力学中常见的力.ppt

*§1-5力学中常见的力自然界存在四种基本力，即万有引力、电磁力、强力和弱力或者叫做强相互作用和弱相互作用。一、万有引力(Gravitationalforce)宇宙中的一切物体都在相互吸引着。万有引力是自然界的基本力之一。有万有引力的空间内存在一种物质，称为引力场，物体间(万有)引力相互作用通过引力场传递。粒子物理学认为引力相互作用通过引力子传递。力学中常见力的有万有引力、弹性力和摩擦力三种。万有引力定律：任意两质点间都存在引力,方向沿着两质点连线；大小与两质点的质量的乘积成正比,与两质点间距离r12的平方成反比：G=6.67259?10?11N?m2?kg?2，称为引力常量。r12表示从质点m1到质点m2所引的有向线段,负号表示F12的方向与r12的方向相反。矢量形式万有引力定律中引入的物体质量称为引力质量。引力质量与在牛顿运动定律中引入的惯性质量一样,也是物体自身的一种属性的量度,它表征了物体之间引力作用的强度。虽然引力质量和惯性质量代表了物体的两种不同的属性,然而精确的实验研究和理论分析表明,对于任一物体来说,这两个质量都是相等的。这一重要结论正是爱因斯坦创立广义相对论的实验基础。把地球近似为质量均匀分布的球体,则地面上一个质量为m的物体与地球间万有引力大小两个结论：(1)g的数值与物体本身的质量无关；(2)g的数值随着离开地面高度增加而减小。地球半径很大(约为6.37?106m),当高度不太大时,g的数值变化可忽略。由于地球自转,地面各处的g值有明显差异。g与纬度?经验公式：由牛二律F=mgg的标准值:9.80665m?s?2,北京地区为9.8011m?s?2。例1：应以多大速度发射，才能使人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动?解：地球近似半径为R的均匀球体,卫星离地面高度为h,绕地球作匀速圆周运动所需向心力为若卫星只受地球引力作用,引力就是卫星作匀速圆周运动的向心力。地球的引力在半径等于地球半径的圆形轨道上运行的卫星所需速度,就是发射卫星所需速度，即第一宇宙速度。由F1=F2得例2:开普勒定律,行星沿椭圆轨道绕太阳旋转,太阳位于椭圆的一个焦点上。试求行星绕太阳运行的运动方程,并证明行星相对太阳的极径在相等的时间内扫过相等的面积。解：设太阳和行星均视为是质点，质量分别为M和m。行星与太阳间万有引力为行星绕太阳旋转提供向心力。行星运动方程为采用太阳位于极点的极坐标系,行星所受太阳的万有引力可表示为开普勒定律：(1)每一行星都沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳位于椭圆轨道一个焦点上；(2)行星运行时,太阳到行星的极径在相等的时间内扫过相等的面积；(3)行星绕太阳公转周期的平方正比于轨道半长轴的立方,两者比值为一恒量。=恒量，即=恒量，则二、弹性力(Elasticforce)形变物体，由于力图恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力。如压力、张力、拉力、支持力、弹簧的弹力。从物质的微观结构看,弹性力起源于构成物质的微粒之间的电磁力。弹性力是一种接触力,其方向永远垂直于过两物体接触点的切面。物体受力要发生形变,当把力撤除后,物体若完全恢复到原来的形状，称为弹性形变。如果作用于物体的力超过一定限度,物体就不能完全恢复原状了,这个限度称为弹性限度。弹簧未形变时物体的位置,称为平衡位置。弹性限度内弹性力与弹簧的形变量(拉伸量或压缩量)成正比,F=?kx。k是弹簧的劲度系数,表示使弹簧产生单位长度形变所需施加的力的大小,与弹簧的材料和形状有关。负号表示弹性力与形变方向相反。桌面发生形变产生作用于物体的弹性力,方向垂直于桌面向上,称为支撑力；绳子发生形变产生作用于物体的弹性力,方向沿着绳子向上,称为张力。T0=?T0?，作用力和反作用力；绳子不可伸长,物体的加速度a必定等于绳子的加速度a?。例3:光滑桌上有一均匀细绳,质量m、长度l,一端系质量为M的物体,另一端施加一水平拉力F。求(1)细绳作用于物体上的力,(2)绳上各处的张力。解:(1)根据题意,取物体和绳子为隔离体,分析其受力情况并画出受力图：MMgNT0aT0?Fa?mgNs建立坐标系,取绳子与物体的接触点为坐标原点O,x轴沿绳子水平向右,y轴竖直向