УПРУГИЕ СИЛЫ
В реальных газах и жидкостях из сил притяжения действуют только силы Ван-дер-Ваальса, а в твердых телах еще и обменные (химические) силы. Силы Ван-дер-Ваальса удерживают молекулы жидкости друг возле друга на близких расстояниях порядка размера самих молекул. Если попытаться жидкость сжать, то при сближении молекул между ними начнут быстро нарастать силы отталкивания. Вследствие того, что молекулы расположены очень тесно, уже при незначительном сближении силы отталкивания достигают очень большой величины. Величину этих сил характеризует модуль объемной упругости, который, например, для воды равен 2×109 Па. Нетрудно понять, что при сжатии твердых тел силы отталкивания еще больше (модуль объемной упругости для стали равен 2×1011 Па). Упругие силы возникают в твердых телах не только при объемном, но и при линейном сжатии. Например, если поместить пружину (рис.2) в некое гнездо, предварительно уменьшив ее линейный размер на величину x, в ней возникает упругая сила F, равная:
где x- предварительное поджатие пружины, а k - коэффициент жесткости, зависящий от материала пружины, ее размера и способа изготовления. Иллюстрация к появлению силы упругости в сжатой пружине
Так же просто объяснить, почему жидкость текуча и не способна сохранять свою форму. Под действием внешней силы перескоки молекул жидкости, о которых шла речь выше, происходят в направлении действия силы, и жидкость в результате течет. Однако необходимо, чтобы время действия силы было много больше времени оседлой жизни молекул, в противном случае сила вызовет лишь упругую деформацию сдвига и жидкость при этом будет тверда, как сталь (вязко-упругие жидкости). Молекулы газа расположены далеко друг от друга и молекулярное притяжение не властно над ними. Газообразное вещество не может сохранять не только форму, но и объем. Как бы мы не расширяли сосуд, содержащий газ, он заполнит его целиком без каких-либо усилий с нашей стороны.
1.2.3. СУХОЕ ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ Поверхность твердых тел всегда имеет неровности (выступы шероховатости), величина которых зависит от материала и способа обработки. При контакте двух тел эти выступы цепляются друг за друга, немного деформируются и не дают телам скользить друг относительно друга (Рис.3). Иллюстрация к определению силы сухого трения
При наличии касательной силы Т бугорки начинают скалываться, а молекулярные связи разрываться. Очевидно, чем больше нормальная к поверхности трения (прижимающая) сила N, тем сильнее будут межмолекулярные связи и тем большую силу Т нужно приложить, чтобы сдвинуть одно тело относительно другого. Величина силы Т, необходимой для сдвига, определяется по формуле:
где f - коэффициент трения. Он характеризует интенсивность молекулярных связей, зависит от материала трущихся поверхностей и приводится в справочной литературе. Если тело движется в жидкой или газообразной среде (например, в воздухе или в воде) сила трения зависит от скорости тела. Для большинства тел тормозящая сила приблизительно пропорциональна квадрату скорости:
Коэффициент с зависит от геометрических размеров и формы поверхности тела.
|
