Файл: Захарова Е.Д. Физические основы механики курс лекций.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.08.2024
Просмотров: 105
Скачиваний: 1
38
a, следовательно
d A = - F d r = - ? * Ö M r
Цри конечном перемещении частицы о массой Ht вэ точки I в точку а работа определяется Интегралом
Воаж |
Г ж - © С |
,а |
1 ^ = у * • то |
Д |
z r - |
Y ^ t n |
( S 5 ) |
Таким образ ом^ работа сил тяготения выражается формулой (65 j , Потенциальная энергия сил тяготения численно равна работе
w |
^ |
- |
T |
^ |
. |
|
( 8 6 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальное |
значе |
|||
|
|
|
|
|
на* |
потенциальной |
энергии |
|||
|
|
|
|
|
системы, |
соответствующее |
||||
|
|
|
|
|
бесконечно большому |
р а с |
||||
|
|
|
|
|
стоянии ыѳліду частицами, |
|||||
|
|
|
|
|
равно нулю. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Из |
формулы 64г видно, |
|||
|
|
|
|
|
что |
работа в пола |
тяго |
- |
||
|
|
|
|
|
тения нѳ |
зависит |
от |
ціормы |
||
|
|
|
|
|
и длины |
траектории, |
а |
з а |
||
Р и с . 2 1 . |
|
|
|
висит от |
начального |
и |
|
|||
|
|
|
конечного положения |
час |
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
тицы |
с массой і і \ |
, |
|
|
|
формула (66) |
справедлива |
не только |
для |
материальных |
|
|||||
точек, но для шарообразных тел . Пользуясь этой формулой |
мож |
|||||||||
но рассчитать |
потенциальную |
энергию тяготения планет |
и |
Солнца. |
||||||
В поле земного тяготения потенциальная энергия тела выража |
- |
|||||||||
ется аналогичной |
(бб) |
формулой. |
|
|
|
|
|
|||
|
w |
|
= - Y |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
39 |
|
где |
N\ ä |
- |
масса |
Зѳыли, |
|
|
ТП |
- |
масса |
тола, |
|
|
R. |
- |
расстояние от центра Земли.до |
тѳла. |
|
Если |
тало удаляется от |
поверхности Земли, то |
численное |
значение потенциальной энергии убывает, а величина потанци - альной энергии (поскольку она отрицательна) увеличивается. Прирост потенциальной энергии тела, поднятого над поверхностью
Земли |
выражается |
формулой: |
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
R.s |
- |
радиус |
Земли, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
- |
высота |
подъема |
тала. |
|
|
|
|
|
|
|
в с л и ы « а а |
|
, то дѴѴ = Т |
~ # |
= rnqH |
, |
||||||
где |
|
CJ |
= |
У |
|
|
|
(68) - |
есть ускорение |
|||
земного притяжения на поверхности Земли. Потенциальная |
анергия |
|||||||||||
тела, |
поднятого над поверхностью Земли на небольшую высоту |
|||||||||||
по |
сравнению |
с радиусом |
земли, равна |
произведению веса |
тела |
|||||||
на |
высоту подъема. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
§ 5. Закон сохранения и превращения энергии |
|
|
||||||||
|
Одним из фундаментальных законов природы |
является |
закон |
|||||||||
сохранения и превращения энергии. Уют закон формулируется |
||||||||||||
так: в |
изолированной |
системе при |
всех |
явлениях |
природы |
энер |
||||||
гия |
на возникает и |
не |
исчезает, |
а может |
лишь |
переходить |
из |
|||||
одной |
4)ормы в другую или передаваться |
от |
одного тела к |
друг,©1» |
||||||||
му, |
не |
изменяясь |
количественно. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
В применении к механике закон сохранения и превращения |
|||||||||||
энергии утверждает: |
при |
отсутствии превращения |
механической |
анергии в другие формы анергии в изолированной системе под - нал энергия, равная сумме кинетической" и потенциальной энѳр^ гии остается постоянной. Превращение кинетической энергии в потенциальную и обратно происходит в равных количествах
W = ѴѴ^-Н W n = COÎlôt , (69)
40
§ Ѳ. Вычисление космических скоростей
I» Начальная скорость, которую необходимо сообщить телу,
чтобы оно отало искусственным спутником земли, считая его ор биту круговой с радиусомt близким к радиусу Земли, можно вычис лять из условия, что ускорение силы тяжести равно центростре
