Электроника Физика Электротехника Полупроводниковые материалы Теория конструктивных материалов Курс черчения Контольная работа

Конспект курса лекций по физике. Законы Ньютона

Контактные силы.

 Контактными называются силы, возникающие при соприкосновении тел и действующие со стороны одного тела на другое. При этом, конечно, возникают деформации, но они обычно невелики и тела рассматриваются как абсолютно твердые.

Сила реакции опоры, которую испытывает тело, приведенное в контакт с другим телом, направлена по нормали к поверхности контакта в сторону от тела, являющегося источником реакции опоры. Практически очень важным случаем является состояние тела на наклонной плоскости (рис.5.5).

Рис.5.5. Реакция N наклонной плоскости на тело весом G.

 

По III – ему закону Ньютона

 N = G×cos a.

Силы трения.

Строгая теория сил трения на сегодняшний день не создано, так как при микроскопическом рассмотрении процесса трения одного тела о другое определяющим фактором является геометрический фактор, зачастую непредсказуемо меняющийся от точки к точке (рис.5.6). При этом очень существенную роль играет состояние трущихся поверхностей и наличие там смазывающих веществ, окислов, воды и т.д.

Рис.5.5. К определению сил сухого трения.

Плотный контакт между атомами предполагает возможность установления кратковременных или долговременных межатомных связей, что обеспечивает возникновение «трения покоя».

Приближенное значение силы сухого трения можно найти из выражения

 и не зависит от величины скорости (в первом приближении). Ситуацию можно приблизительно проиллюстрировать рисунком 5.6.

 F 

  V

Рис.5.6. Изменение силы трения в зависимости от изменения скорости взаимного движения тел.

Разрыв в графике означает, что в широком интервале скоростей сила трения не зависит от скорости, но потом круто нарастает, сначала ~v, а затем и ~v2. На начальном участке отмечено наличие сил трения покоя.

Величина коэффициента трения m является функцией очень большого числа параметров: «гладкости» контактирующих поверхностей, наличия на них окислов и т.п.

На тело, движущееся в жидкости или газе, также действуют силы сопротивления, ориентированные против вектора скорости.

При малой скорости движение среды, окружающей тело, ламинарное (рис.5.6) и сила сопротивления подчиняется закону Стокса:

 

 Рис. 5.6. Ламинарное обтекание движущегося тела.

 При высокой скорости – движение турбулентное (рис.5.7) и сила сопротивления движению подчиняется закону Ньютона:

 

 


 

Рис.5.7. Турбулентное обтекание тела, движущегося в газе или жидкости.

Коэффициенты пропорциональности a и b зависят от формы тела и свойств среды и полагаются величинами постоянными для данной системы.

В качестве оного из примеров можно взять машиностроение. Еще не так давно изучение колебаний здесь не придавалось особого значения, и расчеты на прочность велись на основе статических представлений о зависимости деформаций от нагрузок. Однако вместе со стремлением к увеличению числа оборотов и уменьшению габаритов при переходе к скоростному машиностроению пренебрегать ролью колебаний стало уже невозможно. Многочисленные аварии, связанные с увеличением фактических нагрузок из-за возбуждения колебаний, сделали необходимым для конструкторов и инженеров тщательное исследование возможных вибраций узлов машин и оценку их интенсивности. С развитием физики и математики большую роль теория колебаний сыграла в авиации (эффекты шимми), космонавтики и т.д.

На главную сайта: Курс физики