Динамика. Сила

Дина́мика (греч. δύναμις «сила, мощь») — раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения.
Динамика поступательного движения оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, потенциальная энергия, кинетическая энергия поступательного движения. Динамика вращательного движения дополнительно оперирует понятиями: момент инерции, момент силы, момент импульса, кинетическая энергия вращательного движения.
Основная задача динамики заключается в выяснении того, как изменяется механическое движение тел под влиянием приложенных к ним сил.

Сила – это векторная величина, являющаяся мерой действия на данное тело других тел или полей.
Единица измерения силы в СИ– Ньютон
Сила характеризуется:
модулем;
направлением;
точкой приложения.

Сложение сил осуществляется по правилу сложения векторов (правило параллелограмма, правило треугольника).
Равнодействующая сила – это сила, действие которой заменяет действие всех сил, приложенных к телу. Или, другими словами, равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна векторной сумме этих сил.

Задача
Определите модуль ускорения движения тела массой 2 кг, на которое действуют представленные на рисунке силы. Модули сил: F1=10 H; F2=F3=4 H; F4=12 H.

Первый закон Ньютона самим Ньютоном был сформулирован следующим образом: «Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».
Системы отсчета, в которых соблюдается первый закон Ньютона называют инерциальными.

Инерция (от лат. бездеятельность)—явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствие внешних воздействий, а также препятствования изменению скорости (как по модулю, так и по направлению) при наличии внешних воздействий.
Инертность - свойство тела сохранять состояние равномерного прямолинейного движения или покоя, когда действующие на него силы отсутствуют или взаимно уравновешены (в механике).

II закон Ньютона

Масса — физическая величина, отвечающая способности физических тел сохранять своё поступательное движение (инертности) , а также характеризующая количество вещества.

Задача
Автомобиль массой 3 тонны, двигаясь прямолинейно равноускорено, за 20с уменьшил скорость своего движения от 39 до 21 км/ч. Определите модуль равнодействующей силы, вызвавшей это изменение скорости.

III закон Ньютона

Задача
Два бруска массами m1 и m2 связаны нитью. Под действием силы F=12 Н бруски скользят по столу без трения. Определите при каком соотношении масс брусков сила натяжения нити равна 3 Н.

Законы Ньютона

Основные виды сил:
Центробежная сила
Гравитационная сила
Сила тяжести
Вес тела
Сила реакции опоры
Сила упругости
Сила трения

Центробежная сила
Согласно I закону Ньютона, любому физическому телу свойственно сохранять свое состояние покоя либо равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не будет произведено какое-либо воздействие извне.
Центробежная сила – это воздействие, которое оказывает движущееся тело на то, что сковывает свободу его перемещения и заставляет двигаться криволинейно.

Любое криволинейное движение можно представить как совокупность движений по окружности, следовательно на такое тело будут действовать центробежные силы.

Закон всемирного тяготения.
Любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. (Исаак Ньютон в 1867 г.)

Задача
Расстояние между двумя банками с водой массой по 1 кг составляет несколько метров. Из одной банки перелили в другую 0,5 кг воды и поставили банки на те же места. Определите, во сколько раз изменилась сила гравитационного взаимодействия между банками.

Задача

Первая космическая скорость — минимальная скорость, которую необходимо придать объекту, чтобы он начал совершать движение по круговой орбите вокруг планеты.

Задача
Высота орбиты спутника ГЛОНАСС 19100 км,
период обращения 11 часов 15 минут 44 секунды.
Найдите скорость спутника.

Задача
Масса Луны 7,35·1022 кг, радиус Луны 1737 км. Вычислите первую космическую скорость для Луны.

Сила тяжести
Сила тяжести — сила, действующая на любое тело, находящееся на поверхности планеты или другого астрономического тела. Сила тяжести складывается из силы гравитационного притяжения и центробежной силы инерции, вызванной суточным вращением планеты (если планета вращается).

Сила тяжести

Ускорение свободного падения

Задача
Определите ускорение свободного падения на поверхности Луны. Масса Луны 7,35·1022 кг, радиус Луны 1737 км. Что покажут земные пружинные весы, на которые встанет человек массой 80 кг?

Задача
Автомобиль движется со скоростью 54 км/ч по выпуклому мосту с радиусом кривизны 100м. Определите вес автомобиля в верхней точке. Масса автомобиля 800 кг.

Сила упругости
Силы реакции опоры (и силы натяжения нитей) по своей природе являются силами упругости.
Силы упругости – это силы, возникающие при упругой деформации тел. Эти силы стремятся вернуть тело в первоначальное состояние.

Закон Гука для силы упругости

Задача

Задача
Когда масса подвешенных к пружине грузов равна 150 г, длина пружины составляет 7 см. Определите длину пружины после увеличения общей массы грузов до 350 г, если жесткость пружины 50 Н/м.

Вес тела, размещенного на опоре,
движущейся с ускорением.

Задача
Ракета поднимается вертикально вверх, модуль ускорения ее движения равен 3g. Определите вес тела массой m, находящегося в ракете.

Задача
Определите вес человека массой 50 кг, взвешивающегося в лифте, опускающемся вертикально вниз с ускорением 3 м/с2

Сила трения
Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей.

Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.
Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.

Сила трения скольжения

Задача
Чтобы сдвинуть с места пустой ящик массой 14 кг, необходимо приложить к нему горизонтальную силу 24 Н. Определите, какая горизонтальная сила сдвинет с места этот ящик, когда в нем будут находиться вещи массой 28 кг.

Задача

Задача.