мительному ускорению,
|
|
|
|
|
|
VÎ |
|
- |
g |
|
|
|
|
|
|
|
U , |
- |
лмцейаая скорость |
иа |
орбите. |
|
|
|
|
|
|||||||
Считая, |
что начальная |
скорость |
Ѵа |
направлена по касатель - |
||||||||||||
ВОЙ к орбите |
|
|
( |
Ѵо^ |
t), |
) , |
получим |
|
|
|
||||||
|
|
V, |
* V |
(J |
R j |
= "/9*81 . 6, 37 . ІО 6 |
« 7 |
І Э І . І О 3 - ^ - |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сек |
|
|
|
|
|
|
ЭТО есть, так называемая, |
первая |
космическая скорость. |
|
|||||||||||||
2« |
Используем |
выражение |
67 для расчета |
минимальной |
ско |
|||||||||||
рости, |
которую |
необходимо |
|
сообщить ракете, |
чтобы она навсегда |
|||||||||||
покинула землю. |
Сопротивление |
воздуха |
ыѳ учитываем. Эта ско |
|||||||||||||
рость |
моквт бить |
вычислена |
из условия, |
что кинетическая |
энергия, |
|||||||||||
сообщенная ракете, |
должна |
превышать |
численное |
значение |
потен |
|||||||||||
циальной |
энергии |
тяготения |
ракеты к земле, |
то |
есть |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
m 1)1 |
|
V |
|
УтГЛь |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
г |
|
* |
|
Яь |
|
|
|
|
|
|
учитывая, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
_ |
Y |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ô |
~~ " —г\^~л |
|
|
|
|
|
(см.уравнѳние öö) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 » |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
получим |
—g- |
|
<^ R -j |
|
, |
откуда находим |
выражение для |
|||||||||
искомой |
скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
t ) a |
= |
V |
a g |
гі^ |
=\}г.9,81.6,37.ю6 |
= и . г . і о 3 — — |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сек |
|
|
|
|
|
|
7) |
-хтл |
_ЁМ_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
41 |
|
|
|
|
|
Это, так называемая, втирая космическая |
скорость, |
|
|
|||||
3» Скорость, аѳобходимая для освобождения межпланетного |
||||||||
корабля от |
совместных |
притяжений |
земли |
и Солнца, |
будет |
больше |
||
V 2 ÇJ R.% |
И при определенном |
направлении |
V |
равна |
около |
|||
І в « 7 с е к " * |
|
|
|
|
|
|
|
|
Эта окорость называется третьей космической |
скоростью. |
|||||||
і\шт |
Ü. п ш ш и в р ш т а ш н о г о чжжя |
АВСШІНІТНО |
||||||
|
|
ТВЕРДОГО |
TBJjA. |
|
|
|
|
|
|
|
(Часть |
I ) |
|
|
|
|
|
§ |
I . Момент силы относительно |
оси |
|
|
|
|||
Опыт показывает, |
что для |
описания |
закономерностей |
вра - |
||||
щательного |
движения абсолютно |
твердого |
тала, |
динамические |
характеристики тела, совершающего поступательной движение (си ла, масса, количество движения), оказываются недостаточными. Во вращательном движении, наряду с ними, Принципиальную роль играет расотояниѳ от тела ИЛИ его частей до оси вращения.
С подобным положением |
мы столкнулись в кинематике |
твер |
|
дого тела; линейные скорости и |
линейные ускорения точек |
а а - |
|
висиди от расстояния их до |
оси |
вращения. |
|
Для установления динамических законов тела, вращающегося около оси вводится физическая величина, называемая моментом силы относительно оси вращения, Допуотим, что твердое тело
(рис.аз) может вращаться вокруг |
некото |
|
||||||||
рой неподвижной оси 00 (фиксируемой под |
|
|||||||||
шипниками), |
для тогOjчтобы |
вызвать вра - |
|
|||||||
щение тела необходимо хотя бы в одной из |
|
|||||||||
его точек приложить внешнюю силу, |
не |
про |
|
|||||||
ходящую |
через |
ось |
и Не параллельную |
ей. |
|
|||||
В точке |
А к |
телу |
приложена |
сила |
|
R. |
|
|
||
Силу |
Я |
разложим |
на две взаимно |
перпен |
|
|||||
дикулярные |
составляющие |
F,/ |
и |
F « |
|
|
||||
Составляющая |
Flt |
направлена параллельно |
Ряс.22. |
|||||||
оси |
вращения. |
Другая составляющая |
F |
ле - |
кит в плоскости перпендикулярной к оси в представляет хфовк-
Зак.І080р