Д.В. Сивухин - Общий курс физики (механика) (1113370), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

Однако Ломоносов (1711 — 17бб) и Лавуазье (1743 — 1794), с именами которых обычно связывают утверждение в науке закона сохранения вещества, пришли к своему открытию на основании опытов по взвешиванию продуктов химических реакций. Поэтому то, что непосредственно доказали эти ученые, есть именно «закон сохранения веса». 2. Ньютон определил массу тела как количество вещества, содержащегося в нем. Такое определение бессодержательно, пока не указано, что следует понимать под «количеством вещества».

Ньютон просто заменил термин «количество вещества» новым термином «масса», не дав ни одному из них точного определения. Однако с ньютоновским определением массы интуитивно связано представление об ее аддитивности. Если, например, две одинаковые гири с массами 1 кг каждая соединить в одну, то «интуитивно ясно», что получится гиря с массой 2 кг, ибо «количество вещества» в двух гирях вдвое больше, чем в одной из них. Интуиция является мощным источником научного творчества.

Но в науке она не может служить доказательством. Доказательство должно основываться на точных определениях и законах природы. Точное определение понятия массы было дано в з 10. Если пользоваться только этим определением, то совсем не очевидно, что масса является величиной аддитивной. Необходимость доказательства этого свойства следует уже из того, что аддитивпость и закон сохранения массы вещества верны лишь приближенно. В самом деле, этот закон мы получили как следствие галилеева прпнцнпа относительности, Но галилеев принцип относительности не есть вполне точный закон природы — он является приблшженныл~ предельным случаем эйнштейновского припи,ипа относительности. Поэтому приведенное выше рассуждение должно быть пересмотрено — в основу его надо положить не галилеев, а эйнштейнов принцип относительности.

Это будет сделано в т. 1Ч при изложении теории относительности. Сейчас же мы ограничимся сообшением основного результата ввиду его фундаментального зна- 105 1 171 О ЗАКОНАХ ТРЕНИЯ 4!О Лт 05 10 вг. 9 1020 Полная масса веществ, участвующих т = 12 + 32 = 44 г. Поэтому 0 5 10-в А>п 05 1О !О !О т 44 в реакциях, равна с1тобы обнаружить взвешиванием изменение массы вещества при химических реакциях, необходима относительная точность измерений не менее 10 'О. Энергетический выход ядерных реакций в миллионы раз больше, чем химических реакций. На ядерных реакциях соотношение между массой и энергией (13.2) подтверждено экспериментально. В ядерной физике и физике элементарных частиц это соотношение играет исключительную роль. 0 17. О ЗАКОНАХ 1РЕНИЯ 1.

В механике обычно имеют дело с силами всемирного тяготения, упругими силами и силами трения. Иногда в механику включаются также задачи на движение электрически заряженных частиц в электрических и магнитных полях. Тогда к указанным силам добавляются еще электромагнитные силы, т. е. силы, которым подвер- чения. Зак<>н сохранения массы в стиром его понимании — сум.ча масс тел до реакции равна сумме л)асс тел после реакции — оказывается невернь)л). Законы сохранения .чассы и энергии, которые в дорелятивистской физике считались двумя независимыми точными законами природы, в релятивистской физике утритили сво>о независимость и были объединены в единый закон сохранения массы — энергии, Всчка» энергия об шдает л)ассой, равной количеству энергии, деленному на квадрат скорости света в вакуул)е.

К такому заключению мы уже пришли в частном случае лучистой энергии !см. конец з 13). В балансе массы должна учитываться не только масса вещества, но и масса выделяющейся или поглощаю- шейся энергии. Во всех процессах природы сумма массы вещества и энергии остается постоянной. То обстоятельство, что в химических реакциях не было обнаружено изменение массы вещества. связано с их относительно очень малым энергетическим выходом. Изменение массы за счет выделения или поглощения энергии столь мало, что его обнару>кение находится за пределами точности измерений. Так, при сгорании 12 г углерода с образованием углекислого газа СО> выделяется около 99 ккал тепла.

