Виды взаимодействий. Силы упругости и трения. Сила тяжести и вес тела.

Физическими называются взаимодействия, приводящие к изменению скорости тел. Физические взаимодействия делятся на 2 типа: фундаментальные и производные.

Фундаментальные взаимодействия:

1) гравитационное ;

2) электромагнитное;

3) сильное (ядерное) - в 100 раз больше электромагнитного, в 10¹⁵ раз гравитационного; радиус действия R ~ 10^-14м – 10 ^-15м;

4) слабое (взаимодействие легких частиц: лептонов, нейтрино и т.п.), R~10^-18м.

Эти взаимодействия называются фундаментальными потому, что:

а) ни одно из их свойств не объяснено в настоящее время на основе более общих законов;

б) все остальные взаимодействия могут быть представлены как результат фундаментальных взаимодействий.

Взаимодействие тел на расстоянии осуществляется материальным объектом - полем и происходит с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме с.

Поле - особая форма существования материи. Силовое поле - область пространства, в каждой точке которой на материальную частицу действует определенная по величине и направлению сила, зависящая от координат этой точки. Поле играет роль носителя данного вида взаимодействия.

В механических процессах действуют различные силы: упругости, трения, тяжести, вес.

Сила упругости - это сила, возникающая в теле при упругой деформации (имеет электромагнитную природу).

Упругой называют деформацию, при которой тело восстанавливает первоначальную форму и размеры после прекращения действия деформирующей силы.

Пластической называют деформацию, при которой тело принимает новые форму и размеры после прекращения действия деформирующей силы.

В реальных телах упругие деформации всегда сочетаются с пластическими.

Закон Гука. Сила упругости, возникающая в теле при упругой деформации, пропорциональна величине деформации и направлена в сторону, противоположную деформации:

,

,

где - жесткость или коэффициент упругости, численно равный силе упругости, возникающей при единичной деформации;

- деформация тела, численно равная абсолютному изменению его длины.

Силы трения возникают при перемещении соприкасающихся тел (или их частей) друг относительно друга, они направлены по касательной к трущимся поверхностям и противодействуют относительному смещению этих поверхностей.

Сила трения возникает не только при скольжении одной поверхности относительно другой, но и при попытке вызвать такое скольжение. В этом случае она называется силой трения покоя.

Максимальная сила трения покоя и сила трения скольжения прямо пропорциональны величине силы нормального давления F_N, прижимающей трущиеся поверхности друг к другу:

_,

где k - коэффициент трения, безразмерная величина.

Силы трения имеют электромагнитную природу.

Все тела взаимно притягивают друг друга. Закон, которому подчиняется это притяжение, был установлен Ньютоном и носит название закона Всемирного тяготения. Согласно этому закону, сила, с которой две материальные точки притягивают друг друга, прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (рис. 2):

,

где =6,67·10^-11 - гравитационная постоянная.

Сила тяжести - это сила, под действием которой тело падает на поверхность планеты с ускорением свободного падения.

Вследствие воздействия на тело силы тяжести тело давит на опору или растягивает подвес, на котором висит (рис. 3).

Вес - это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес.

- сила реакции опоры.