Основні види сил

При розв’язуванні задач динаміки будемо розглядати такі постійні або змінні сили.

Сила ваги. Це постійна сила , яка діє на всі тіла, що знаходяться поблизу земної поверхні. Сила ваги є силою гравітаційного походження (докладніше сила ваги буде розглянута в наступній лекції). Модуль сили ваги дорівнює вазі тіла.

Дослідним шляхом встановлено, що під дією сили тіло при вільному падінні на Землю (з невеликої висоти та в безповітряному просторі) має одне й те ж саме прискорення , так зване прискорення вільного падіння, або ж прискорення сили ваги. Тоді з другого закону динаміки

Р = mg або m = P/g.

Сила тертя. Так будемо стисло називати силу тертя ковзання, яка діє (при відсутності рідкого змащування) на тіло, що рухається по поверхні іншого тіла. Її модуль визначається законом Кулона

F = f N,

де f – коефіцієнт тертя, який будемо вважати постійним, а N – нормальна реакція поверхні.

Сила тяжіння. Це сила, з якою два матеріальних тіла притягуються одне до одного по закону всесвітнього тяжіння, відкритого Ньютоном. Сила тяжіння залежить від відстані і для двох матеріальних точок з масами m ₁ та m ₂, які знаходяться на відстані r одна від одної, виражається рівністю

де γ – гравітаційна стала.

В системі одиниць СІ – γ = 6,673 10^-11 м³/кг с².

Оскільки гравітаційна стала дуже мала, то проявляється сила тяжіння у випадку тіл великої маси.

Сила пружності. Це сила виникає при пружній деформації тіл і залежить від величини деформації. Зокрема, для пружини сила пружності

F = cλ,

де λ – розтяг (або стиснення) пружини, а с – так званий коефіцієнт жорсткості (в СІ вимірюється в Н/м).

Сила в’язкого тертя. Така сила, що залежить від швидкості, діє на тіло при повільному русі в дуже в’язкому середовищі (або при наявності рідкого змащування поверхні) і визначається рівністю

R = μv,

де v – швидкість тіла, а μ – коефіцієнт опору.

Сила аеродинамічного (гідродинамічного) опору. Ця сила також залежить від швидкості і діє на тіло, яке рухається в рідкому або газовому середовищі. Її величина визначається рівністю

R = 0,5 c_x ρSv ²,

де ρ – густина середовища; S – площа проекції тіла на площину, перпендикулярну напрямку руху; – безрозмірний коефіцієнт опору, який визначається експериментально та залежить від форми тіла та від того, як воно орієнтовано при русі.