Взаємодія тіл

Взаємодія тіл

Механічний рух. Рівномірний рух. Швидкість

Механічним рухом тіла називається зміна положення тіла в просторі.
Важливими характеристиками руху тіла є траєкторія і шлях.
Траєкторією руху тіла називається лінія в просторі, вздовж якої рухається тіло.
Шляхs — це відстань, пройдена тілом уздовж траєкторії за час t. (Час t можна розглядати як суму кількох довільних проміжків часу:, а шлях s — як суму відрізків шляху, пройдених за ці проміжки часу: .)
Найпростіші рухи — прямолінійні рівномірні.
Рух називається прямолінійним, якщо траєкторією руху тіла є пряма лінія.
Рух називається рівномірним, якщо за будь-які однакові проміжки часу тіло проходить однакові відрізки шляху.
Різні тіла (наприклад, пішохід, велосипедист, мотоцикліст), рухаючись із різною бистротою, долають один і той самий шлях за різний час.
Для порівняння різних рухів за їх темпом (за їх бистротою) користуються фізичною величиною, що називається швидкістю (від англ. velocity).
Швидкість чисельно дорівнює відношенню шляху, пройденого тілом, до часу руху: . (Тобто швидкість — це шлях, пройдений тілом за одиницю часу.)
В інтернаціональній системі одиниць вимірювання фізичних величин (СІ) час вимірюється в секундах, а шлях — у метрах. Отже, швидкість вимірюється в метрах за секунду,.
Очевидно, що у випадку рівномірного руху . (Ці відношення однакові, швидкість стала.)
Таким чином, можна навести ще одне визначення рівномірного руху тіла як руху зі сталою швидкістю.

Взаємодія тіл. Сила

Якщо стан руху якогось тіла змінився внаслідок дії на нього іншого тіла, то кажуть, що друге тіло подіяло на перше тіло з деякою силою.
При цьому і перше тіло діяло на друге з такою самою силою, тобто ці тіла провзаємодіяли.
СилаF (від англ. force) — це фізична величина, що є кількісною мірою взаємодії тіл.
Сила вимірюється у ньютонах, .
Графічно силу зображують стрілкою, яка має напрям дії сили і довжина якої в деякому масштабі відповідає числовому значенню сили. Більшій силі відповідає довша стрілка.

Інерція. Маса тіла

Будь-яке тіло під дією деякої сили змінює стан свого руху (чи відносного спокою) не миттєво. Немиттєвість зміни стану руху тіла під дією сили є проявом інертності тіла.
Інертність — це властивість тіл зберігати незмінною свою швидкість за умови відсутності зовнішньої дії. Явище збереження тілом при цьому своєї швидкості називається інерцією.
Кількісну міру інертності називають масоюm, . Еталоном кілограма є виготовлений зі сплаву платини з іридієм суцільний циліндр, висота і діаметр якого дорівнюють 39 мм.

Густина речовини

Однорідні тіла з однієї речовини, але різні за розміром мають різні маси: чим більший об’єм тіла V, тим більша його маса m: .
Коефіцієнт пропорційності між m і V одержав назву густини речовини.
Звідси , .
Отже, густина — це фізична величина, що дорівнює відношенню маси однорідного тіла до його об’єму. Можна сказати й інакше: густина — це маса речовини одиничного об’єму.

Явище тяжіння. Сила тяжіння та її зв’язок із масою

Тяжіння(гравітація) — це характерне для всього Всесвіту взаємне притягання тіл. Земним тяжінням називається притягання тіл до Землі. Сила, з якою якесь тіло притягується до Землі, називається силою тяжіння.
Якщо деяке тіло підняти над земною поверхнею і відпустити, то воно падатиме так, що кожної секунди його швидкість зростатиме на 9,8 м/с. Величина, що дорівнює цьому збільшенню швидкості, позначається g.
Сила тяжіння , яка діє на тіло, пропорційна масі тіла. При цьому g відіграє роль коефіцієнта пропорційності: (частіше пишуть ). Звідси випливає можливість вимірювання g в Н/кг (на тіло масою 1 кг діє ).

