Сили в механіці.

Силові взаємодії в механіці поділяються на гравітаційні та електромагнітні.

Гравітаційні здійснюються між тілами відповідно до закону Всесвітнього тяжіння. Електромагнітні виникають між тілами або частинками, які мають електричний заряд.

Учення про сили тяжіння формувалося у тісному зв’язку з пізнанням будови навколишнього світу. Узагальнивши погляди, які існували стосовно руху планет Сонячної системи, німецький астроном І. Кеплер сформулював основні закони руху планет (закони Кеплера):

1. Кожна планета рухається по еліпсу, в одному з фокусів знаходиться Сонце.

2. Радіус–вектор планети за однакові проміжки часу описує однакові площі.

3. Квадрати періодів обертання планет навколо Сонця відносяться як куби великих півосей їхніх еліптичних орбіт:

,

де а – велика півось, яка дорівнює середньому арифметичному відстаней планети від Сонця в перигелії та афелії.

Проаналізувавши закони Кеплера, Ньютон сформулював закон Всесвітнього тяжіння: сила взаємодії двох матеріальних точок прямо пропорційна добуткові мас цих точок і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

,

де g – коефіцієнт пропорційності, який називають гравітаційною сталою. Фізичний зміст g: він дорівнює силі взаємодії двох матеріальних точок масами по 1 кг, які знаходиться на відстані 1 м одна від одної. Визначив експериментально англійський вчений Г. Кавендіш (g = 6,67*10^–11 (Н*м²)/кг²), – сила, з якою перша точка діє на другу, – радіус–вектор, спрямований від першої точки до другої.

До сил гравітаційної природи відносять силу тяжіння і вагу тіла.

Однорідна сила тяжіння: , де – прискорення вільного падіння.

Вага тіла – сила, з якою тіло діє на опору або підвіс, які нерухомі відносно даного тіла. За ІІІ законом Ньютона вага дорівнює силі нормальної реакції опори або підвісу:

Сили електромагнітної природи:

Пружна сила – сила, яка пропорційна зміщенню матеріальної точки з положення рівноваги і спрямована до положення рівноваги: , де – радіус–вектор, який характеризує зміщення частинки з положення рівноваги, k – коефіцієнт, що характеризує пружні властивості тіла.

Сила тертя – виникає на границі контакту тіл і спрямована протилежно напрямкові пропонованого руху тіл.

Тертя підрозділяють на тертя спокою, тертя ковзання і тертя кочення.

Сила тертя спокою дорівнює проекції зовнішніх сил на лінію контакту L тіл.

.

Тертя ковзання – виникає при ковзанні одного тіла по поверхні іншого.

,

де m – коефіцієнт тертя ковзання, який залежить від природи і стану дотичних поверхонь, N – сила нормальної реакції поверхні.

Сила тертя кочення. Виникає з тієї причини, що точка опори при коченні тіла по поверхні зміщається вперед внаслідок деформації поверхонь, і момент сили тяжіння перешкоджає вільному коченню тіла.

,

де R – радіус тіла, що котиться, m_коч – коефіцієнт тертя кочення, який має лінійну розмірність і залежить від роду тіл.

Сила опору – сила, яка діє на тіло при його русі в рідині або газі. При невеликих швидкостях: , де k – коефіцієнт опору.