👀Публикация статей проекта CSI BASE возобновится уже сегодня.

🤫В ближайшие дни нами будет опубликовано 10 последующих статей раздела "Физика в робототехнике", после чего они сразу же будут доступны на нашем сайте.

🙂Извиняемся за задержку, связанную с доработкой комплекса статей.

👀В инерциальной системе отсчета тело движется с постоянной скоростью, если на него не действуют другие тела. Если такие действия есть, то скорость меняется – тело приобретает определенное ускорение. Это воздействие тел друг на друга характеризуется новой физической величиной – силой

🤫Количественную меру действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорения, называют в механике силой. Сила, которая действует на тело, может изменить скорость как всего тела, так и отдельных его частей. Например, если сильно надавить пальцами на резиновый мяч или пластилин, то тело сожмётся, изменит свою форму, при этом его поверхность ненадолго приобретёт скорость, направленную внутрь. Такое изменение формы и/или размеров тела называют деформацией.

⛔️Важно понимать, что понятие силы относится к двум телам, а не к одному и не ко многим. Всегда можно указать тело, на которое действует сила, и тело, со стороны которого эта сила проявляется.

⚠️Сила является векторной величиной.  Она имеет определенную величину, направление действия в пространстве и точку приложения. К слову, в физике выделяют 4 вида взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильные (ядерные) и слабые (при радиоактивном распаде).

📍Сила обозначается латинской буквой F, а измеряется в ньютонах [H] — в честь великого английского ученого Исаака Ньютона. 

❓Чтобы рассматривать силу как физическую величину, её необходимо уметь измерять. Но возникает вопрос: как, например, при поднятии гантели могут быть связаны наша мускульная сила и сила, с которой Земля притягивает этот объект, ведь их природа различна? Ответ прост: если вы держите данный объект на весу, ничто не мешает утверждать, что ваша мускульная сила равна по модулю и противоположна по направлению силе тяжести, действующей на этот объект со стороны Земли.

‼️Две силы, независимо от их природы, считаются равными по модулю и противоположно направленными, если их совместное действие на тело не меняет его скорость.

🤫Для измерения силы на практике применяют пружину, проградуированную на различные значения силы, — динамометр. Принцип его работы основан на том, что сила упругости пружины в определённых пределах прямо пропорциональна её деформации. Таким образом, по длине растянутой пружины можно судить о значении силы. (мы подготовили отдельную статью по закону Гука)

💡В большинстве случаев на тело действует не одна, а несколько сил одновременно. Например, на движущийся по столу брусок могут действовать сила тяжести, сила нормальной реакции опоры, сила трения и сила тяги (в скором времени будут опубликованы отдельные статьи по данным видам сил).

Чтобы понять, как все эти силы совместно влияют на движение тела, нужно уметь находить результирующую силу — векторную сумму всех сил, приложенных к телу.

Результирующая сила F ⃗ — это единственная сила, действие которой на тело эквивалентно совместному действию всех приложенных к нему сил.

Сложение сил — это векторное сложение. Оно подчиняется геометрическим правилам сложения треугольником или параллелограммом:

F(рез.) ⃗= F1 ⃗+ F2 ⃗ +⋯+ Fₙ ⃗ 

Если силы перпендикулярны, то для нахождения модуля результирующей силы можно использовать теорему Пифагора:

F(рез.) = √(F1^2 + F2^2)

❓Ускорение тела определяется действующими на него силами. В данной статье мы постараемся ответить на вопрос: «Как зависит ускорение тела от действующих на него сил?»

💡Пиная мяч во время игры в футбол, легко заметить, что при увеличении силы удара мяч летит быстрее. Аналогично, толкая тележку в супермаркете, можно сделать вывод: чем больше сила, приложенная к тележке, тем быстрее она разгоняется и тем большую скорость приобретает со временем.

🤫Нам известно, что ускорение характеризует быстроту изменения скорости. На основе таких простых наблюдений можно заключить: ускорение прямо пропорционально силе — чем больше сила, тем большее ускорение получает тело.

