Упругость, вес и равновесие
Силы могут деформировать тело, изменять его движение или поворачивать его.
1. Деформация и упругость
Растяжение удлиняет тело, сжатие укорачивает, изгиб искривляет, а сдвиг смещает соседние слои. После снятия силы упругое тело восстанавливает форму, а пластическая деформация остаётся. Для пружины в линейной области F = kΔx, где k — жёсткость в Н/м, а Δx — удлинение или сжатие в метрах. На графике силы от удлинения k равно наклону. За пределом пропорциональности график перестаёт быть прямым; превышение предела упругости может оставить постоянную деформацию.
2. Вес и центр масс
Масса характеризует инертность и измеряется в килограммах. Вес как сила тяжести равен W = mg и измеряется в ньютонах. В однородном поле распределённое действие тяжести заменяют одной силой, направленной вниз через центр масс. Реакцию опоры, натяжение и трение показывают отдельно на диаграмме сил.
3. Момент силы и равновесие
Момент относительно выбранной оси равен τ = rF sin θ = Fd⊥, где d⊥ — перпендикуляр от оси до линии действия силы. Нужно заранее выбрать знаки моментов. Статическое равновесие требует одновременно ΣF = 0 и Στ = 0; одного баланса сил недостаточно для исключения вращения.
Алгоритм
- Изолируйте тело и изобразите внешние силы.
- Выберите оси и удобную точку моментов.
- Запишите ΣF = 0 по направлениям.
- Запишите Στ = 0 с едиными знаками.
- Проверьте единицы и применимость закона Гука.