Онлайн-урок №6 "Силы упругости. Сила Архимеда. Силы трения. Наклонная плоскость"

5. Сила упругости. Закон Гука

Определение. Силы упругости () – силы, возникающие в деформированном теле и направленные в сторону, противоположную направлению деформации.

 – закон Гука (сила упругости), Н
 – закон Гука для использования в скалярной форме, Н
Где k – жесткость тела (параметр упругости), 
x – удлинение тела, м
Замечание. Ограничение на применимость закона Гука: выполняется только для линейных упругих (малых) деформаций. 
Типы деформаций:
1) Упругая (эластичная) – после снятия нагрузки тело может вернуться к исходной форме;
2) Неупругая (пластичная) – после снятия нагрузки тело не может вернуться к исходной форме.
Виды деформаций: 
1) Растяжение/сжатие; 
2) Изгиб;
3) Кручение; 
4) Сдвиг. 
Замечание. Частные случаи сил упругости: сила нормальной реакции опоры  и сила натяжения нити .

Формулы нахождения общей жесткости системы пружин:
1) Последовательное соединение

 – общая жесткость, 
2) Параллельное соединение

 – общая жесткость, 

6. Сила Архимеда

Определение. Сила Архимеда ()– сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ и направленная вертикально вверх (выталкивающая). Она численно равна весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела.

 – сила Архимеда, Н
Где  – плотность среды, в которой находится тело,  
 – объем погруженной части тела, м³
Условия плавания тел:
1) Тело всплывает на поверхность: ;
2) Безразличное плавание тела: ;
3) Тело тонет, опускаясь на дно: .

7. Сила трения

Определение. Силы трения () – силы, возникающие во время движения или попытке движения тела по поверхности другого тела (сухое трение) или во время движения тела в толще жидкой или газообразной среды (вязкое трение). Сила трения направлена вдоль поверхности соприкасающихся тел противоположно их относительному перемещению.
1) Определение. Сила трения покоя () – сила, действующая на тело пока оно не движется относительно поверхности другого тела.
Действие силы трения покоя:
а) Мешает движению

 – сила трения покоя, Н
Где Fтяги – внешняя сила, которая пытается вывести тело из положения равновесия, Н
б) Способствует движению
 
 – сила трения покоя, Н
Где  – сила, с помощью которой тело отталкивается от поверхности, Н
Замечание. Максимальное значение силы трения покоя равно значению силы трения скольжения.
2) Определение. Сила трения скольжения () – сила, возникающая при проскальзывании одного тела по поверхности другого.

Случаи возникновения силы трения скольжения:

а) Движение, которому способствует сила

б) Движение по инерции

 – сила трения скольжения, Н
Где μ – коэффициент трения скольжения, определяется материалом и качеством обработки поверхностей соприкасающихся тел, измеряется в единицах
Замечание. Как правило μ < 1.
 – сила трения скольжения на горизонтальной поверхности без перегрузок*, Н
*Замечание. Когда N=mg, читайте об этом подробнее в конспекте №6.

8. Наклонная плоскость

Задачи на описание движения тела по наклонной плоскости, движения по окружности и движения связанных тел принято называть комбинированными задачами динамики. Все они решаются с использованием одинакового метода – записи проекций сил во втором законе Ньютона на выбранные оси.
Замечание. При движении по наклонной плоскости на тело действуют несколько сил. Для выбора удобной системы отсчета для проецирования сил координатные оси лучше направлять так, чтобы одна из них была вдоль наклонной плоскости (сонаправлена с ускорением при его наличии), а вторая перпендикулярно ей.
Пример. Автомобиль массой 2 т движется вверх вдоль наклонной дороги с ускорением 0,1 м/с². Найдите силу тяги, которую развивает при этом двигатель автомобиля, если коэффициент сопротивления движению равен 0,05, а угол наклона дороги к горизонту 30°. Считайте при этом, что g=10 м/с².

Сумма сил по второму закону Ньютона в векторной форме:

В проекции на ось x:


В проекции на ось y:




Ответ: 11,07 (кН).