В эргах величина равна в=99 4,!9.!О'0 4.10)гэрг. По формуле (13,2) ей соответствует масса 1оь ~гл. и злконы ньютонл жены заряженные частицы со стороны таких полей. Силы всемирного тяготения и упругие силы будут подробно рассмотрены в дальнейшем. Сейчас же мы кратко рассмотрим силы трения.

Заметим при этом, что механика не занимается изучением физической природы действующих сил — эти вопросы рассматриваются в других разделах физики. Поэтому мы здесь совсем не будем затрагивать вопрос о происхождении сил трения, а ограничимся описанием эмпирически найденных зиконов трения. Понятно, что эти вопросы при всей их важности не имеют все же того фундаментального значения, каким характеризуются, например, законы Ньютона, а сами законы трения являются приближениями, часто довольно грубыми.

Упругие силы, силы всемирного тяготения, а также силы притяжения и отталкивания электрически заряженных тел зависят только от конфигурации тел, т. е. от их взаимного расположения, но не от их скоростей. Силы трения, помимо конфигурации, зависят еще от относительных скоростей тел, между которь|ми они действуют.

Силы трения могут действовать между соприкасающимися телами или их частями как при их относительном движении, так и при их относительном покое. Трение называется внеигним, если оно действует между различными соприкасающимися телами, не образую- шими единого тела (например, трение между бруском и наклонной плоскостью, на которой он лежит или с которой он соскальзывает). Если же трение проявляется между различными частями одного и того же тела, например между различными слоями жидкости или газа, скорости которых непрерывно меняются от слоя к слою, то трение называется внутреннизе Впрочем, разделение трения на внутреннее и внешнее носит условный характер.

Если соприкасающиеся тела объединить в одну механическую систему, то трение, которое ранее рассматривалось как внешнее, становится внутренним. Трение, испытываемое твердым телом при движении в жидкости (нли газе), есть внутреннее трение в жидкости, а не внешнее трение между жидкостью н твердым телом. Действительно, опыт показывает, что слои жидкости илн газа, непосредственно примыкающие к поверхности тела, прилипают к ней н движутся вместе с телом, а трение возникает в окружающей среде между различными слоями ее, соприкасающимися друг с другом. Трение между поверхностью твердого тела н окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой оно движется, а также трение между различными слоями такой среды, называется вязким. Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки (смазки) называется сухим. Применительно к этому случаю, когда соприкасающиеся тела движутся друг относительно друга, различают трение скальжшщя н трение качения.

2. Рассмотрим сначала законы сухого трения. Такое трение возникает не только при скольжении одного тела по поверхности другого, но и при всякой попытке вызвать такое скольжение. В последнем слу- 107 З 171 О ЗАКОНАХ ТРРНИЯ чае трение называется трением покоя или трепнем сцепления. Наличие трения покоя — характерная особенность сухого трения. В более общем смысле, безотносительно к тому, между какими телами возникает трение, оно называется еухил1, ес- 1 ли силы трения не исчезают при обращении в нуль относительных скоростей соприкасаю- С шихся тел. В противоположном случае тре- 1т ние называется жидким.

Положим тяжелый брусок на поверхность горизонтального стола и (рис. 27), В состоянии покоя вес бруска Р уравновешен силой нормального давления 1'вс. 27 с которой на брусок действует стол (Р = 7"„). Приложим затем к бруску горизонтальную силу 7", лежащую в вертикальной плоскости, проходящей через его центр масс, как можно ближе к поверхности стола, чтобы предотвратить опрокидывание бруска, когда он придет в движение. Опыт показывает, что если сила 7" не превосходит некоторой определенной величины Ув (7 < 7'0), то брусок не приходит в движение.

Отсюда следует сделать вывод, что на брусок со стороны стола действует равная и противоположно направленная сила 7гг, уравновешивающая силу У. Это и есть сила трения, а именно трения покоя. Такая же сила трения, но в противоположном направлении, действует на поверхность стола со стороны бруска. Сила трения покоя автоматически принимает значения, равные внеш- Р ней силе 7". Максимальное значение силы У О трения покоя равно Ув. Допустим теперь, что брусок скользит по поверхности стола со скоростью ш При Р равномерном движении действующая сила 7" по-прежнему уравновешивается си- -У о лой 7',Р.

Характеристики

Список файлов книги