Сила упругости. Объяснение устройства и принципа действия динамометра. Сила трения. Трение в природе и технике.
Изменение формы, размеров или объема теланазывают деформацией. Деформация может быть вызвана действием на тело приложенных к нему внешних сил. При деформациях твердого тела его частицы (атомы, молекулы, ионы), находящиеся в узлах кристаллической решетки, смещаются из своих положений равновесия. Силы, возникающие в теле при его упругой деформации и направленные против направления смещения частиц тела, вызываемого деформацией, называют силами упругости.
В случае одностороннего растяжения или сжатия сила упругости направлена вдоль прямой, по которой действует внешняя сила, вызывающая деформацию тела, противоположно направлению этой силы и перпендикулярно поверхности тела.
Связь между силой упругости и упругой деформацией тела была экспериментально установлена Гуком. Закон Гука формулируют так: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению этого тела.
F=-kx,где F- сила упругости; х - удлинение (деформация) тела; k - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров и материала тела, называемый жесткостью. Единица жесткости в СИ - ньютон на метр (Н/м).
Для измерения сил используют прибор –динамометр.Основная его часть – стальная пружина с кручочком, которой придают разную форму в зависимости от назначения прибора. Пружину закрепляют на дощечке, на которую наносят шкалу. Устройство простейшего динамометра основано на сравнении любой силы с силой упругости пружины.
При соприкосновении движущихся тел с другими телами, а также с частицами вещества окружающей среды возникают силы, препятствующие такому движению. Эти силы называют силами трения. Действие сил трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.
Трение подразделяют на трение покоя, трение скольжения и трение качения.
Трение покоя возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места. Наблюдения показывают, что сила трения покоя всегда направлена противоположно действующей на тело внешней силе, стремящейся привести это тело в движение. До определенного момента сила трения покоя увеличивается с возрастанием внешней силы. Максимальное значение силы трения покоя пропорционально модулю силы давления, производимого телом на опору, которая по третьему закону Ньютона равна по модулю силе N реакции опоры. Поэтому:
Fтр=μN, где μ - безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя. Значение этого коэффициента зависит от материала и состояния трущихся поверхностей.
Трение скольжения возникает при скольжении одного твердого тела по поверхности другого. Если сделать поверхности более гладкими, значение μ уменьшится. Однако уменьшать шероховатость поверхностей можно лишь до определенного предела, так как при очень гладких (например, полированных) поверхностях значение μ вновь увеличивается. Происходит это потому, что молекулы тел с гладкими поверхностями близко подходят друг к другу и силы молекулярного притяжения между ними вызывают "прилипание" тел, препятствующее их скольжению.
Трение качения возникает при качении (без скольжения) твердых тел круглой формы по поверхности других твердых тел.
При прочих равных условиях наибольшим является трение покоя, а наименьшим - трение качения.
В жизни человека силы трения играют важную роль. В одних случаях он их использует, а в других борется с ними. Примеры увеличения трения: посыпают дорожки песком, у растений – цепкие усики, у животных – цепкие хвосты, хобот слона.
С целью уменьшения трения между соприкасающимися поверхностями твердых тел вводят смазку, т. е. вязкую жидкость. При этом трение возникает уже не между твердыми телами, а между слоями смазки, что и приводит к значительному уменьшению силы трения. Другие примеры: подшипники (шариковые, роликовые).
Билет № 6