Сили пружності і тертя
Сили пружності і тертя, на відміну від гравітаційних сил, з’являються тільки при зіткненні тіл.
Сили пружності є наслідком деформації, що виникає при контакті тіл (див. §8). На олівець, що лежить на столі, діє сила тяжіння, проте, він залишається нерухомим, і значить, на нього діє сила пружності трохи деформованого їм столу, спрямована вертикально вгору і рівна за величиною силі тяжіння олівця. Якщо на те ж місце столу поставити монітор комп’ютера, то деформацію поверхні столу можна буде помітити і на око.
Деформації виникають тільки тоді, коли одні ділянки тіла переміщаються відносно інших. Так, частина колеса автомобіля, що стикається з землею, деформується, зміщуючись щодо інших (див. Ріс.10г). При русі автомобіля настає момент, коли дана частина колеса перестає стикатися із землею і її деформація зникає. Такі тіла, деформації яких зникають після припинення дії сил, називають пружними. Однак у багатьох випадках тіло не відновлює своєї первісної форми після закінчення взаємодії з іншим тілом. Такі тіла називають пластичними. Сліди, що залишаються нами на мокрому піску, можуть служити прикладом пластичної деформації.
Сили пружності ростуть при збільшенні деформації. Особливо наочно це можна продемонструвати, розтягуючи пружину (див. Рис.13). Видно, що подовження пружини прямо пропорційно масі підвішеного вантажу. Таким чином, модуль сили пружності F, прямо пропорційний зміні довжини пружини DL. Це висновок, вперше сформульоване Р. Гуком, справедливо не тільки для пружин, а й для будь-яких малих пружних деформацій (стиснень або розтягувань) тел. Закон Гука в математичній формі записується таким чином:
F = k. DL (13.1)
Де k – коефіцієнт пружності або жорсткості. Чим більше k, тим важче деформувати дане тіло.
Сили тертя, як і пружні сили, виникають при контакті двох тіл, а саме при русі одного тіла по поверхні іншого. При ковзанні нерівності (мікробугоркі) поверхні одного тіла чіпляються за нерівності іншого, що призводить до виникнення пружних сил, що гальмують рух. Якщо ж ці нерівності практично відсутні, як відбувається, наприклад, при ковзанні листа скла по склу, то тіла починають прилипати один до одного через утворення зв’язків між молекулами дотичних поверхонь тел.
Щоб зрушити тіло, що знаходиться на поверхні іншого тіла (див. Ріс.13б), необхідно прикласти силу F, достатню для (1) подолання пружних сил, що виникли при деформації мікробугорков поверхонь і (2) розриву утворилися зв’язків між молекулами контактуючих тіл. Якщо сила F, виявляється менше необхідної, то тіло залишається в спокої, а значить, на це тіло, крім сили F, діє ще одна сила, яку називають силою тертя спокою FТП (див. Рис. 13б), яка компенсує дію сили F. Однак сила тертя спокою не може перевищувати свого максимального значення Fmax, що залежить від властивостей ковзних поверхонь, і сили, з якою їх притискають один до одного. Тому, щоб зрушити тіло, необхідно прикласти силу F> Fmax.
Результати багатьох експериментів показують, що максимальне значення сили тертя спокою, Fmax прямо пропорційно величині сили, що притискує тіла один до одного (силі реакції опори), N, що можна записати у вигляді:
Fmax = mТП. N, (13.2)
Де mТП – коефіцієнт тертя спокою.
Силу, що перешкоджає, ковзанню одного тіла по іншому, називають силою тертя ковзання. Сила тертя ковзання, FТС завжди спрямована в бік, протилежний відносної швидкості руху тіл, і теж прямо пропорційна силі реакції опори, N, або
FТС = mТС. N, (13.3)
Де MТС – коефіцієнт тертя ковзання. Встановлено, що при малих швидкостях відносного руху тіл mТП і mТП мало відрізняються один від одного.
Питання для повторення:
– Чим відрізняються сили пружності і тертя від гравітаційних сил? – Чим відрізняються пружні деформації від пластичних? – Сформулюйте закон Гука. – Як виникає сила тертя, і від чого вона залежить?
(1 votes, average: 5.00 out of 5)