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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

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

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,

 

 

 

 

 

 

 

-

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.

 

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