studiul mișcării lichidelor, gazelor și solidelor deformabile.

Mecanica clasica bazat pe principiul relativității lui Galileo și legile lui Newton. Prin urmare, se mai numește - mecanica newtoniana .

Mecanica studiază mișcarea corpurilor materiale, interacțiunile dintre corpurile materiale, legile generale ale modificărilor pozițiilor corpurilor în timp, precum și motivele care provoacă aceste modificări.

Legile generale ale mecanicii sugerează că ele sunt valabile atunci când se studiază mișcarea și interacțiunea oricăror corpuri materiale (cu excepția particulelor elementare), de la dimensiuni microscopice la obiecte astronomice.

Mecanica include următoarele secțiuni:

• cinematică(studiază proprietatea geometrică a mișcării corpurilor fără motivele care au determinat această mișcare),
• dinamica(studiază mișcarea corpurilor ținând cont de motivele care au determinat această mișcare),
• statică(studiază echilibrul corpurilor sub influența forțelor).

De menționat că acestea nu sunt toate secțiunile care sunt incluse în mecanică, dar acestea sunt principalele secțiuni care sunt studiate în programa școlară. Pe lângă secțiunile menționate mai sus, există o serie de secțiuni care ambele au semnificație independentă și sunt strâns legate între ele și cu secțiunile indicate.

De exemplu:

• mecanica continuumului (include hidrodinamica, aerodinamica, dinamica gazelor, teoria elasticitatii, teoria plasticitatii);
• mecanica cuantică;
• mecanica mașinilor și mecanismelor;
• teoria oscilațiilor;
• mecanica masei variabile;
• teoria impactului;
• si etc.

Apariția secțiunilor suplimentare este asociată atât cu depășirea limitelor de aplicabilitate ale mecanicii clasice (mecanica cuantică), cât și cu un studiu detaliat al fenomenelor care apar în timpul interacțiunii corpurilor (de exemplu, teoria elasticității, teoria impactului). ).

Dar, în ciuda acestui fapt, mecanica clasică nu își pierde importanța. Este suficient să descriem o gamă largă de fenomene observabile fără a fi nevoie să recurgem la teorii speciale. Pe de altă parte, este ușor de înțeles și creează o bază pentru alte teorii.

- (greacă mechanike, de la mechane machine). Parte a matematicii aplicate, știința forței și a rezistenței în mașini; arta de a aplica forța la acțiune și de a construi mașini. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Chudinov A.N., 1910. MECANICA... ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

MECANICA- (din grecescul mechanike (techne) știința mașinilor, arta de a construi mașini), știința mecanicii. mater de miscare. corpuri și interacțiunile care au loc între ele. Sub mecanic mișcarea este înțeleasă ca o schimbare a poziției relative a corpurilor în timp sau... Enciclopedie fizică

MECANICA- (de la greacă mechane machine), știința mișcării. Până în secolul al XVII-lea, cunoștințele în acest domeniu erau aproape limitate la observații empirice, adesea eronate. În secolul al XVII-lea, proprietățile mișcării au început să fie derivate matematic din câteva principii de bază pentru prima dată... Marea Enciclopedie Medicală

MECANICA- MECANICA, mecanica, multe altele. nu, femeie (mecanic grecesc). 1. Catedra de fizică, studiul mișcării și al forțelor. Mecanica teoretica si aplicata. 2. Dispozitiv ascuns, complex, fundal, esență a ceva (colocvial). Mecanici dificile. „El este, după cum se spune... Dicționarul explicativ al lui Ushakov

MECANICA- MECANICA, ramură a fizicii care studiază proprietățile corpurilor (SUBSTAnțe) sub influența forțelor aplicate acestora. Împărțit în mecanica solidelor și mecanica fluidelor. O altă secțiune, statică, studiază proprietățile corpurilor în repaus, iar DINAMICĂ mișcarea corpurilor. Static...... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Mecanica- Știința mișcării mecanice și a interacțiunii mecanice a corpurilor materiale. [Culegere de termeni recomandați. Problema 102. Mecanica teoretică. Academia de Științe a URSS. Comitetul de terminologie științifică și tehnică. 1984] Subiecte teoretice... ... Ghidul tehnic al traducătorului

MECANICA Enciclopedie modernă

MECANICA- (din grecescul mechanike arta de a construi mașini) știința mișcării mecanice a corpurilor materiale (adică, schimbările în timp în poziția relativă a corpurilor sau a părților lor în spațiu) și a interacțiunilor dintre ele. Bazat pe mecanica clasica... ... Dicţionar enciclopedic mare

MECANICA- MECANICA și, femeile. 1. Știința mișcării în spațiu și forțele care provoacă această mișcare. M. teoretic 2. Ramura tehnologiei care se ocupa cu aplicarea doctrinei miscarii si fortelor la rezolvarea problemelor practice. Stația de metrou Stroitelnaya. Stația de metrou aplicată... ... Dicționarul explicativ al lui Ozhegov

Mecanica- știința mișcării. Când studiază mișcarea, mecanica trebuie să studieze și cauzele care produc și modifică mișcările, numite forțe; forțele se pot echilibra între ele, iar echilibrul poate fi considerat un caz special de mișcare.... ... Enciclopedia lui Brockhaus și Efron

Mecanica- [din grecescul mechanike (techne) arta de a construi mașini], ramură a fizicii care studiază mișcarea mecanică a corpurilor materiale solide, lichide și gazoase și interacțiunile dintre ele. În așa-numita mecanică clasică (sau pur și simplu... ... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

Cărți

• Mecanica, V. A. Aleshkevich, L. G. Dedenko, V. A. Karavaev, Manualul este prima parte a seriei „Curs universitar de fizică generală”, destinat studenților specialităților fizice din universități. 0 caracteristica sa distinctivă este... Categorie: Mecanica Serie: Curs universitar de fizică generală Editura: FIZMATLIT, Cumpărați pentru 1181 rub.
• Mecanici, Karl Picholl, În viața de zi cu zi, suntem înconjurați nu numai de un număr mare de mașini, ci și de numeroase structuri precum drumuri, clădiri și poduri. Pentru a construi toate acestea, este necesar... Categorie: