ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Модель механического взаимодействия — сила. Сила как вектор Приложенные и скользящие векторы. Деформируемые среды и принцип затвердевания из "Курс теоретической механики. Т.1 " Механика Ньютона покоится на трех основных законах Ньютона законе инерции, законе связи между силой, приложенной к материальной точке, и сообщаемым ею ускорением, и законе действия и противодействия. Последовательное изложение этих законов п их следствий в случае любого двиэ1Г.ения материальной точки или системы материальных точек будет дано в начале второго тома при изложении основ динамики. В статике учащийся встретится с несколько ограниченными их применениями. Для кинематики имеют значения лишь общие ньютоновские представления о пространстве и времепн. [c.9] Основной количественной мерой механического взаимодействия тел, характеризующей интенсивность и направление этого взаимодействия, является сила. Понятие силы, зародившееся из опытных представлений о давлении одного тела на другое при непосредственном их соприкасании, о приведении тела в движение при помощи каната и т. п., было в дальней-щем обобщено на силы, возникающие при упругой деформации тел, на взаимное притяжение небесных тел, взаимодействие электрически заряженных частиц. [c.10] Различают две формы силового взаимодействия материальных тел близкодействие и дальнодействие. Под первым пон1[-мают взаимодействие, осуществляемое путем непосредственного контакта тел, под вторым — результат взаимодействия тел с физическими полями (тяжести, тяготения, электрическим и магнитными), по отношению к которым находятся в равновесии или движутся материальные тела. [c.10] Наряду с понятием силы, совершенно достаточным для отдела статики, и классическими представлениями о пространстве и времени, в кинематике, в динамике возникает дополнительная потребность количественного описания инерционных свойств материальных тел, характеризуемых понятиями массы и моментов инерции. [c.10] Движения материи развиваются в пространстве и времени, представляющих собой неотъемлемые атрибуты движения материи, а следовательно и всех явлений мира. В порядке допустимого отвлечения от действительности можно себе представить существование чисто геометрического абсолютного пространства и протекающего в нем не зависящего пи от каких физических условий абсолютного времени. Такого рода абстракцию допускает классическая механика Ньютона — Галилея, которая пользуется понятием о пространстве как о некоторой абсолютно неизменяемой, безгранично во все стороны распространяющейся сплошной совокупности точек, аналогичной по схеме абсолютно твердому телу. По отношению к таким системам — их иногда называют системами отсчета — и рассматриваются перемещения тел в их механическом движении. Эти системы отсчета могут быть либо неподвижными по отношению к одной основной системе, принимаемой условно за абсолютно неподвижную, либо двигаться произвольным образом по отношению к ней. [c.10] Пространства. В классической механике такой геометрией, единой для всех систем отсчета, служит евклидова геометрия. В механике космических объектов геометрические свойства пространства связываются с особенностями распределения в нем материи. Законы геометрии такого пространства отличны от геометрии Евклида. [c.11] Классическая механика принимает в качестве времени одно абсолютное время , одинаковое для всех систем отсчета, как бы они ни двигались по отношению друг к другу. Таким образом, в соответствии с принятой степенью отвлечения, в классической механике не учитывается связь свойств пространства и времени с распределением материи. Это приводит к тому, что выводы классической механики являются приближенными. Как уже упоминалось, они тем более точны, чем меньше скорости рассматриваемых движений по сравнению со скоростью света и чем ограниченнее масштабы движений по сравнению с космическими. [c.11] Выбор единиц длины и времени предполагается известным из общего курса физики. О некоторых особенностях процессов измерения длин и промежутков времени в релятивистской механике будет упомянуто в разделе динамики. [c.11] Повседневный опыт говорит о наличии механического взаимодействия между материальными телами и их взаимодействия с физическими полями. При этом даже такое простейшее взаимодействие двух тел, как прямой контакт между ними, имеет далеко не простую природу и до сих пор привлекает внимание физиков. В частности, это относится к явлению трения между поверхностями соприкасающихся тел. Еще более сложны явления взаимодействия тел с физическими полями. До сих пор не существует общепризнанной теории тяготения, которая объяснила бы физическую природу этого явления. Между тем так называемый четвертый закон Ньютона о всемирном тяготении имеет простое количественное выражение, которым широко пользуются. [c.12] Трудно поэтому переоценить историческую заслугу Ньютона, положившего в основу своей механики количественные законы сил, независимо от того, ясна ли их природа. Основные стороны такой, не претендующей на глубокое понимание физического механизма явления, модели силы изложены в его классическом труде Математические начала натуральной философии (русский перевод А. Н. Крылова в издании Морской академии, относящийся к 1915 г.). [c.12] Модель силы, по второму закону Ньютона, определяется тремя главными количественными сторонами величиной (интенсивностью), направлением действия и точкой приложения. Такому определению силы полностью отвечает образ вектора, равного по. длине выраженной в масштабе величине силы, приложенного в дайной точке и направленного в сторону действия силы. [c.12] Совокупность нескольких сил, приложенных в одной и той же точке, может быть заменена одной силой-, наоборот, одна сила может быть разложена на совокупность нескольких сил, приложенных в той же точке. [c.13] Две совокупности сил, обладающие тем свойством, что при замене одной совокупности другою относительный покой (равновесие) тела или системы тел не нарушится, считаются статически эквивалентными. Указанная ранее возможность замены совокупности с.-содящихся в точке сил одной силой представляет простейший пример замены данной совокупности сил ей статически эквивалентной. [c.13] В дальнейшем под понятием эквивалентности двух совокупностей сил будет всегда подразумеваться статическая их эквивалентность, но для краткости термин статическая иногда будет опускаться. [c.13] Из общего курса математики известны правила сложения векторов, приложенных в одной точке. Это — правила параллелограмма в случае двух векторов, параллелепипеда в случае трех и векторного многоугольника в случае любого числа векторов. Эти же правила сохраняются и для сходящейся системы сил. [c.13] При рассмотрении совокупности сил, приломсенных к различным точкам данного тела пли системы тел, физические свойства этих тел становятся существенными. [c.13] Из всего возможного многообразия физических свойств тел для нас пока достаточно остановиться па простейшем — дефор--чируемости тела. Все физические тела под влиянием приложенных сил из.меияют свою фор.му, причем величина деформации зависит от различных условий материала тела, формы его, величины и направлений приложенных сил. Некоторые тела, например жидкости и газы, легко деформируются твердые тела (например, металлы, дерево и др.), наоборот, обычно получают незначительные. деформации. [c.13] Рассматривая действие заданной совокупности сил на данное твердое тело, будем пока предполагать, что это тело является свободным, т. е. не подверженным никаким другим воздействиям со стороны окружающих его тел или полей, кроме включенных в число заданных. [c.14] Свободное абсолютно твердое тело под действием двух сил будет находиться в равновесии только в том случае, когда эти силы равны по величине и направлены вдоль одной и той же прямой в противоположные стороны. [c.14] Вернуться к основной статье