Toată diversitatea forțelor din natură este redusă la patru interacțiuni fundamentale: gravitațional, electromagnetic, puternic nuclear și slab nuclear. Interacțiunile puternice și slabe ale nucleului apar doar la nivelul interacțiunilor nucleare, iar în viața reală nu le percepem deloc. Prin urmare, întreaga varietate de forțe reale este un fel de forțe gravitaționale și electromagnetice.
În mecanică sunt avute în vedere trei tipuri de forțe: forța de frecare, forța elasticității și puterea gravitației universale. Iar forța de frecare și forța elasticității sunt prin natura lor forțele de natură electromagnetică. Cea mai comună forță care acționează asupra tuturor corpurilor din câmpul gravitațional al Pământului este forța gravitației. Ea este egală cu produsul greutății corporale prin accelerarea gravitației mg și este îndreptată vertical în jos sau mai precis spre centrul Pământului. Gravitatea este un fel de forță gravitațională. Dacă corpul este pe o anumită suprafață, atunci sub acțiunea gravitației se apasă pe această suprafață. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, suprafața acționează asupra unui corp cu o forță egală în mărime și opusă în direcție. Această forță este numită forța de reacție a suportului (N) și este un fel de forță de elasticitate.
În continuare, luăm în considerare în detaliu forțele mecanice separat.
Forța de frecare este una dintre cele mai comune forțe mecanice. Se întâmplă de fiecare dată când corpul începe să se miște sau când se încearcă mutarea. Există patru tipuri de forțe de frecare:
· Forța de fricțiune de odihnă;
Forță de frecare alunecătoare;
Forța de frecare a laminării;
Forța de frecare vâscoasă (forța de rezistență).
Forța de frecare a laminării și forța de frecare vâscoasă în cursul fizicii nu sunt aproape luate în considerare. Forța de frecare a laminării este de obicei mică și este de obicei neglijată în comparație cu alte tipuri de forță de frecare. Rezistența fricțiunii vâscoase nu este luată în considerare deoarece este imposibil să spunem ceva semnificativ în ceea ce privește cursul școlar al fizicii în legătură cu complexitatea aparatului matematic folosit pentru aceasta.
Forța de fricțiune de odihnă.
Forța de fricțiune de odihnă are loc între organele de contact de fiecare dată când un corp încearcă să se miște relativ la celălalt și nu se mișcă. Forța de frecare de repaus este paralelă cu suprafața de contact a corpurilor în direcția opusă direcției forței externe de forfecare și este egală în modul cu proiecția forței externe de forfecare pe planul de contact al corpurilor. Forța de fricțiune a odihnei crește odată cu creșterea forței exterioare. Dar dacă forța externă poate crește pe termen nelimitat, atunci, după cum arată practica, forța de frecare a odihnă are valoarea maximă. Această valoare maximă este determinată de forța cu care suprafețele contigue sunt presate între ele (prin forța presiunii normale). Practica arată că valoarea maximă a forței de fricțiune de repaus este direct proporțională cu forța presiunii normale. Coeficientul de proporționalitate se numește coeficientul de frecare al perioadei de repaus:
Coeficientul de frictiune al odihnei este determinat de materialul din care sunt făcute suprafețele contigue și gradul de prelucrare a acestora și nu depinde de zona de contact.
În cazul general, pentru magnitudinea forței de fricțiune de odihnă, se menține următoarea inegalitate:
Forța de frecare alunecătoare.
Dacă valoarea forței externe de forfecare depășește valoarea maximă a forței de frecare de repaus, atunci începe să alunece. Forța de fricțiune a restului dispare și apare o forță de frecare alunecoasă. Spre deosebire de forța de fricțiune de repaus, forța de frecare alunecătoare este constantă, iar mărimea acesteia este proporțională și cu forța presiunii normale. Coeficientul de proporționalitate se numește coeficientul de frecare alunecător:
Forța de frecare alunecătoare este, de asemenea, direcționată paralel cu suprafața de contact a corpurilor și cu fața opusă vitezei mișcării relative a suprafețelor de contact. Coeficientul de frecare al culisei este de asemenea determinat de material și de gradul de prelucrare a suprafețelor de contact și nu depinde de zona de contact.
Valoarea maximă a forței de fricțiune de repaus este întotdeauna ceva mai mare decât forța de frecare alunecoasă. Figura prezintă un grafic caracteristic aproximativ al dependenței forței de frecare de forța de forfecare exterioară.
Cu toate acestea, diferența dintre forța maximă de frecare și rezistența la frecare este mică. Prin urmare, în practica de rezolvare a problemelor în cursul fizicii școlare, această diferență este de obicei neglijată și se consideră că aceste forțe sunt egale. Se presupune că coeficienții de fricțiune ai perioadei de odihnă și alunecare sunt egali și se numesc pur și simplu coeficientul de frecare. Deci, înseamnă:
Forța de frecare a rolei
Forța de frecare la rulare este mișcarea care împiedică forța la rularea unui corp circular de-a lungul suprafeței plane a altui corp (de exemplu, roțile de pe șosea). Prezența forței de frecare a laminării este legată de faptul că atât corpul de rulare cât și suprafața sub el sunt ușor deformate sub acțiunea unei forțe de presiune. Rezistența la mișcare rezultată este, de asemenea, proporțională cu forța presiunii normale. Cu toate acestea, dacă roata și suprafața sunt suficient de rezistente și deformările lor sunt mici, forța de frecare a laminării este, de regulă, foarte mică în comparație cu alte tipuri de forțe de frecare și, de obicei, este neglijată în rezolvarea problemelor.
Forța de frecare vâscoasă
Forța de frecare vâscoasă apare atunci când corpul se deplasează într-un mediu vâscos (într-un lichid sau gaz) sau când suprafețele alunecă atunci când există un strat de fluid vâscos (lubrifiant) între ele. Forța de frecare vâscoasă atunci când corpul se mișcă într-un lichid și gaz (forța de rezistență) depinde puternic de viteza de mișcare și poate fi foarte mare la viteze mari. În plus, forța de rezistență depinde în mare măsură de forma corpului în mișcare (forma raționalizată sau ne-curgătoare) și dimensiunile acesteia. În plus, dependența forței de rezistență de viteză este destul de complicată. La viteze reduse (flux laminar), forța de rezistență este aproximativ proporțională cu magnitudinea vitezei din primul grad. Cu viteza crescândă, dependența forței de rezistență de viteză este amplificată și poate fi proporțională cu magnitudinea vitezei într-un pătrat sau într-un grad mai înalt. Acest lucru conduce la faptul că, în cursul școlii fizicii, forța de rezistență nu este de obicei luată în considerare în mod explicit și, dacă este luată în considerare, sarcina specifică modul de luare în considerare a acesteia.