Применять законы Ньютона, силы (тяжести, трения, упругости, реакции) и условия равновесия тел.
Диаграмма сил на тело
Все силы, действующие на тело на горизонтальной поверхности
Прежде чем применять второй закон Ньютона, нужно чётко выделить все силы, действующие на тело. На диаграмме показаны четыре характерные силы: вес mg (вниз), реакция опоры N (вверх), внешняя сила F (по горизонтали) и сила трения Fтр (против движения).
Lesson notes
От законов Ньютона до статики
Первый закон Ньютона: тело покоится или движется равномерно прямолинейно, если сумма всех сил равна нулю. Второй закон: ΣF = ma (в проекции на ось). Третий закон: силы взаимодействия двух тел равны по модулю и противоположны по направлению. Сила тяжести F = mg, направлена вертикально вниз. Вес — сила давления тела на опору (реакция опоры N при горизонтальной поверхности равна mg при покое). Сила упругости подчиняется закону Гука: F = kx. Сила трения скольжения Fтр = μN, трения покоя — не превышает μN.
Для наклонной плоскости (угол α): составляющая силы тяжести вдоль плоскости mg·sinα, перпендикулярно — mg·cosα, N = mg·cosα. Закон всемирного тяготения: F = Gm₁m₂/r². Первая космическая скорость: v₁ = √(gR), где R — радиус планеты.
Статика: тело в равновесии, если (1) векторная сумма всех сил равна нулю и (2) сумма моментов сил относительно любой оси равна нулю. Момент силы M = F·d, где d — плечо (перпендикуляр от оси до линии действия силы). Рычаг: F₁·d₁ = F₂·d₂.
Типичные ошибки: не выделить все силы на теле (забыть реакцию опоры или силу трения); неверно выбрать ось разложения; перепутать момент силы (знак зависит от направления вращения); отождествить массу тела (инертность) с весом (силой давления на опору).