👀Если на тело одновременно действуют несколько сил, то модуль ускорения будет пропорционален модулю геометрической суммы всех сил, то есть результирующей силы.

🙂Нетрудно догадаться, что векторы a (ускорения) и F (силы) лежат на одной прямой и направлены в одну и ту же сторону.

👀Согласно механике Ньютона, сила определяет ускорение тела, но ни в коем случае не его скорость. Сила задаёт то, как быстро она изменяется, однако для того чтобы тело приобрело определённую скорость, требуется время. Это важно ясно понимать.

❓Ускорение в механике возникает одновременно с началом действия силы, но сама скорость изменяется постепенно — увеличивается или уменьшается с течением времени. Какой бы большой ни была сила, она не способна мгновенно сообщить телу значительную скорость. Для этого необходимо определённое время. Именно в этом контексте говорят о том, что тела обладают инертностью.

🤫Убедиться в этом можно на простом примере. Представим массивный шар, подвешенный на тонкой нити, к которому снизу привязана точно такая же нить. Если медленно тянуть за нижнюю нить, то порвётся верхняя. Это вполне очевидно: на неё действует вес шара и наша собственная сила.

💡Однако если резко дёрнуть за нижнюю нить, то оборвётся именно она. На первый взгляд это кажется странным, но данный феномен легко объясняется.

❓При резком рывке шар получает определенное ускорение, но его скорость не успевает заметно измениться, в то время как нижняя нить испытывает резкое растяжение и мгновенно обрывается, а верхняя нить растягивается мало и остаётся целой.

⚠️Таким образом, скорость тела всегда изменяется под действием силы, но для этого изменения необходимо время.

👀Ускорение тела определяется действием на него других тел, однако оно зависит и от свойств самого тела. Очевидно, к примеру, что пустую коробку толкать куда легче, чем тяжёлую.

⚠️Таким образом, модуль ускорения тела зависит не только от прилагаемой к нему силе, но и от свойств самого тела. Отсюда следует, что необходимо ввести новую физическую величину для описания свойств тела - массу.

💡Прямая пропорциональность между модулями ускорения и силы, означает, что отношение модуля силы к модулю ускорения является постоянной величиной.

F / a = const (константа)

❓Нагружая тележку гирями, можно заметить, что чем больше в ней гирь, тем медленнее она набирает скорость, то есть тем меньше ее ускорение.

🤫Величину F/a, равную отношению модуля силы к модулю ускорения, называют массой (инертной массой) тела. Масса - основная динамическая характеристика тела, количественная мера его инертности, т.е способности тела приобретать определенное ускорение под действием какой-либо силы. Измеряется данная физическая величина в килограммах.

🥸Если измерить массы тела трёх тел, а затем соединить их воедино, то получится очевидное равенство:
m(общая масса) = m1 + m2 + m3

🙂Стоит отметить, что утверждение механики Ньютона о постоянстве массы тела, к слову, является не совсем точным. Данное приближение работает в случаях, когда скорость тела во много раз меньше скорости света.

👀Введя понятие массы, можно сформулировать второй закон Ньютона: произведение массы тела на его ускорение равно действующей на него (результирующей) силе.

Формула имеет вид: F = m·a

🤫Эта лаконичная запись выражает один из фундаментальных законов природы, которому с высокой точностью подчиняются движения как мельчайших частиц, так и огромных небесных тел.

⚠️Если на тело не действуют силы или их векторная сумма равна нулю, то тело движется равномерно и прямолинейно либо покоится (ускорение равно нулю). При этом важно понимать, что первый закон Ньютона не является следствием второго: первый вводит понятие инерциальной системы отсчёта, а второй применим именно в таких системах.

❓Следует учитывать, что вектор ускорения всегда направлен в сторону результирующей силы. Чем больше сила при данной массе, тем больше ускорение; и наоборот — при большей массе одно и то же усилие вызывает меньшее ускорение.

💡Второй закон Ньютона справедлив в инерциальных системах отсчёта и при скоростях, значительно меньших скорости света. При движении с околосветовыми скоростями необходимо использовать его релятивистское обобщение в рамках специальной теории относительности Эйнштейна.