Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так мы с вами продолжаем заниматься физикой и впереди у нас довольно серьезный раздел механики, который посвящен равновесию. Но прежде чем переходить к изучению новой темы в данном разделе давайте вспомним какие темы мы уже с вами прошли.
И так в разделе динамики мы с вами познакомились с первым законом Ньютона, взаимодействии тел и их ускорении, узнали о массе и методах ее измерения, познакомились со вторым законом Ньютона и равнодействующей, порешали простейшие задачи на первый и второй закон Ньютона, далее познакомились с третьим законом Ньютона и обобщили выводы о всех трех законах, узнали о принципе относительности Галилея, далее порешали задачи уже на все три закона Ньютона, далее вывели алгоритм решения задач динамики и порешали обобщенные задачи на тему динамики, далее поговорили о силе упругости и законе Гука, порешали задачи на эту тему. Узнали о законе всемирного тяготения и гравитационной постоянной и так же порешали задачи на эту тему, узнали о силе тяжести и весе тела, а так же невесомости, поговорили о перегрузке и весе тела на полюсе и экваторах, далее познакомились с искусственными спутниками Земли первой космической скоростью и геостационарной орбитой, далее поговорили о движении планет и законах Кеплера, порешали задачи на вычисление веса тела, поговорили о силе трения, изучили явления в неинерциальных системах отсчета, силы инерции и центробежные механизмы и изучение раздела закончили краткими ответами на вопросы по всем ранее пройденным темам.
И так мы с вами уже прошли кинематику, фактически - это математический аппарат механики, благодаря этому мы можем сказать, где может находится тело в любой момент времени, если известно его ускорение. Мы рассмотрели частные случаи, когда ускорение равно нулю или постоянное. Рассмотрели так же движение тела по окружности, равномерное вращение и даже знаем кое что о не равномерном вращении тела.
Далее второй раздел который мы с вами рассмотрели в механике - это динамика. Динамика уже интересуется почему меняется скорость тела и как найти его ускорение. Мы с вами выяснили, что ускорение тела можно найти, если известно в каких условиях оно движется, точнее если известно какие силы на него действуют. Мы знаем, что это могут быть силы упругости, силы тяжести и силы трения. Зная эти силы мы можем найти ускорение тела, а зная ускорение с помощью аппарата кинематики, можем решить основную задачу механики.
А теперь давайте сделаем так...давайте рассмотрим противоположную ситуацию. А что нужно сделать для того, чтобы состояние движения тела не изменялось? Чтобы оно все время находилось в одном и том же состоянии движения. Эта ситуация называется равновесие. И раздел физики, который изучает условия равновесия тел называется статикой. И мы с вами переходим к изучению раздела механики - статики. И давайте сформулируем строгое определение.
Статика - это раздел механики изучающий механическое равновесие.
Ну а теперь, как всегда, мы даем определение тем терминам, которыми мы пользуемся и давайте вспомним, что называется равновесием в самом общем смысле, не обязательно механическим или тепловым..любым.
Равновесие - это состояние, которое может сохранятся сколь угодно долго, при условии отсутствия внешних воздействий.
И это определение мы уже записывали, так как у нас уже рассматривалось тепловое воздействие, в котором мы приводили это определение.
И такое определение, которое мы дали работает для любого равновесия: механического, теплового, экологического, экономического и т.д...
Если, например, мы имеет дело с экологическим равновесием, то какая-то живая система - биоценоз, находится в одном и том же состоянии. Например, биоценоз Австралии...но к примеру завезли в Австралию овец и нарушили экологическое равновесие. Овцы начали безудержно размножаться и это привело к ряду неприятных последствий.
Или экономическое равновесие...экономика находится в каком-то стабильном состоянии и вдруг где-то открывают новое месторождение нефти, это приводит к тому, что цены на нефть и сразу начались какие-то изменения и равновесие было нарушено.
Ну а мы с вами будем говорить о механическом равновесии...
И так равновесие - это состояние, которое может сохранятся сколько угодно долго при отсутствии внешнего воздействия. В механике какая физическая величина описывает состояние движения тела? Что меняется, если тело не двигалось, а стало двигаться? Что появилось у тела? Ускорение. А в следствии этого появилась скорость. И так состояние движения мы описываем с помощью скорости. Если состояние движения не меняется, это означает, что скорость остается неизменной. Скорость векторная величина, значит вектор скорости остается неизменным. Значит...
