Что такое диссипативные силы

Механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними.

Связь работы консервативных сил и потенциальной энергии

Работа консервативных сил не зависит от траектории и по любому замкнутому пути равна нулю 9.4. Изменение потенциальной энергии, равное по величине работе, тоже не будет зависеть от траектории и по любому замкнутому пути будет равным нулю. Следовательно, запас потенциальной энергии, как возможной работы консервативных сил, определяется только начальной и конечной конфигурациями системы.

Работа консервативных сил при элементарном (бесконечно малом) изменении конфигурации системы равна приращению потенциальной энергии, взятому со знаком «минус», так как работа совершается за счет убыли потенциальной энергии.

Характерные особенности потенциальной энергии

,(С — постоянная интегрирования).

Потенциальная энергия определяется с точностью до некоторой произвольной постоянной. Это, однако, не отражается на физических, законах, так как в них входит или разность потенциальных энергий в двух положениях тела, или производная П по координатам. Поэтому потенциальную энергию тела в каком-то определенном положении считают равной нулю (выбирают нулевой уровень отсчета), а энергию тела в других положениях отсчитывают относительно нулевого уровня.

Связь между консервативной силой и потенциальной энергией

Для консервативных сил , или в векторном виде F = – grad П.

[— градиент скаляра П (i, j, k — единичные векторы координатных осей)]

Примеры вычислений потенциальной энергии. Полная энергия_

Конкретный вид функции П зависит от характера силового поля.

Это выражение вытекает из того, что потенциальная энергия равна работе силы тяжести при падении тела с высотыh на поверхность Земли.

Высота h отсчитывается от нулевого уровня, для которого П = 0, g — ускорение свободного падения.

Поскольку начало отсчета выбирается произвольно, то потенциальная энергия может иметь отрицательное значение (кинетическая энергия всегда положительна!). Если принять за нуль потенциальную энергию тела, лежащего на поверхности Земли, то потенциальная энергия тела, находящегося на дне шахты (глубина Л’), П = –mgh‘.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела (пружины)

Это выражение получается из того, что работа силы при деформации пружины идет на увеличение потенциальной энергии пружины.

Полная работа .

[k — коэффициент упругости (для пружины — жесткость); F_{х упр}=- kx – проекция силы упругости на ось х; F_{х упр}направлена в сторону, противоположную деформации x. По третьему закону Ньютона деформирующая сила равна по модулю силе упругости и противоположно ей направлена]

Полная механическая энергия системы___Энергия механического движения и взаимодействия, т. е. равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

Консервативные и диссипативные силы. Закон сохранения механичсекой энергии. Условие равновесия механической системы.

Консервати́вные си́лы (потенциальные силы) — силы, работа которых не зависит от формы траектории (зависит только от начальной и конечной точки приложения сил)

Читать еще: Как заблокировать контакт в Вайбер

Консервативные силы — такие силы, работа по любой замкнутой траектории которых равна 0.

работа консервативных сил по произвольному замкнутому контуру равна 0;

Силу , действующую на материальную точку, называют консервативной или потенциальной, если работа , совершаемая этой силой при перемещении этой точки из произвольного положения 1 в другое 2, не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло:

Изменение направления движения точки вдоль траектории на противоположное вызывает изменение знака консервативной силы, так как величина меняет знак. Поэтому при перемещении материальной точки вдоль замкнутой траектории , например , работа консервативной силы равна нулю .

Примером консервативных сил могут служить силы всемирного тяготения, силы упругости, силы электростатического взаимодействия заряженных тел. Поле, работа сил которого по перемещению материальной точки вдоль произвольной замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным.

Диссипативные силы – силы, при действии которых на движущуюся механическую систему её полная механическая энергия убывает, переходя в другие, немеханические формы энергии, например в теплоту.

пример диссипативных сил: сила вязкого или сухого трения.

Закон сохранения механичсекой энергии:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Замкнутая система- это система, на которую не действуют внешнии силы или из действие скомпенсировано.

Условие равновесия механической системы:

Статика – раздел механики, изучающмй условия равновесия тел.

Чтобы невращающееся тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы равнодействующая всех сил, приложенных к телу, была равна нулю.

Если тело может вращаться относительно некоторой оси, то для его равновесия недостаточно равенства нулю равнодействующей всех сил.

Правило моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю: M1 + M2 + . = 0.

Длина перпендикуляра, проведенного от оси вращения до линии действия силы, называется плечом силы.

Произведение модуля силы F на плечо d называется моментом силы M. Положительными считаются моменты тех сил, которые стремятся повернуть тело против часовой стрелки.

Билет 8.

Кинематика вращательно движения твердого тела. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми характеристиками. Кинетическая энергия вращательного движения.

Для кинематического описания вращения твердого тела удобно использовать угловые величины: угловое перемещение Δφ, угловую скорость ω

В этих формулах углы выражаются в радианах. При вращении твердого тела относительно неподвижной оси все его точки движутся с одинаковыми угловыми скоростями и одинаковыми угловыми ускорениями. За положительное направление вращения обычно принимают направление против часовой стрелки.

Читать еще: От чего принимают лоперамид

Вращательно движение твердого тела :

1) вокруг оси – движение, при котором все точки тела, лежащие на оси вращения, неподвижны, а остальные точки тела описывают окружности с центрами на оси;

2) вокруг точки – движение тела, при котором одна его точка О неподвижна, а все другие движутся по поверхностям сфер с центром в точке О.

