Матеріальна точна. Система відліку. Кінематичний закон руху

Як будь-яка сила, вага в системі СІ вимірюється в  ньютонах, в системі СГС — в  динах. Однак в багатьох областях техніки ще збереглося використання кілограм-сили. Вага вимірюється також  у позасистемних одиницях — фунтах, унціях, гранах. Оскільки ці історичні  одиниці встановилися давно, вони застосовуються однаковою мірою як до маси так  і ваги.

Із означення ваги, як сили, з якою тіло діє на опору, тобто  сили реакції, вага тіла залежить від  його прискорення. Наприклад, у ліфті, що рушає вгору, вага тіла збільшується на величину прискорення ліфта, а  у ліфті, який спускається додолу, вага тіла зменшується на величину прискорення. Тіло, яке вільно падає  з висоти, втрачає вагу. Такий  стан називається невагомістю.

Відповідно, вага залежить від  значення прискорення вільного падіння. Коливання прискорення вільного падіння в межах Землі невелике, але на інших небесних тілах, вага тіла з однаковою масою може сильно змінюватися. Наприклад, на Місяці вага тіл зменшується приблизно в  шість разів.

Вага тіла, зануреного в  рідину, зменшується на вагу витісненої рідини (закон Архімеда).

Для вимірювання ваги використовуються ваги або терези. Ці прилади вимірюють  безпосередньо вагу. Якщо потрібно визначити масу тіла, то її треба  перерахувати із значення ваги.

Невагомість – стан тіла коли на нього діють тільки сили тяжіння і відсутня вага.                                                                                                                                 Прискорення сили тяжіння – залежить від:географічної широти розміщення тіла тому,що виникає відцентрова сила інерції при обертанні Землі навколо своєї осі.

3.2Гравітаційне  поле і його характеристики.Припливи  і відпливи на Землі.Сили в  механіці.Види деформацій. Закон  Гука.. Принцип близькодіїполягає в тому, що взаємодія здійснюєтьсяне безпосередньо між тілами, що взаємодіють, а передається за допомогою тих або інших полів, неперервно розподілених у просторі. Ніякі взаємодії або сигнали в природі не можуть передаватись з більшою швидкістю, ніж швидкість світла у вакуумі (С=3*108м/c). Взаємне притягання тіл здійснюється через простір, що розділяє ці тіла, навіть у випадку, коли вони знаходяться у вакуу мі. Пояснюється це тим , що будь-яке тіло змінює фізичні властивості навколишнього простору, тобто навколо тіла існує поле яке називають гравітаційним. Гравітаційне поле є однією з форм існування матерії, йому притаманна енергія і відповідна маса.  
Силова характеристика поля – напруженість: g=F/m2 
Властивість Гравітаційного поля: усі тіла незалежно від їхньої маси здобувають у ньому однакові прискорення. Гравітаційне поле притаманне всім тілам і частинкам без винятку. Потенціал гравітаційного поля – склярна величина, рівна відношенню потенціальної енергії матеріальної точки, що знаходиться в даній точці поля до її маси. Дія сил тяжіння з боку Місяця та відцентрованих сил інерції пояснює винекнення припливів та відпливів. Через притягання Місяцем водна оболонка Землі приймає форму епіліпсоїда. На лінії що, з’єднує центри Землі і місяця, утворюються два водяних виступи з двох боків Землі – близький від місяця й віддалений від місяця (припливи). Аналогічні явища викликаються і сонцем.  
Ще в механіці вивчають сили:пружності, тертя і опору.  
Види деформацій. Деформація називається пружньою, якщо після припинення дії прикладених сил тіло прймає початкові розміри й форму. Пластична або залишкова – це деформація, яка повністю або частково зберігається в тілі після припинення дії зовнішніх сил.  
Деформація твердих тіл описуеться законом Гука 

 
3.3Енергія. Робота. Потужність.Кінетична і потенціальна енергії Універсальною кількісною мірою разних форм руху матерії та взаємодії є енергія. Відповідно матерії говорять про різні види енергії: механічна, теплова, ядерна, енергія електромагнітного поля та інші. Поняття енергії і роботи нерозривно повязані між собою, тому що енергія тіла характерезує його здатність виконати роботу. Поняття роботи в механіці повязане з переміщення і сили. Потужність дорпівнює склярному добутку вектора сили на вектор швидкості тіла. Розрізняють два види енергії: кінетичну(енергія руху тіла); потенціальну (енергія взаємодії між тілами, яка залежить від взаємного розташування тіл системи). Потенціальна енернгія не пов’язана з механічним рухом тіла, вона визначається взаємодією тіла з іншими тілами – це енергія взаємодіє пиринаймні двох тіл.Величину, вимірювану роботою, що виконує консервативна сила, переводячи систему взаємодіючих тіл зі стану з одним їх взаємнимрозташуванням,називають потенціальною енергією.

