Простые механизмы

В предыдущем параграфе вы познакомились с рычагом – механическим устройством для перемещения грузов за счет выигрыша в силе. Используя неравноплечий рычаг, можно, приложив небольшую силу, переместить тело значительной массы. Рычаг был одним из первых механизмов, известных людям с древних времен. Существуют и другие механические устройства, которые позволяют изменять не только модуль силы, но и ее направление. Такие устройства называют простыми механизмами.

Применение условий равновесия твердого тела

Рассмотрим примеры того, как можно на практике применить условия равновесия твердого тела.

Пример 1. Равноплечие весы

Еще с древнейших времен для определения массы тел люди использовали равноплечие весы (рис. 137). Понять принцип их работы просто, если воспользоваться вторым условием равновесия твердого тела.

Равноплечие весы находятся в равновесии, когда сумма моментов равна нулю

Равновесие тела. Момент силы

Вы уже знаете, что если сумма всех действующих на точечное тело сил равна нулю, то это тело в инерциальной системе отсчета (ИСО) покоится или движется равномерно и прямолинейно. Следовательно, всегда можно выбрать такую инерциальную систему отсчета, в которой это тело покоится. В этом случае говорят, что тело находится в равновесии. Таким образом, условием равновесия точечного тела в ОСО является равенство нулю суммы всех действующих на него сил.

Статика

Механика изучает не только изменение характера движения тел в результате действия на них сил. Очень часто требуется установить, при каких условиях тела, несмотря на действие на них других тел, остаются в покое (неподвижны в выбранной системе отсчета). Эти задачи появились еще в древности при строительстве зданий, мостов и других сооружений, при создании и применении различных механических устройств для поднятия и перемещения грузов. Решением таких задач занимается специальный раздел механики – статика.

Мощность

Как вы уже знаете, система тел, обладающая механической энергией, может совершить работу над внешними телами. В этом случае говорят, что тела этой системы являются источниками силы.

Механическая энергия системы тел. Закон сохранения механической энергии

Мы изучали различные виды энергии, которыми обладают тела или системы тел. При этом было установлено, что кинетическая энергия определяется движением тел и их массой и зависит от механических параметров системы (масс тел и их скоростей). Потенциальная энергия системы тел определяется их взаимодействием и также зависит от механических параметров (взаимного положения, т. е. координат тел системы, их масс и т. д.). Таким образом, эти виды энергии – кинетическая и потенциальная – определяются механическим состоянием системы тел. Их сумму называют механической энергией системы тел.

Система тел. Потенциальная энергия

Не только кинетическая энергия определяет величину работы, которую могут совершить тела системы. Действительно, между телами обычно существуют силы взаимодействия. Пусть имеются несколько взаимодействующих друг с другом тел. Будем рассматривать эти тела как нечто целое. В таких случаях говорят, что эти тела образуют систему тел.

Все силы, действующие на тела системы, принято разделять на два вида.

Силы взаимодействия между телами, принадлежащими системе тел, называют внутренними силами.

Кинетическая энергия

Из первых параграфов этой главы следует, что если суммарная работа сил, действующих на тело, положительна, то скорость тела относительно инерциальной системы отсчета увеличивается. Напротив, если эта работа отрицательна, то скорость тела уменьшается. Таким образом, изменение скорости движения тела и работа, совершенная над этим телом, связаны. Найдем эту связь.

Тело разгоняется под действием силы и приобретает кинетическую энергию, равную совершенной силой работе

Решение задач на вычисление работы сил

Рассмотрим несколько примеров решения задач на вычисление работы сил.

Задача 1. Гоночный автомобиль разгоняется на прямолинейной дороге под действием постоянной силы тяги, значение которой F = 5 кН (рис. 120). Определите работу этой силы при перемещении автомобиля на расстояние L =100 м.

Работа силы тяги

Решение. Поскольку направление силы тяги и направление движения автомобиля совпадают, то

A = F · L = 5000 Н · 100 м = 500000 Дж = 500 кДж = 0,5 МДж.

Механическая работа

В русском языке слово «работа» означает любую деятельность, трудовой процесс, продукт труда, изделие и т. д. В физике это слово также может иметь разный смысл. Поэтому сразу уточним, что при изучении механики мы будем говорить о механической работе, часто опуская для краткости прилагательное «механическая».

Pages