Кинетическая энергия вращательного движения.

Кинетическая энергия вращательного движения – энергия тела связанная с его вращением.

Разобьем вращающееся тело на малые элементы Δmi. Расстояния до оси вращения обозначим через ri, модули линейных скоростей – через υi. Тогда кинетическую энергию вращающегося тела можно записать в виде:

Физическая величина зависит от распределения масс вращающегося тела относительно оси вращения. Она называется моментом инерции I тела относительно данной оси:

В пределе при Δm → 0 эта сумма переходит в интеграл.

Таким образом, кинетическую энергию твердого тела, вращающегося относительно неподвижной оси, можно представить в виде:

Кинетическая энергия вращательного движения определяется моментом инерции тела относительно оси вращения и его угловой скоростью.

Билет 9.

Дата добавления: 2018-10-26 ; просмотров: 620 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Диссипативные силы – это какие? Определение, примеры, общие сведения

В физике существует такое понятие как “сила”. Оно является простым, но достаточно емким. В курсе физики в школьной программе различают консервативные и диссипативные силы. Или потенциальные и непотенциальные. Для того, чтобы ориентироваться в этих понятиях, знать их различия, примеры, ответить на вопрос: “Диссипативные силы – это что?” – необходимо подробнее изучить данную тему.

Что это такое?

С точки зрения физики как науки о материи и общих законах природы, сила – это одна из физических величин, она характеризует воздействие на исследуемое тело другими телами. Существует множество различного рода сил. Электромагнитная, гравитационная, центробежная, межмолекулярная и т. д. Однако существует классификация сил, которая учитывает в качестве характеристики для разделения работу силы.

Диссипативные силы – это разновидность сил, у которых работа является зависимой от перемещения тела, точнее от траектории этого движения. При этом механическая энергия этого тела переходит в немеханическую. Работа консервативных сил не зависит от траектории движения тела, она равна нулю. Диссипативные силы – это непотенциальные силы, а консервативные – потенциальные.

Что же такое немеханические и механические формы энергии? Чем они отличаются друг от друга?

Формы энергии

Энергией в физике называют характеризующую формы движения и взаимодействия материи величину, которая также является характеристикой перехода движения материи из одной формы в другие. Существуют такие понятия как потенциальная (энергия покоя, т. е. энергия, которой обладает тело, находящееся в состоянии покоя) и кинетическая энергия (энергия движения, т. е. энергия тела, находящегося в движении), которые в сумме образуют полную механическую энергию. Что представляют собой немеханические формы? Такую энергию, которая не зависит от движения и положения исследуемого тела. Наиболее известным примером немеханической энергии является тепловая энергия, которая характеризуется нагреванием/охлаждением тел.

Читать еще: Как составить портфолио фотографа

Трение при скольжении

Примерами диссипативных сил могут быть различные силы, в результате работы которых энергия тела из механической переходит в немеханические формы энергии. Наиболее емким примером диссипативных сил является та, которая возникает между телами, которые взаимодействуют друг с другом, при условии их движения друг относительно друга. То есть сила трения скольжения, в результате которой тела, между которыми изучается взаимодействие, нагреваются, то есть механическая энергия переходит в тепловую. Существует несколько типов трения скольжения:

Сухое – между поверхностями взаимодействующих тел нет смазочной прослойки (жидкая, газообразная, твердая).
Сухое с сухой смазкой – между взаимодействующими телами в качестве твердой смазки присутствует графитовый порошок.
Жидкостное – между взаимодействующими телами в качестве смазки присутствует слой жидкости или газа различной толщины.
Смешанное – между взаимодействующими телами в качестве смазки присутствует слой, содержащий в себе и сухую, и жидкую смазку.
Граничное – между взаимодействующими телами присутствует прослойка различной природы (например, окисные пленки).

Также существует разделение на внутренние (взаимодействуют слои одного тела) и внешние (взаимодействие между различными телами) силы трения.

Сопротивление воздуха

Частным случаем сил трения является сила аэродинамического сопротивления воздуха. Данная сила имеет прямую зависимость от скорости движения тела. Точнее, ее квадрата относительно воздуха. Кроме пропорциональности квадрату скорости, сила сопротивления воздуха зависит от площади поверхности тела, плотности самого воздуха, а также от коэффициента аэродинамического сопротивления. Аэродинамическое сопротивление не зависит от массы тела.

Иными словами, аэродинамическое сопротивление воздуха – это своего рода сила трения между воздухом и телом, движущимся в воздухе (автомобиль, самолет и т. д.), которая характеризуется коэффициентом сопротивления, площадью поверхности тела (фронтальной), квадратом скорости этого тела и плотностью воздуха.

Диссипативные силы – это.

В большинстве случаев механическая энергия переходит именно в тепловую. Поэтому и примером основным служат силы трения скольжения. Сила сопротивления воздуха и силы вязкого или сухого трения также являются примерами. Большинство систем, окружающих нас, являются диссипативными. Поэтому важно знать, что такое диссипативные силы, их примеры.

Источники:

http://studfile.net/preview/4415418/page:8/

http://studopedia.net/9_29487_konservativnie-i-dissipativnie-sili-zakon-sohraneniya-mehanichsekoy-energii-uslovie-ravnovesiya-mehanicheskoy-sistemi.html

http://fb.ru/article/382743/dissipativnyie-silyi—eto-kakie-opredelenie-primeryi-obschie-svedeniya