5. Силы тяготения. Закон всемирного тяготения. Силы упругости. Абсолютная и относительная деформация. Закон Гука. Модуль Юнга. Силы трения.

Ответ. В классической механике силы не меняются при переходе от одной системы отсчета к другой. Основные примеры сил в механике. Фундаментальный закон всемирного тяготения: силы сформулирован И.Ньютоном. Закон всемирного тяготения Ньютона: две материальные точки, массы которых m1 и m2, находящиеся друг от друга на расстоянии R, взаимно притягиваются с силой, прямо зависящий от произведения масс точек и обратно зависящей от квадрата расстояния между ними. Силы точек лежат на линии, соединяющей эти точки. где F – сила; m1 и m2 – массы материальных точек; r – расстояние между ними, G = 6,67 × 10^-11м3/кг с3 – гравитационная постоянная. Для двух однородных сфер или шаров сила гравитационного взаимодействия определяется таким же соотношением, только в этом случае берется расстояние R между их центрами. Гравитационное взаимодействие осуществляется через гравитационное поле. В результате существования такого поля вокруг Земли на все тела, находящиеся в этом поле, действует сила притяжения к Земле – сила тяжести. P. Эта сила направлена к центру Земли. Точка приложения вектора равнодействующей силы тяжести называется центром тяжести тела.𝑃⃗ = 𝑚𝑔⃗. Под действием силы притяжения к Земле все тела падают с одинаковым ускорением, называемым ускорением свободного падения: 𝑔 = 9,81 м/с2. Под действием внешних сил возникают деформации, т. е. смещение частиц тела из равновесных положений. Если после прекращения действия внешних сил восстанавливаются прежние форма и размеры тела, то деформация называется упругой. Деформация имеет упругий характер в случае, если внешняя сила не превосходит определенного значения, называемого пределом упругости. При превышении этого предела деформация становится пластичной, или неупругой, т. е. первоначальные размеры и форма тела полностью не восстанавливаются. Упругие силы возникают в деформированном теле. Они уравновешивают внешние силы, вызвавшие деформацию. Деформации твердых тел подчиняются закону Гука: удлинение стержня при упругой деформации пропорционально действующей на стержень силе. 𝐹 = −𝑘∆𝑙, где 𝑘 − коэффициент жёсткости (упругости) стержня (пружины), 𝛥𝑙 − абсолютное удлинение стержня (пружины). Количественной мерой, характеризующей степень деформации, испытываемой телом, является его относительная деформация. Так, относительное изменение длины стержня (продольная деформация) 𝜀 = ∆𝑙/𝑙, относительное поперечное растяжение (сжатие) 𝜀′ = ∆𝑑/𝑑, где d ‒ диаметр стержня. Деформации ε и ε' всегда имеют разные знаки. Взаимосвязь деформаций выражается формулой: 𝜀′ = 𝜇𝜀, где µ ‒ положительный коэффициент, зависящий от свойств материала и называемый коэффициентом Пуассона. Р.Гук экспериментально установил, что для малых деформаций относительное удлинение и напряжение пропорциональны друг другу: 𝜎 = Е𝜀, где Е ‒ коэффициент пропорциональности, называемый модулем Юнга. Из выражения видно, что модуль Юнга определяется напряжением, вызывающим относительное удлинение, равное единице. По физическому смыслу он численно равен напряжениям, вызывающим удлинение образца вдвое. Поскольку такое удлинение без разрушения материала практически осуществимо лишь для резины, то для твердых тел модуль Юнга определяется характером межатомных сил и строением материала деформируемого образца. Таким образом, модуль Юнга характеризует сопротивляемость материала абсолютной деформации растяжения или сжатия. Измеряется модуль Юнга в Па: [E] = Па/1 = Па. Абсолютными называют деформации определяемые величиной изменения соответствующего размера либо положения сечения. Разность между конечным и начальным продольными размерами стержня есть одна из его его абсолютных деформаций при растяжении. . Сила сопротивления, появляющаяся на границе раздела двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении или попытке перемещения, называется силой трения. Одной из сил трения является сила трения скольжения, которая действует на тело, скользящее по поверхности другого тела. 𝐹тр = 𝜇 𝑁, где µ – коэффициент трения скольжения, безразмерная табличная величина, характерная для каждой пары трущихся тел; N ‒ сила нормального давления, прижимающая трущиеся поверхности друг к другу.