Деформація. Сила пружності

Деформацією називається зміна форми чи розмірів тіла внаслідок зовнішньої дії на нього. Залежно від своїх властивостей деформоване тіло або відновлює початкову форму чи розміри за умови припинення зовнішньої дії, або ні. У першому випадку тіло називають пружним (приклади: пружина, гумовий шнур), у другому — непружним, пластичним (наприклад, стрижень із пластиліну).
У процесі пружної деформації виникає сила пружності. Чисельне значення цієї сили тим більше, чим більше змінюються розміри тіла. Зокрема, сила пружності деформованої пружини пропорційна її видовженню.

Вага як окремий випадок сили пружності

На людину, яка сидить у кріслі, діє сила тяжіння, внаслідок чого людина діє на сидіння. Так само на люстру діє сила тяжіння, а люстра діє на підвіс.
Вагою даного тіла P називається сила, з якою деяке тіло діє на опору чи на підвіс.
Не слід плутати вагу і силу тяжіння, вони не є синонімами. Приклад: на хлопчика, який стоїть на дошці, діє сила тяжіння , хлопчик діє на дошку силою Р (вага хлопчика); дошка, деформуючись, діє на хлопчика силою пружності . Ще наочніше деформування ілюструє приклад з масивною гирею, покладеною на тоненьку дошку (опору).

Сила Р, з якою гиря діє на дошку, тобто вага тіла, і сила пружності мають спільну природу: вони обидві пружного, а не гравітаційного, як сила тяжіння , походження. До подібного висновку приводить і розглядання деформації у випадку підвісу.

Динамометри

Динамометрами (від грец. dynamis — сила і metrеo — вимірювати) називають прилади для вимірювання сили за деформацією пружин внаслідок дії сили. Найпростішим із динамометрів є усім відомі пружинні ваги — безмін.

Додавання сил, які діють в однаковому напрямку. Центр тяжіння

На рисунку два хлопчики тягнуть тротуаром контейнер і діють на нього через трос T силами і . Потім їх змінює чоловік і рухає контейнер із тією самою швидкістю. При цьому результуюча сила R, з якою діє на трос чоловік, чисельно дорівнює сумі значень сил і : .

Рівнодійною сил і називається сила R, яка спричиняє на тіло таку саму дію, як і сили і .


Для введення поняття центра тяжіння тіла треба скористатися поняттям рівнодійної сили. Центр тяжіння тілаЦ — точка прикладення рівнодійної всіх елементарних сил тяжіння (тобто сил тяжіння, що діють на окремі маленькі елементи тіла).

Явище тертя. Сили тертя. Тертя ковзання, кочення, спокою. Підшипники

Якщо тіло (наприклад, брусок) ковзає по деякій поверхні, то йому перешкоджає силатертя ковзання; якщо тіло котиться, то виникає силатертя кочення. Сила тертя кочення менша за силу тертя ковзання, тому для зменшення тертя у техніці ковзання замінюють коченням. Для цього в багатьох механізмах використовуються кулькові або роликові підшипники, наприклад вал, на який насаджується підшипник, не ковзає, а котиться. Замінити тертя ковзання на тертя кочення можна також використавши котки або колеса. Зменшення тертя як шкідливого чинника досягається шляхом зменшення шерехатості дотичних поверхонь тіл і використання мастил. Однак наявність тертя у природі, техніці й побуті буває й корисною.
Від тертя руху треба відрізняти тертя спокою. Сила тертя спокою виявляється при спробі зрушити деяке тіло з місця. Числове значення цієї сили залежить від значення притискуючої сили та від стану дотичних поверхонь тіл (їх шерехатості перешкоджають зрушити тіло).