При решении задач по динамике важно понимать какие силы действую на тело при его движении либо в тех случаях когда тело покоится. Обобщим все то, о чем говорили выше. Рассмотрим все силы, которые рассматриваются в механике.
Название | Точка приложения и направление | Формула | Графическое изображение |
Гравитационная | Центр тяжести тела. По прямой, соединяющей тела, в сторону притягивающего тела | $F=G\frac{m_1m_2}{r^2}$ | |
Сила тяжести | Центр тяжести тела. Вертикально вниз | $F=mg$ | |
Сила упругости | Приложена к телу со стороны упруго деформированной пружины. Направлена к телу в случае сжатой пружины и от тела в случае растянутой пружины. |
$F_y=kx$ | |
Сила натяжения нити | Сила упругости, действующая на тело со стороны со стороны нерастяжимой нити. Направлена вдоль нити (от тела) |
Определяется из второго закона Ньютона | |
Сила реакции опоры | Сила упругости, действующая на тело со стороны опоры (если деформация опоры незначительна). Направлена перпендикулярно (нормально) опоре. |
Определяется из второго закона Ньютона |
|
Вес тела | Приложена к опоре со стороны тела. Направлен противоположно силе нормальной реакции или натяжения нити. |
$\overrightarrow{P}=m\left ( \overrightarrow{g}-\overrightarrow{a} \right )$ | |
Сила трения покоя | Приложена к телу со стороны этой поверхности при скорости тела равной нулю. Направлена вдоль поверхности |
$F_{\tau \rho } =F_x$ | |
Сила трения скольжения | Приложена к телу со стороны негладкой поверхности при их относительном движении. Направлена противоположно скорости движения тела относительно негладкой поверхности. |
$F_{\tau \rho } =\mu N$ | |
Сила Архимеда | Центр тяжести погруженной части тела. В неподвижной жидкости направлена противоположно силе тяжести | $F_A=\rho gV$ |
При решении задач, в тех случаях, когда тело можно заменить материальной точкой, точки приложения сил переносят в центр тяжести, а само тело изображают схематично кругом или прямоугольником. Прежде чем обозначить все силы, нужно определить с какими телами взаимодействует исследуемое тело и характер взаимодействия: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. После этого определить виды сил и обозначить направление. Количество сил должно совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие. Помимо перечисленных выше в задачах могут встречаться силы, описанные в условии. Чаще всего к ним относятся силы, которые вызывают движение (например, сила тяги) или наоборот тормозящие его (например, силы сопротивления воздуха или воды).
При решении задач по динамике целесообразно пользоваться следующим алгоритмом:
- Выбрать инерциальную систему отсчета. Совет — связывайте систему отсчета с телом, которое неподвижно или движется равномерно относительно Земли.
- Найти все силы, действующие на тело, и изобразить их, а также и ускорение на чертеже. Совет — если направление ускорения не известно, то его направление можно указать предположительно.
- Записать второй закон Ньютона в векторной форме и перейти к скалярной записи, заменив все векторы их проекциями на оси.
- Исходя из физической природы сил, выразить силы через физические величины, от которых они зависят, и подставить их в закон Ньютона.
- Если в задаче требуется определить положение или скорость тела, то написать нужные уравнения кинематики.
- Решить систему уравнений относительно искомых величин.