1. Основной закон динамики поступательного движения (второй закон Ньютона)
,
где а – ускорение тела; - силы, действующие на тело; - равнодействующая сил, приложенных к телу; m – масса тела.
Т.к. второй закон Ньютона записан в векторном виде, то использовать его для расчетов можно только после проектирования сил и ускорения на оси ОX и ОY:
.
2. Некоторые силы в механике:
− сила тяжести Fт действует со стороны Земли на все тела, находящиеся вблизи ее поверхности. Сила направлена вертикально вниз (к центру Земли) и равна
,
где м/с2 – ускорение свободного падения.
− сила упругости Fупр возникает в упругих телах (например, в пружине) при их деформации. По абсолютной величине эта сила в довольно широких пределах прямо пропорциональна деформации D l:
Fупр = k× D l,
где k – коэффициент жесткости пружины; сила упругости направлена в сторону, противоположную деформации.
− реакция опоры N действует на тело, соприкасающееся (но не связанное) с опорой. Она всегда направленаот опорыперпендикулярно ее поверхности;
− сила натяжения Fн всегда направлена от тела вдоль связи;
− сила трения скольжения Fтр возникает при контакте поверхностей двух твердых тел; направлена в сторону, противоположную движению тела, и по величине прямо пропорциональна силе, с которой тело прижато к поверхности, по которой оно скользит; и если нет дополнительных сил, прижимающих первое тело к поверхности второго, силе нормальной реакции опоры:
Fтр = m×N,
где m – коэффициент трения, учитывающий свойства трущихся друг о друга поверхностей;
− выталкивающая (архимедова) сила FА действует на тело, погруженное в жидкость, и направлена вверх
где rж – плотность жидкости; Vпогр – объем погруженной части тела;
− сила тяги Fтяги возникает при включении двигателя и направлении по направлению движения тела;
− вес тела P - сила, с которой оно давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес. Из третьего закона Ньютона следует, что эта сила равна по величине соответственно либо нормальной реакции опоры (P = N), либо силе натяжения подвеса (P = Fн).
3. Импульсом тела называется векторная величина, равная произведению его массы m на скорость :
.
4. Закон сохранения импульса: если система замкнута, т.е. на нее не действуют внешние тела или их воздействие уравновешено, то суммарный импульс тел, составляющих систему, есть величина постоянная.
Применительно к взаимодействию двух тел массами m 1 и m 2 этот закон имеет вид:
,
где v1 и v2 – скорости тел до взаимодействия; u1 и u2 – скорости после взаимодействия.Т.к. закон записан для векторных величин, то при расчетах следует учитывать направления скоростей.
5. Работа А силы F при движении тела вдоль оси ОХ из точки с координатой х1 в точку с координатой х2
,
где Fх – проекция силы на ось ОХ.
Если сила при движении тела остается постоянной, то работа
,
где S – пройденный телом путь, α – угол между силой и направлением перемещения.
6. Мощность, развиваемая телом
,
где v – скорость тела.
7. Энергия - величина, характеризующая способность тела совершать работу. Различают два вида механической энергии: кинетическую WК и потенциальную WП.
− кинетическая энергия (энергия движения) материальной точки массой m, имеющей скорость v, равна
;
− потенциальная энергия тела, находящегося в поле силы тяжести, на высоте h над выбранным уровнем отсчета
;
− потенциальная энергия тела, находящегося в поле силы упругости пружины жесткостью k при деформации D l
.
8. Полная механическая энергия системы
.
9. Закон сохранения энергии
− если на систему тел действуют неконсервативные силы: трения Fтр,сопротивления Fсопр или тяги Fтяги, то
,
где где Aнеконс – работа неконсервативных сил.
− если на систему не действуют силы трения и сопротивления, то ее полная механическая энергия сохраняется:
.
10. При взаимодействии тел в системе возможны:
− абсолютно упругое столкновение, при котором выполняются законы сохранения импульса и кинетической энергии (потенциальная энергия не меняется)
,
.
Скорости тел после такого удара могут быть найдены как
; .
− абсолютно неупругое столкновение, при котором после взаимодействия тела сцепляются и двигаются вместе с одинаковой скоростью u, а часть полной механической энергии переходит в тепло Q
.
.
Скорости тел после такого удара рассчитываются с помощью формулы:
.