01.11.2023 / Силы и Энергия в Механике

Силы в механике

В настоящее время, различают четыре типа сил или взаимодействий:

• гравитационные

• электромагнитные

• сильные (ответственные за связь частиц в ядрах)

• слабые (ответственные за распад частиц)

Силы упругости

Электромагнитные силы проявляют себя как упругие силы и силы трения. Под действием внешних сил возникают деформации (т.е изменение размеров и формы) тел. Если после прекращения действия внешних сил восстанавливаются прежние форма и размеры тела, то деформация называется упругой. Деформация имеет упругий характер в случае, если внешняя сила не превосходит определённого значения, которая называется пределом упругости.

Сила трения

Трение подразделяется на внешнее и внутреннее.

• Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся.

  • Трение покоя – трение при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел.

Тип движения	Формула для силы
Поступательное движение	$( F = m \cdot a )$ (где ( F ) - сила, ( m ) - масса, ( a ) - ускорение)
Вращение	$( M = I \cdot \alpha )$ (где ( M ) - момент силы, ( I ) - момент инерции, ( \alpha ) - угловое ускорение)
Электромагнетизм	$( F = q \cdot E )$ (где ( F ) - сила, ( q ) - заряд, ( E ) - электрическое поле)

Формула для работы	Формула для работы	Формула для работы
$( W = F \cdot d )$ (где ( W ) - работа, ( F ) - сила, ( d ) - расстояние)	$( W = M \cdot \theta )$ (где ( W ) - работа, ( M ) - момент силы, $( \theta )$ - угол поворота)	$( W = q \cdot \Delta V )$ (где ( W ) - работа, ( q ) - заряд, $( \Delta V )$ - разность потенциалов)

Формула для кинетической энергии	Формула для кинетической энергии	Формула для электрической энергии
$( E_k = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2 )$ (где $( E_k )$ - кинетическая энергия, ( m ) - масса, ( v ) - скорость)	$( E_k = \frac{1}{2} \cdot I \cdot \omega^2 )$ (где $( E_k )$ - кинетическая энергия, ( I ) - момент инерции, ( \omega ) - угловая скорость)	$( E_{\text{э}} = \frac{1}{2} \cdot C \cdot V^2 )$ (где $( E_{\text{э}} )$ - электрическая энергия, ( C ) - емкость, ( V ) - напряжение)

Формула для постоянного равномерного движения	Формула для линейной скорости	Формула для закона Кулона
( s = v \cdot t ) (где ( s ) - пройденное расстояние, (v) - скорость, ( t ) - время)	$( v = r \cdot \omega )$ (где ( v ) - линейная скорость, ( r ) - радиус, $( \omega )$ - угловая скорость)	$F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}$

Формула для второго закона Ньютона	Формула для периода вращения	Формула для индукции магнитного поля
$( F = m \cdot a )$ (где ( F ) - сила, ( m ) - масса, ( a ) - ускорение)	$( T = \frac{2\pi}{\omega} )$(где ( T ) - период, $( \omega )$ - угловая скорость)	$( B = \mu_0 \cdot \left( \frac{I}{2\pi \cdot r} \right) )$(где ( B ) - индукция магнитного поля, $( \mu_0 )$ - магнитная постоянная, ( I ) - сила тока, ( r ) - расстояние)

Формула для силы трения	Формула для центростремительного ускорения	Формула для электромагнитной силы
$( F_{\text{тр}} = \mu \cdot F_{\text{н}} ) (где ( F_{\text{тр}} )$ - сила трения, ( \mu ) - коэффициент трения, $( F_{\text{н}} )$ - нормальная сила)	$( a = r \cdot \omega^2 )$ (где $( a )$ - центростремительное ускорение, ( r ) - радиус, $( \omega )$ - угловая скорость)	$( F = q \cdot (E + v \cdot B) )$ (где $( F )$ - электромагнитная сила, $( q )$ - заряд, $( E )$ - электрическое поле, $( v )$ - скорость, $( B )$ - магнитное поле)

Энергия и работа

Энергия – универсальная мера движения и взаимодействия материи. Единица энергии: джоуль (Дж)

Механическая энергия – способность тела совершать работу. Она определяется взаимным расположением тел и их скоростями.

«Энергия» - это греческое слово «деятельность».

Энергия является общей количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи.

Энергия не исчезает и не возникает из ничего, она может лишь переходить из одной формы в другую.

Энергия связывает воедино все явления природы и является скаляром.

Ядерное движение – движение ядра на части.

EROI: Энергия – действие.

• EROI нефти ~ 20

• АЭС ~ 80..100

• Ветряки ~ 6

Работа силы – количественная характеристика процесса обмена энергией между взаимодействующими телами и равна произведению величины силы действующей в направлении перемещения на величину самого перемещения.