Тема 3.1. Категорії і види сил. Сили потужності, тертя

Усі сили можна поділити на такі категорії: зумовлені взаємодією тіл, що безпосередньо стикаються (наприклад, удар, тиск, тяга, тертя), і сили, зв’язані з особливою формою матерії, що називається полем і здійснює взаємодію між тілами без їх безпосереднього дотику (сили тяжіння, електричні і магнітні, ядерні сили).

Сили пружності. При деформації розтягу, зсуву, кручення, стиску тіла в ньому виникають сили пружності. Деформація називається пружною, якщо після припинення дії зовнішньої сили деформація повністю зникає. Тіла, деформація яких зберігається після припинення дії сили, називають пластичними. Пружні тіла – стальна пружина; пластичні – глина, віск.

Залежність сили пружності від деформації виражається законом Гука. Сила пружності Fпр, яка виникає при пружній деформації пропорційна деформації (x) тіла.

 . (1.3.1)

Знак “мінус” означає, що напрямок сили пружності протилежний напрямку деформації. Коефіцієнт k називається коефіцієнтом пружності. Величина його визначається властивостями матеріалу, з якого виготовлено тіло.

Сили тертя. Всяке рухоме тіло зустрічає опір своєму рухові з боку навколишнього середовища та інших тіл, з яким воно стикається під час руху. Інакше кажучи, на будь-яке тіло діють сили тертя. Природа цих сил може бути різна, але внаслідок їх дії завжди відбувається перетворення механічної енергії у внутрішню енергію тертьових тіл, тобто в енергію теплового руху їх частинок.

Розрізняють два види зовнішнього тертя: тертя кінематичне, що відбувається між рухомими тілами, і тертя статичне між взаємно нерухомими тілами. Залежно від характеру відносного руху статичних тіл, кінематичне тертя поділяють на тертя ковзання, крутіння, кочення.

Сила тертя ковзання описується формулою:

 , (1.3.2)

де f – коефіцієнт тертя ковзання, який залежить від матеріалу тіл і стану їх стичних поверхонь;

N – сила нормального тиску.

Сила тертя кочення описується формулою:

 (1.3.3)

де R – радіус поверхні тіла, що котиться (циліндра або кулі), а fкоч – коефіцієнт тертя кочення,

N – сила нормального тиску.

Тертя кочення менше, ніж тертя ковзання. При терті кочення менше зношуються тертьові поверхні.