3.4. Закон збереження  в механіці. Зіткнення. Умови рівноваги  в механіці. Космічні швидкості.геостанціонарні  супутники

3.4. Закон збереження в  механіці. Зіткнення. Умови рівноваги в механіці. Космічні швидкості. Геостаціонарні супутники. Закон збереження імпульсу . Імпульсом тілає добуток маси тіла на швидкістьйого руху. Закон збереження імпульсу - один із фундаментальних законів фізики, який стверджує, що у замкненій системі сумарний імпульс усіх тіл зберігається. 
Якщо на систему тіл зовнішні сили не діють або вони врівноважені, то така система називається замкненою, для неї виконується закон збереження імпульсу: повний імпульс замкненої системи тіл залишається незмінним за будь-яких взаємодій тіл цієї системи між собою: 
Закон збереження імпульсу є наслідком однорідності простору. 
Закон збереження енергії. Закон збереження енергії (англ. energy conservation law;) - закон, який стверджує, що повна енергія в ізольованих системах не змінюється з часом. Проте енергія може перетворюватися з одного виду в інший. У термодинаміці закон збереження енергії відомий також під назвою першого закону термодинаміки. Закон збереження енергії є, мабуть, найважливішим із законів збереження, які застосовуються в фізиці. 
Закон збереження моменту імпульсу стверджує, що момент кількості руху у замкненій системі зберігається під час еволюції цієї системи з часом. 
Момент імпульсу замкнутої системи тіл залишається незмінним при будь-яких взаємодіях тіл системи. 
Закон збереження кількості руху є наслідком ізотропності простору. 
Тіла, які зазнають зіткнення можна вважати замкненою системою тому що виникаючи при короткочасному зіткненні внутрішні сили системи в багато разів перевищують зовнушні. Розрізняють пружні і не пружні зіткнення .Тіла при зіткненні деформуються, виникають пружні сили. При абсолютно непружному зіткненні , деформації повністю зберігаються, а тіла рухаються далі, як одне ціле. При абсолютно пружньому зіткненні, тіла після зіткнення цілком відновлюють форму і внутрішню енергію. 
Повна механічна енергія W тіла дорівнює сумі його кінетичної і потенціальної енергії. Кінетичнаенергія ніколи не може приймати відємних значень. Якщо кінетична енергія дорівнює нулю, то цеозначає що в даній системі W = П і механічна система нерухома. Космічні швидкості

 

Розділ 4.Механіка рідин і газів

4.1 Тиск в нерухомих  рідинах ы газах. Закон Паскаля.  Закон Архімеда.

Тиск стовпа повітря теж пов’язаний із тяжінням, але власний тиск газу має кінетичну природу. Тиск газу на внутрішню поверхню балону спричиняється ударами величезної кількості молекул газу і залежить від щільності розташування молекул (від густини газу), а також від енергії ударів окремих молекул (від температури газу). Зменшення густини газу і зниження температури зменшують власний тиск газу.

Закон Паскаля: зовнішній тиск на газ або рідину передається ними у всіх напрямках однаково (тобто рівномірно, без змін). 
Закон Паскаля лежить в основі закону сполучених посудин. 
Закон сполучених посудин 
а) Будь-яка рідина встановлюється у сполучених досить широких (некапілярних*) посудинах на одному рівні незалежно від їх числа, розмірів та нахилу до горизонту. Б)У сполучених посудинах висоти різнорідних незмішуваних рідин обернено пропорційні їх густинам

Архімедова сила.

