§ 4. Приложение основного закона механики к ускоренному прямолинейному движению

Ниже приводится несколько элементарных примеров, иллюстрирующих физическое содержание основного закона механики: геометрическая сумма сил, действующих на тело, равна произведению массы тела на ускорение и направлена вдоль ускорения.

Горизонтальное движение под действием постоянной силы.

Двигатель толкает вагонетку, находящуюся на рельсах. На

вагонетку действуют в противоположные стороны две силы: сила трения со стороны рельсов и упругая сила действующая со стороны двигателя на вагонетку. Если эти две силы равны, то вагонетка движется равномерно. Если же вагонетка ускоряется, то результирующая сила должна быть направлена вдоль а. Следовательно, для создания ускоренного движения сила, действующая со стороны двигателя должна быть больше силы трения. Разность этих сил и есть результирующая сила, которая, согласно основному закону механики, равна произведению массы на ускорение. Итак,

Сила трения есть результат взаимодействия рельсов с вагонеткой. Следовательно, парная к сила приложена к рельсам Сила, составляющая пару с — это сила с которой вагонетка действует на двигатель.

Сила есть сила сопротивления, преодолеваемая двигателем (испытываемая им, действующая на него). Эта сила ощущалась бы мускулами человека, если бы он выполнял роль двигателя. Как видно, сила сопротивления складывается из двух слагаемых: силы трения и величины — которую уместно назвать инерционным сопротивлением. Инерционным сопротивлением называют всегда существующую силу, действующую на ускоряющее тело, равную та и направленную в сторону, противоположную ускорению. Инерционное сопротивление может быть и единственной силой, действующей на ускоряющее тело, как, например, в данном случае, если бы трение отсутствовало.

Рассмотрим другой пример горизонтального движения под действием постоянной силы. Груз, являющийся предметом рассмотрения, положен на движущуюся вагонетку с бортом (рис. 7).

Рис. 7.

Если бы борта не было, то при ускоренном движении груз мог бы соскользнуть с пола вагонетки. Судьба груза зависит от взаимодействия пола вагонетки с грузом. Это взаимодействие заключается лишь в трении. Вагонетка движется с небольшим ускорением а. Сила, действующая на груз, т. е. сила трения, должна равняться

Но сила трения покоя не может быть как угодно большой, она меньше некоторой величины Если

то движение с ускорением а становится невозможным и груз соскальзывает с вагонетки. Если бы трения между грузом и дном вагонетки не было, то груз не сдвинулся бы с места: вагонетка уходила бы из-под груза. Допустим теперь, что у вагонетки имеется борт. Тогда соскальзывание груза прекратится, как только он придет в соприкосновение с бортом. Теперь борт тянет груз с силой Сила, составляющая пару с движущей, — это инерционное сопротивление, испытываемое бортом. Оно также равно та, направлено в сторону, обратную ускорению, и приложено к борту.

Числовые примеры сил. Сила, ускоряющая легковой автомобиль, ньютонов сила, сообщающая массе ускорение Сила тяги реактивного двигателя современного самолета Сила тяги тепловоза