Использование законов механики для объяснения движения небесных тел и для развития космических исследований. Границы применимости классической механики.

ФИЗИКА

20.10.2021

МОСД-21-1

Тема 17-18. Равновесие материальной точки и твердого тела. Условия равновесия. Момент силы.

Использование законов механики для объяснения движения небесных тел и для развития космических исследований. Границы применимости классической механики.

Цель урока: введём понятие статики, рассмотрим условия равновесия тел, введём понятия центра тяжести и центра масс.

Статика - раздел механики, в котором изучаются условия равновесия механических систем под действием приложенных к ним сил и моментов.

Итак, в природе довольно часто мы можем наблюдать покоящиеся тела (ϑ = 0) или тела, которые движутся равномерно и прямолинейно (ϑ = const). Для обоих этих случаев говорят, что: тело находится в равновесии.

Абсолютно твердое тело – тело, которое не изменяет свою форму и размеры, какие бы силы не были к нему приложены.

Существуют два условия равновесия тела. Эти условия можно использовать при решении задач независимо друг от друга.

I условие равновесия (это частный случай II закона Ньютона): F₁^->+ F2^->+ … + F_n^-> = 0

Читается это условие равновесия так: векторная сумма всех сил, действующих на тело, а также сумма проекций этих сил на любые оси равна нулю.

II условие равновесия даёт возможность описывать состояние покоя тел, которые имеют неподвижную ось вращения. Это условие называется «правило моментов». Прежде чем, вводить формулировку этого условия, введём две дополнительные величины.

1. Плечо силы – кратчайшее расстояние от линии действия силы до оси. Напомню, что кратчайшее расстояние между прямой и точкой на плоскости – это длина перпендикуляра, проведённого через эту точку к данной прямой (см. рис. 1). Обозначается плечо силы L, измеряется в СИ в метрах.

2. Момент силы (М) – произведение модуля силы, вращающей тело, на плечо силы.

M = FL, единицы измерения момента силы в СИ – Н · м.

Условимся также, что если сила вращает тело по часовой стрелке, то момент силы считают положительным. Если сила вращает тело против часовой стрелки, то момент силы считают отрицательным.

Учитывая всё это II условие равновесия записывается следующим образом М₁ + М₂ + … + М_n = 0 и формулируется так: Тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех сил, приложенных к телу относительно этой оси равна

Использование законов механики для объяснения движения небесных тел и для развития космических исследований. Границы применимости классической механики.

2 Небесная механика раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения движения небесных тел. Небесная механика занимается пред вычислением положения Луны и планет, предсказанием места и времени затмений, в общем, определением реального движения космических тел.

4 Кеплер впервые установил законы планетного движения, а Ньютон вывел из законов Кеплера закон всемирного тяготения и использовал законы движения и тяготения для решения небесно - механических проблем, не охваченных законами Кеплера. После Ньютона прогресс в небесной механике в основном заключался в развитии математической техники для решения уравнений, выражающих законы Ньютона. Таким образом, принципы небесной механики это «классика » в том смысле, что и сегодня они такие же, как во времена Ньютона. Применение результатов небесной механики к движению искусственных спутников и космических кораблей составляет астродинамику.

6 Согласно этому закону, в системе отсчета, движущейся без ускорения, каждое тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного и равномерного движения, если на него не действует внешняя сила. Это противоречит положению аристотелевой физики, утверждающему, что для поддержания движения тела требуется сила. Закон Ньютона говорит, что внешняя сила необходима только для приведения тела в движение, для его остановки или для изменения направления и величины его скорости. Темп изменения скорости тела по величине или направлению называется «ускорением » и свидетельствует о том, что на тело действует сила. Для небесных тел обнаруженное из наблюдений ускорение служит единственным указателем действующей на них внешней силы. Понятие о силе и ускорении позволяет с единой позиции объяснить движение всех тел в природе: от теннисного мяча до планет и галактик. Поскольку объект, движущийся по искривлённой траектории, испытывает ускорение, было заключено, что Земля на её орбите вокруг Солнца постоянно подвергается влиянию силы, которую назвали «гравитацией ». Задача небесной механики состоит в том, чтобы определить действующую на небесное тело силу гравитации и выяснить, как она влияет на его движение.