Відповідно до закону Паскаля, сили тиску з боку рідини діють як на бічну поверхню зануреного тіла, так і на обидві його основи. Сили атмосферного тиску, які однаково додаються до всіх гідростатичних сил, зрівноважуються. 
Якби тіло було занурене в рідину так, що його верхня частина була б на одному рівні з вільною поверхнею рідини, то сила гідростатичного тиску діяла б лише на основу (адже сили тиску на бічні ділянки поверхні тіла взаємно компенсуються). Ця сила, напрямлена вертикально вгору, називається виштовхувальною силою, або силою Архімеда (на честь грецького вченого) і чисельно дорівнює вазі P стовпчика рідини (висотою h і площею S), тобто вазі рідини в об’ємі зануреної в рідину частини тіла. Формула сили Архімеда

,

4.2Течія рідин  і газів. Рівняння нерозривності  течії. Рівняння Бернулі і деякі  задачі гідродинаміки.

Рух рідин і  газів Властивості:1) Немає сильного зв’язку між молекулами, як у тв.. тілі.2) Хаотичний рух молекул. Довільне положення молекул одна відносно іншої.3) Рідини та гази не мають власної (певної форми).4) Середня відстань між молекулами майже незмінна.

Умова нерозривності  потоку

VS=const

Рівняння Бернулі  – основний закон гідродинаміки  ідеальної рідини (або газу)

Ро*(d вектор v)/(dt)=gradp+ ро 8 вектор g

Рівняння Бернулі для  стаціонарної течії   p+ро gh+ро*V2/2=const

 

p – статичний тиск,роgh - зовнішній тист,  ро*V2/2 - динамічний тиск,  (p+ ро*V2/2) – повний тиск

1) Стат. Тиск більший там,  де швидкість менша, тобто там,  де більший переріз: збільшення  швидкості потока у місці, де  менший переріх, витікає із  умови нерозривності потоку VS=const

2) В струмені статичний тиск завжди менший, ніж у нерухомій рідині. При великих швидкостях тиск може стати меншим за атмосферний і рідина буде підніматись вгорую Пульверізатор, карбюратор.

4.3 Течія в’язкої  рідини. Формула Пуазейля. Число  Рейнольдса.

Течія в'язкої  рідини

В'язкість – це властивість реальних рідин чинити опір переміщенню однієї частини рідини відносно іншої.При переміщенні одних шарів реальної рідини відносно інших виникають сили внутрішнього тертя, які дотичні до площин дотикання шарів. Два шари, що рухаються один відносно іншого, взаємодіють вздовж поверхні поділу з рівними за модулем і протилежними за напрямом силами внутрішнього тертя.

Градієнт швидкості   показує, як швидко змінюється швидкість при переході від шару до шару в напрямі х, перпендикулярному напряму руху шарів:

Сила внутрішнього тертя пропорційна градієнту швидкості і площі поверхні шару, що розглядається:

де   – коефіцієнт пропорційності, який залежить від природи і стану рідини. Його називають коефіцієнтом внутрішнього тертя або динамічною в'язкістю чи просто в'язкістю. Фізичний зміст динамічної в'язкості: динамічна в'язкість чисельно дорівнює силі, що діє на одиницю поверхні рідини при градієнті швидкості в одиницю. 
Чим більша в'язкість, тим сильніше рідина відрізняється від ідеальної, тим більші сили внутрішнього тертя виникають в ній.

Формула Пуазейля

При сталому ламінарному  русі в'язкої нестисливої ​​рідини крізь циліндричну трубу круглого перетину секундний об'ємна витрата  прямо пропорційний перепаду тиску  на одиницю довжини труби і  четвертого ступеня радіуса і  обернено пропорційний коефіцієнту  в'язкості рідини.

де 

•  — перепад давления на концах капилляра, Па;
•  — секундный объёмный расход жидкости, м³/с;
•  — радиус капилляра, м;
•  — диаметр капилляра, м;
•  — коэффициент динамической вязкости, Па·с;
•  — длина трубы, м.

Формула используется для  определения вязкости жидкостей.

Число Рейнольдса

Число, или, правильнее, критерий Рейно́льдса ( ), — безразмерная величина, характеризующая отношение нелинейного и диссипативного членов в уравнении Навье — Стокса^[1]. Число Рейнольдса также считается критерием подобия течения вязкой жидкости.

Число Рейнольдса определяется следующим соотношением:

где

•  — плотность среды, кг/м³;
•  — характерная скорость, м/с;
•  — характерный размер, м;
•  — динамическая вязкость среды, Н·с/м²;
•  — кинематическая вязкость среды, м²/с( ) ;
•  — объёмная скорость потока;
•  — площадь сечения трубы.