Механическое равновесие - это состояние равномерного прямолинейного движения. И частный случай этого состояния - это состояние покоя.
Скажите пожалуйста, а будет ли равновесием вот такое состояние...допустим у нас есть велосипедное колесо, очень хорошо смазанное, т.е в оси трение абсолютно отсутствует. Сопротивление воздуха отсутствует. Мы его раскрутили и поставили. Оно находится на оси. Оно вращается. Время идет, а скорость при этом не изменяется и это состояние может сохранятся сколь угодно долго при отсутствии внешних воздействий, если при этом мы не будем подгонять или тормозить колесо. Будет это равновесием? Будет. Значит, еще один вид равновесия - это равномерное вращение.
И так механическое равновесие - это равномерное прямолинейное движение, покой и равномерное прямолинейное вращение. На этой лекции мы говорить о равномерном прямолинейном вращении говорить не будем, а будем говорить о первых двух видах механического равновесия и особенно покое, потому что нам необходимо знать какие условия должны выполнятся для того, чтобы, например, башня не падала, дома стояли, тросы поддерживающие мост все время были одинаково растянуты.
И для того, чтобы обсуждать различные виды равновесия, давайте вспомним последние слова в определении...при отсутствии внешних воздействий.
Так вот давайте выделим три ситуации, когда на тело воздействует какая-то сила, какой-то фактор и посмотрим как будет себя вести тело при отклонении положения равновесия и оказывается, что тело может вести себя трояко и соответственно, различают три вида равновесия в зависимости от реакции тела на попытку вывести его из положения равновесия. И так три вида равновесия...
- Устойчивое равновесие. Вид равновесия означающий, что если мы выводим тело из состояния равновесия, то оно потом после окончания этого воздействия возвращается к положению равновесия. И давайте запишем строгое определение устойчивого равновесия.
Устойчивое равновесие - это такое равновесие при малом отклонении от которого возникают силы возвращающие тело в положение равновесия.
Второй вид равновесия - неустойчивое равновесие.
Неустойчивое равновесие - это такое равновесие при малом отклонении от которого возникают силы удаляющие тело от положения равновесия.
И третий вид равновесия - безразличное равновесие.
Безразличное равновесие - это такое равновесие при малом отклонении от которого не возникает сил приближающих или удаляющих тело от положения равновесия.
И так мы узнали какие бывают виды равновесия. Обратите внимание на идею, для того чтобы проверить какой вид имеет равновесие имеет место необходимо вывести тело из состояния равновесия. Так и в жизни, если мы хотим узнать какой человек, то необходимо на этого человека воздействовать, вывести его из положения равновесия и посмотреть на его реакцию.
А теперь следующий вопрос. А какие условия должны выполнятся, что того, чтобы тело находилось в равновесии и не важно пока что каким равновесием оно обладает. Устойчивым или не устойчивым. Какие условия для этого должны выполняться? Вот это и будет основной задачей статики. И так...
Основная задача статики - выяснение условий при выполнении которых тело или система тел находится в равновесии.
Ну и давайте вернемся к самому началу изучения механики...помните, когда мы говорили об основной задаче механики, мы говорили о том, что основная задача механики - это определение положения тела в любой момент времени. Но, ведь само тело имеет какие-то размеры, значит говорить о положении тела не так-то просто, потому что разные точки находятся в разных точках пространства и тогда мы пошли на упрощение. Первое упрощение было такое, что мы тело принимали за материальную точку. Т.е мы рассматривали тела размерами, которых можно пренебречь. И давайте начнем с рассмотрения простейшего случая, какое условие должно выполнятся для того, чтобы материальная точка была в равновесии.
А теперь давайте поговорим о том, если тело не является материальной точкой, а имеет какие-то размеры.
И давайте еще раз запишем условие равновесия для тела не являющегося материальной точкой.
Тело при отсутствии вращения будет находится в равновесии, если равнодействующая всех сил, приложенных к нему равняется нулю.
А что нужно для того, чтобы тело не вращалось мы пока не обсуждаем об этом речь пойдет позже. Пока будем считать, что ситуация такова, что такое вращение не возможно. И давайте рассмотрим еще один важный факт, которым в дальнейшем будем часто пользоваться...
Действие силы не изменяется при переносе точки приложения силы вдоль линии ее действия.
А теперь давайте рассмотрим пример задачу на определение силы удерживающей шарик над Землей нитью.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, подпишись на канал и поддержи автора.