Момент силы относительно точки
Момент силы
ТВЕРДОГО ТЕЛА
ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Связь массы, импульса и энергии релятивистской частицы
Основной закон релятивисткой механики
Скорость изменения импульса материальной точки равна равнодействующей сил, действующих на эту точку, т. е.
или .
Ускорение, сообщаемое материальной точке силой:
.
Следовательно, ускорение материальной точки, вообще говоря, не совпадает по направлению с силой, вызывающей это ускорение.
Вектор коллинеарен силе только в двух случаях:
· сила направлена перпендикулярно к скорости точки (поперечная сила), так что , и
;
· сила направлена параллельно к скорости точки (продольная сила), так что , и
.
Приращение кинетической энергии материальной точки равно работе равнодействующей силы :
.
Возведём обе части равенства в квадрат и избавимся от знаменателя. Получим . Теперь умножим обе части на
. Продифференцировав это равенство и проведя сокращения, получим и . Тогда . Отсюда следует, что
или
Величину называют полной энергией тела, а величину – энергией покоя тела.
.
Значения и не зависят от выбора инерциальной системы отсчёта. Для элементарной частицы они являются неизменными характеристиками. Масса и энергия покоя системы частиц зависят от состава системы и от её внутреннего состояния.
Выразим полную энергию частицы через её импульс. . Возведем обе части этого равенства в квадрат и освободимся от знаменателя. Получим: . Учитывая, что , получим . Произведение массы частицы на скорость ее движения есть импульс этой частицы, тогда после сокращения на уравнение примет вид или, с учетом того, что ,
.
Рис. 1.48. |
.
Направление вектора определим по правилу буравчика (правого винта). Векторы , и образуют правовинтовую систему: рукояткой буравчика служит вектор , конец рукоятки надо вращать в направлении вектора , тогда поступательное движение буравчика укажет направление вектора (см. рис. 1.49). Условимся
Рис. 1.49. |
Модуль момента силы
,
где α – угол между векторами и . Произведение есть плечо силы – кратчайшее расстояние от точки О до линии действия силы (см. рис. 1.50). Тогда модуль момента силы
.
За единицу момента силы принимают момент, созданный силой в 1 Н с плечом равным 1 м: .
Рис. 1.50. |
.
Момент силы, взятый относительно точки, характеризует способность силы вызывать поворот относительно этой точки. Если сила направлена вдоль радиус-вектора, ее плечо равно нулю. Такая сила не может вызывать поворот тела вокруг точки О. Этот поворот вызывается только тангенциальной (касательной) компонентой силы , направленной перпендикулярно радиус-вектору.
Рис. 1.51. |