Сила реакции опоры. Вес

Положим камень на горизонтальную крышку стола, стоящего на Земле (рис. 104). Поскольку ускорение камня относительно Земли равно пулю, то по второму закону Ньютона сумма действующих на него сил равна нулю. Следовательно, действие на камень силы тяжести m · g должно компенсироваться какими-то другими силами. Ясно, что под действием камня крышка стола деформируется. Поэтому со стороны стола на камень действует сила упругости. Если считать, что камень взаимодействует лишь с Землей и крышкой стола, то сила упругости должна уравновешивать силу тяжести: Fупр = -m · g.

Зависимость силы упругости от деформации. Закон Гука

Зависимость сил упругости от деформации была установлена экспериментально английским физиком Робертом Гуком в середине XVII в. Давайте и мы обратимся к опыту.

Сила упругости

Как вы уже знаете, при действии на точечное тело силы оно приобретает ускорение в инерциальной системе отсчета. Если же сумма всех сил, действующих на точечное тело, равна нулю, то его ускорение в ИСО равно нулю. Точно так же в ИСО будет равно нулю ускорение точечного тела, если на него не действуют никакие силы. Причем отличить эти две ситуации и сказать, какая из них имеет место, невозможно. Однако отличие может проявиться, если тело не является точечным, а действующие силы приложены к разным точкам этого тела.

Сила тяжести

Изучая свободное падение тел, мы отмечали, что любое достаточно тяжелое и малое по размерам тело, отпущенное из состояния покоя вблизи поверхности Земли, будет совершать свободное падение – двигаться с ускорением g относительно Земли. Напомним, что ускорение свободного падения направлено вертикально вниз, а его модуль принимается нами равным 10 м/с2.

Силы в механике

Как вы знаете, в механике сила характеризует действие одного тела на другое, в результате которого это другое тело получает ускорение в инерциальной системе отсчета. В этой главе мы познакомимся с различными силами, которые встречаются в механике, и рассмотрим их свойства. Чтобы при изучении этих свойств избежать ошибок в применении законов Ньютона, нужно, рассматривая ту или иную силу, ответить на четыре вопроса:

Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона

Представьте себе, что вы поднимаете гирю, действуя на нее рукой с некоторой силой Fгр, направленной вверх (рис. 89). В этом случае вы почувствуете, что гиря тоже действует на вашу руку. При этом гиря будет тянуть вашу руку вниз с силой Fрг.

Второй закон Ньютона

Прежде чем сформулировать один из важнейших законов механики, подведем итог приобретенным знаниям.

Напомним, что пока мы ведем разговор только о точечных телах. При наблюдении за точечным телом из инерциальной системы отсчета выполняются следующие правила (рис. 85).

Масса тела. Плотность вещества

Теперь, когда мы знаем, как измерить действующую на тело силу, попробуем одной и той же силой действовать на разные тела. Если вы будете действовать одной и той же силой на небольшое яблоко, баскетбольный мяч и большой арбуз, то убедитесь, что эти тела будут разгоняться по-разному. Значит, несмотря на то что тела испытывают одинаковое действие, они имеют разные ускорения. В этом случае говорят, что эти тела обладают разной инертностью.

Сложение сил. Измерение силы

Как правило, движение точечного тела с ускорением в ИСО происходит при действии нескольких тел. Например, пусть тележка движется с ускорением по реальной горизонтальной дороге. На нее оказывает действие человек, который толкает тележку, и дорога, которая тормозит движение тележки. Изучая движение тела при действии на него нескольких тел, Ньютон пришел к двум выводам:

1. Действия, которые оказывают на точечное тело другие тела, не зависят друг от друга.
2. Силы, характеризующие эти действия, можно складывать.

Сила

Мы установили, что только действие других тел может быть причиной появления ускорения у данного тела в инерциальной системе отсчета. Теперь нам предстоит выяснить:

1) какой физической величиной описывают это действие;
2) какими свойствами обладает эта физическая величина;
3) как ее измерить.

Pages