Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине и направлены пр одной прямой в разные стороны

Пример: книга лежит на столе; она притягивается к Земле и вследствие этого давит на стол. Однако книга не проваливается к центру Земли, т.к. стол со своей стороны действует на книгу с силой равной по величине силе давления книге на стол.

Эта сила со стороны стола носит название реакции опоры.

К самой книге приложено две силы: сила притяжения и сила реакции опоры. Они равны по величине и противоположно направлены, т.е. их сумма равна нулю, поэтому книга никуда не двигается.

 

Уравнение колебаний пружинной подвески автомобиля.

На рисунке схематически показано колесо автомобиля на пружинной подвеске с демпфирущим устройством – амортизатором.

С помощью второго закона Ньютона составить уравнение, описывающее свободные колебания (то есть, в отсутствие какой-либо вынуждающей силы!) колеса с массой . Восстанавливающая сила пружины пропорциональна смещению колеса от положения равновесия. Сила сопротивления колебаниям колеса определяется действием демпфирующего устройства – амортизатора. Её величина пропорциональна скорости смещения колеса от положения равновесия.

Уравнение колебаний составить в терминах смещения колеса от положения равновесия.

 

Решение.

В выражение для второго закона Ньютона входят: масса объекта – масса колеса – (задана!), ускорение движения (колебаний!) колеса – и действующие силы.

Ускорение выразим через смещение – .

Очевидно, что величина ускорения – .

Восстанавливающая сила – сила упругости пружины – пропорциональна смещению – , то есть, , где коэффициент прпорциональности, определяемый упругими свойствами пружины (полагаем, что задан!).

Демпфирующая сила – сила сопротивления пропорциональна скорости смещения, то есть, , где коэффициент прпорциональности, условно определяемый «вязкостью», например, жидкости в полости амортизатора (полагаем, что задан!).

С помощью выражения для второго закона Ньютона с учётом направления действующих сил записываем, что

 

!

 

Введём обозначения: собственная частота колебаний системы, в данном случае – колеса на пружинной подвеске с демпфирующим устройством, коэффициент (декремент) затухания колебаний системы.

Получим, что

 

 

Последнее уравнение есть уравнение, описывающее свободные затухающие колебания не только автомобильного колеса на пружинной подвеске с демпфирующим устройством, но и любой механической системы, в частности, например, математического маятника.

Природа механических сил.

Из кинематики известно, что знание величины и направления ускорения позволяет вычислить положение точки в любой момент времени.

Законы динамики позволяют сделать это, если известна правая часть уравнений (1) или (3) – уравнений движения, описывающих второй закон Ньютона. Другими словами, нужно уметь определять силы, действующие на тело, положение которого требуется определить.

Взаимодействие между макроскопическими телами физика сводит к взаимодействию между элементарными частицами. Таких элементарных частиц в настоящее время известно более сотни. Среди них наиболее популярны электрон, протон и нейтрон.

Для характеристики всех частиц вводятся такие понятия как их масса покоя, электрический заряд, собственный механический момент (спин), а также четность, странность, красивость, барионный заряд, цветовой заряд, слабый заряд и т.д.

На сегодняшний день считается, что между элементарными частицами существует четыре фундаментальных взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное.

Сравнительные характеристики этих взаимодействий приведены в таблице 1.

Таблица 1.

 

Название взаимодействия	Относительная интенсивность	Частица, «переносящая» взаимодействие
Сильное		p-мезоны (глюоны) (8 типов)
Электромагнитное	10-2	фотон
Слабое	10-13	W - частицы Z - частицы
Гравитационное	10-40	гравитон

В классической физике считается, что электромагнитное и гравитационное взаимодействия осуществляются посредством поля.

Определение 1.

Поле – это особый вид материи, обладающий всеми её свойствами и характерный тем, что каждой точке пространства можно приписать определенное значение собственно рассматриваемого поля.

Физическое поле – непрерывно. Однако, современная физика, базирующаяся на квантовых представлениях, считает дискретной любую физическую величину, которая может изменяться только определенными порциями - квантами.

Она приписывает полям дискретный характер, когда изменение поля рассматривается как излучение или поглощение некой частицы, распространяющейся с конечной скоростью (не больше скорости света с!).

Другими словами, в квантовой физике взаимодействия сводятся к обмену теми или иными частицами, переносящими квант (порцию!) действия.

Если квант действия электромагнитного поля хорошо известен под названием фотон, то квант гравитационного взаимодействия остается по сих пор неоткрытым, хотя он уже получил название гравитона.

Строго говоря, силы в механике могут быть сведены к этим двум взаимодействиям, тем более, что два других типа описывают взаимодействия, существующие только в микромире. В частности, сильное взаимодействие может объяснить наличие ядерных сил, ответственных за устойчивость атомного ядра. Слабые взаимодействия возникают между микрочастицами, обладающими так называемым слабым зарядом.