Богданов К
§ 13.ЕЛАСТИЧНИ СИЛИ И СИЛИ НА ТЪРЕНИЕ: ЗАКОНИ И ПРИМЕРИ
Силите на еластичност и триене, за разлика от гравитационните сили, се появяват само при контакт на телата.
Еластичните сили са следствие от деформацията, която възниква при контакт на телата (виж § 8). Моливът, който лежи върху маса, се влияе от гравитацията, но той остава неподвижен, което означава, че върху него действа еластичната сила на леко деформираната от него маса, насочена вертикално нагоре и равна по големина на гравитацията на молива. Ако поставите компютърен монитор на същото място на масата, тогава деформацията на повърхността на масата може да се види с око.
Деформации възникват само когато някои части на тялото се движат спрямо други. По този начин частта от колелото на автомобила, която е в контакт със земята, се деформира, измествайки се спрямо другите (виж фиг.10d). Когато автомобилът се движи, идва момент, когато тази част от колелото спира да докосва земята и деформацията му изчезва. Такива тела, чиито деформации изчезват след прекратяване на действието на силите, се наричат еластични. В много случаи обаче тялото не възстановява първоначалната си форма след края на взаимодействието с друго тяло. Такива тела се наричат пластмаса. Отпечатъците, които оставяме в мокър пясък, могат да служат като пример за пластична деформация.
Еластичните сили нарастват с увеличаване на напрежението. Това може да се демонстрира особено ясно чрез разтягане на пружината (виж фиг. 13а). Вижда се, че удължението на пружината е право пропорционално на масата на окачения товар. По този начин модулът на еластичностFе право пропорционален на промяната в дължината на пружината DL. Това заключение, формулирано за първи път от R.Hooke, е вярно не само за пружини, но и за всякакви малки еластични деформации (компресии илинавяхвания) тел.Законът на Хукв математическа форма е написан, както следва:
къдетоkееластичен коефициентили твърдост. Колкото повечеk, толкова по-трудно е да се деформира даденото тяло.
Силите на триене, подобно на еластичните сили, възникват, когато две тела влязат в контакт, а именно, когато едно тяло се движи по повърхността на друго. При плъзгане неравностите (микроударите) на повърхността на едното тяло се прилепват към неравностите на другото, което води до появата на еластични сили, които забавят движението. Ако тези неравности практически липсват, както се случва например, когато лист стъкло се плъзга върху стъкло, тогава телата започват да се залепват едно за друго поради образуването на връзки между молекулите на контактните повърхности на телата.
За да се премести тяло, разположено върху повърхността на друго тяло (виж Фиг.13b), е необходимо да се приложи силаF, достатъчна за (1) преодоляване на еластичните сили, възникнали по време на деформацията на повърхностните микротуберкули и (2) разкъсване на връзките, образувани между молекулите на контактуващите тела. Ако силатаFсе окаже по-малка от необходимата, тогава тялото остава в покой, което означава, че в допълнение към силатаFвърху това тяло действа друга сила, която се наричасила на триене на покойFTP (виж фиг. 13b), която компенсира силатаF. Силата на статично триене обаче не може да надвишава максималната си стойностFmax , която зависи от свойствата на плъзгащите се повърхности и силата, с която те се притискат една към друга. Следователно, за да се премести тялото, е необходимо да се приложи силаF>Fмакс.
Резултатите от много експерименти показват, че максималната стойност на силата на статично триене,Fmax е право пропорционална на големината на силата, притискаща телата едно към друго (сила на опорна реакция),N, което може да се запише като:
където m TP е коефициентът на статично триене.
Силата, която предотвратява плъзгането на едно тяло върху друго, се наричасила на триене при плъзгане. Силата на триене при плъзгане,FTS винаги е насочена в посока, обратна на относителната скорост на телата, и също е право пропорционална на силата на реакция на опората,N, или
където m TS е коефициентът на триене при плъзгане. Установено е, че при ниски скорости на относително движение на телата m TP и m TP се различават малко един от друг.
Въпроси за преглед:
- Как силите на еластичност и триене се различават от гравитационните сили?
- По какво се различават еластичните деформации от пластичните?
- Формулирайте закона на Хук.
- Как възниква силата на триене и от какво зависи?
Фиг.13. (а) – Закон на Хук, зависимост на еластичната силаFот деформация DL; (b) – зависимост на силата на статично триенеFTP от силатаF, опитваща се да премести тялото надясно.