Принцип незалежності дії сил

Ядро класичної механіки, поряд з трьома законами динаміки, становить ряд принципів. Вони служать для уточнення основних законів і показують, яким чином ці закони слід застосовувати в тому чи іншому випадку.

Одним з основних принципів класичної механіки є принцип незалежності дії сил або принцип суперпозиції (від лат. Super – понад, над і positio – становище). Згідно з цим принципом, якщо на тіло одночасно діють кілька сил, то кожна з них повідомляє тілу таке ж прискорення, яке вона повідомляла б, якби діяла одна. Результат одночасної дії декількох сил на тіло можна отримати, використовуючи поняття рівнодіючої сили.

Рівнодіюча сила дорівнює векторній сумі сил, одночасно діючих на тіло.

Наприклад, вантаж маятника настінного годинника в крайній точці своєї траєкторії знаходиться під дією, щонайменше, двох сил – сили тяжіння і сили пружності стрижня (рис. 35). Рівнодіюча цих сил змушує вантаж почати рух у бік положення рівноваги. Від рівнодіючої сили залежатиме і те, хто з беруть участь у боротьбі за м’яч футболістів, одночасно ударяющих по м’ячу з протилежних сторін, виграє єдиноборство: м’яч буде рухатися в тому напрямку, в якому його буде штовхати велика по модулю сила (рис. 36).

У реальних ситуаціях на будь-яке тіло завжди діють кілька сил. Це необхідно мати на увазі, формулюючи закони Ньютона.

Так, у другому законі Ньютона мова йде саме про рівнодіючої силі, і математично цей закон точніше записати наступним чином:

Поняття рівнодіючої сили дозволяє уточнити формулювання першого закону Ньютона. Справа в тому, що реальних ситуацій, коли на тіло не виявлялося б вплив, не існує. Тому ізольоване тіло – тіло, на яке не виявляється зовнішній вплив, – це ще одна модель класичної механіки. Однак тіло можна вважати ізольованим, якщо рівнодіюча діючих на нього сил дорівнює нулю. З урахуванням цього перший закон Ньютона можна сформулювати таким чином:

існують системи відліку, щодо яких тіло зберігає стан рівномірного прямолінійного руху або спокою, якщо рівнодіюча сил, що діють на це тіло, дорівнює нулю.

Розглянемо рівномірний прямолінійний рух літака. На літак діють чотири сили (рис. 37, а): сила тяжіння, підйомна сила, сила тяги двигуна, і сила опору повітря. Векторна сума цих сил, т. Е. Рівнодіюча сила, дорівнює нулю: горизонтально і вертикально спрямовані сили попарно компенсують один одного, а отже, відповідно до першого закону Ньютона, тіло не буде змінювати швидкість.

Для того щоб літак збільшив швидкість, пілот збільшує силу тяги, і сила опору повітря перестає її компенсувати (рис. 37, б). У такій ситуації рівнодіюча вже не дорівнює нулю, і літак рухається прискорено.

Посилання на основну публікацію