3. Момент силы. Плечо действия силы. Правило моментов. Примеры: равноплечие весы, лебедка.

Произведение модуля силы на плечо d называется моментом силы M. Положительными считаются моменты тех сил, которые стремятся повернуть тело против часовой стрелки (рис. 1.14.2).

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.

В Международной системе единиц (СИ) моменты сил измеряются в ньютон- метрах (Н∙м).

Рисунок 1.14.2.

Силы, действующие на рычаг, и их моменты. M₁ = F₁ · d₁ > 0; M₂ = – F₂ · d₂ < 0. При равновесии M₁ + M₂ = 0.

В общем случае, когда тело может двигаться поступательно и вращаться, для равновесия необходимо выполнение обоих условий: равенство нулю равнодействующей силы и равенство нулю суммы всех моментов.

Билет № 22.

1. Работа силы тяжести. Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести. Независимость работы силы тяжести от формы траектории. Работа силы тяжести на замкнутой траектории.

Работа – это физическая величина, которая характеризует процесс перемещения тела с точки зрения энергозатрат.

А

A = FScos

[А] = Дж

A = FScos

= 90⁰

h₂ – h₁

h₂ – mgh₁ )

_p

_p = mgh

Величину, равную произведению массы тела m на ускорение свободного падения g и высоту h тела над поверхностью Земли, называют потенциальной энергией взаимодействия тела и Земли.

W_p

_p = mgh

[W_p] = Дж

Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположном знаком. A = - (W_p2 - W_p1 ) = - W_p

Из выражения h₂ – mgh₁ ) видно, что работа силы тяжести определяется лишь изменением высоты h₂-h₁ тела над поверхностью Земли, но не зависит от перемещения его в горизонтальном направлении. Это справедливо не только для работы при перемещении тела вдоль прямой, но и для работы на произвольном участке.

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории и определяется только начальным и конечным положением тела.

На замкнутой траектории работа силы тяжести нулю, так как изменение потенциальной энергии при этом равна 0.

Именно независимость работы силы тяжести от формы траектории, по которой перемещается тело, позволяет ввести понятие потенциальной энергии.

2. Звуковые волны. Скорость распространения звука в разных средах. Характеристики звука: высота, громкость, тембр, тон. Энергия звуковой волны. Эхо.

Еще одним видом движения являются волны. Отличительной особенностью этого движения, делающей его уникальным, является то, что в волне распространяются не сами частицы вещества, а изменения в их состоянии (возмущения).

Среда называется упругой, если между ее частицами существуют взаимодействия, препятствующие какой-либо деформации этой среды.

Если какое-либо тело совершает колебания в упругой среде, то оно воздействует на частицы среды, прилегающие к телу, и застав­ляет их совершать вынужденные колебания. Среда вблизи колеб­лющегося тела деформируется и в ней возникают упругие силы. Эти силы действуют на все более удаленные от тела частицы среды, выводя их из положения равновесия. Постепенно все частицы среды вовлекаются в колебательное движение.

Волнами называются всякие возмущения состояния вещества или поля, распространяющиеся в пространстве с течением времени.

Упругими волнами называются механические возмущения (деформации), которые распространяются в упругой среде. Тела, вызывающие эти возмущения в среде, называются источниками волн. Упругие волны называются звуковыми или акустическими, если соответствующие им механические деформации среды имеют малые амплитуды.

Звуковые волны с частотами от 16 до 2*10⁴ Гц воздействуют на органы слуха человека, вызывают слуховые ощущения и называются слышимыми звуками. Звуковые волны с частотами менее 16 Гц называются инфразвуками, а с частотами более 2*10⁴ Гц – ультразвуками.

Восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны.

Шумами называются звуки, образующие набор частот, непрерывно заполняющих некоторый интервал.

Музыкальные звуки обладают линейчатым спектром частот;  им соответ­ствуют периодические или почти периодические колебания.

Каждая синусоидальная звуковая  волна называется тоном.

Тембр – это качество звука, которое придаёт индивидуальную окраску голосу человека или звучанию инструмента.

Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон.

Громкость звука зависит от интенсивности звука, т.е. определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью органы слуха обладают к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц.

Порогом слышимости называется   наименьшая интенсивность звуковой   волны,   которая  может  быть  воспринята органами слуха. Стандартный  порог  слышимости  принимается равным 10^-12Вт/м² при частоте ₀ = l кГц.

Как и всякая волна, звуковая волна характери­зуется скоростью распространения колебаний в ней. С длиной волны λ, и частотой колебаний υ скорость v связана  форму­лой:

.

Скорость звука различна в раз­личных средах (веществах). Так, например, скорость звука в воздухе 340м/с, в воде -1450 м/с, а в стали – 4500 м/с. При переходе звука из одной среды в другую меняется длина волны и скорость распространения волны, а частота не меняется. Громкость звука определяется амплитудой его колебаний, а высота звука – частотой колебаний. Законы распространения звука и его особенности изучаются в особом разделе физики – акустике.

Эхо – это звуковая волна, отражённая какой-либо преградой и возвратившаяся в то же место, откуда она начала распространяться.