Функция силы в системе взаимодействующих тел

Тела в каждый момент имеют взаимное расположение, направления и значения скоростей движения. Другими словами, совокупность тел находится в некотором состоянии. Взаимодействие тел приводит к изменениям их состояний. При этом возникающие в результате взаимодействия силы играют различную роль, или, выражаясь точнее, выполняют различную функцию в сохранении или изменении состояния тел.

Приведем пример. Автомобиль двигается с выключенным двигателем по инерции и вскоре останавливается. Какую функцию выполняют силы трения в этом случае? Ответ очевиден: силы трения выполняют тормозящую функцию.

Изменим ситуацию. Водитель автомобиля включает двигатель после остановки и начинает ускоренное движение. Какую функцию выполняют силы трения в этом случае? Ответ на вопрос подскажет следующее наблюдение. Каждому, по всей видимости, приходилось наблюдать, как буксует автомобиль на скользкой дороге. Недостаточное трение между колесами и дорогой не позволяет прийти автомобилю в движение. Следовательно, при определенных условиях трение может выполнять ускоряющую функцию.

Проведем опыт. Прижмем брусок в вертикальной стене. Зададимся вопросом, какие силы действуют на брусок, какие функции они несут, определяя состояние этой системы?

На брусок действует сила тяготения, упругая сила в горизонтальном направлении и сила трения, направленная вертикально вверх. Эту силу трения можно назвать удерживающей. Воздействие бруска на стену осуществляется посредством двух сил. Первая — это упругая сила, которую мы можем назвать с точки зрения выполняемой ею функции прижимающей. Вторая — сила трения, направленная вниз. Она воздействует на стену. Эта сила представляет собой вес бруска.

Последнее обоснуем. Будем действовать методом «от противного». Предположим, что трение между стенкой и бруском отсутствует. В этом случае на брусок не будет действовать никакой удерживающей силы, он начнет свободное падение, став невесомым. Действия на стенку в вертикальном направлении он оказывать не будет. В случае покоя, обусловленного трением, на стенку будет действовать сила, направленная вертикально вниз. Последняя, по определению, и есть вес тела.

Рассмотрим силы, действующие на брусок, находящийся на наклонной плоскости. Это будут силы тяжести и реакция опоры. Их результирующая направлена вдоль наклонной плоскости. В отсутствие трения эта сила приводит брусок в ускоренное движение. Брусок будет скатываться с наклонной плоскости. В связи с этим указанная результирующая сила получила название скатывающей силы.

Еще пример. Со дна водоема надо было поднять затонувшее судно. Рассматривалось два варианта. Один — использовать крупный плавучий кран. В этом случае подъем обеспечивали упругие силы тросов подъемных устройств. Второй — использовать систему надувных поддонов, которые крепились к судну и затем наполнялись воздухом. Здесь прилагаемые к судну силы носили иной характер. Это — выталкивающая, или, как часто говорят, «архимедова» сила, действующая на погруженные в воду надувные поддоны. Инженеры, приступившие к реализации проекта, при выборе оптимального варианта задались главным вопросом, какова должна быть подъемная сила механизмов для того, чтобы вытащить судно из грунта, в котором оно увязло. Только после оценки специалистами было принято решение в пользу второго варианта. Помимо подъема он позволил также обеспечить буксировку судна в ремонтный док.

Последний пример иллюстрирует типичную проблемную ситуацию разработки инженерного проекта. Выбор конкретного варианта устройства, обеспечивающего силовое воздействие в технической системе, начинается с анализа функции, которую должна выполнять сила.

Заметим, что функцией силы мы интересуемся, как правило, в технических системах, для проектирования или эксплуатации которых эта физическая величина оказывается значимой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >