Теоретическая механика. Предмет и его место в ряду других наук. Структура механики, страница 35

.                                                                                                                    (21.2)

Зависимость (21.2) называют законом изменения силы. В ряде случаев сила зависит от одного из своих аргументов. Примером силы, зависящей от положения точки, является сила всемирного тяготения; силы, зависящей от скорости – сила сопротивления среды (воздуха, воды и т.п.), силы, зависящей от времени – периодическая сила, вызывающая вибрацию электродвигателя.

Измерение силы производится статическими и динамическими методами. Статический метод основан на уравновешивании измеряемой силы другой, заранее известной. Он осуществляется с помощью прибора, называемого динамометром. Обычно им служит пружинный динамометр. По растяжению пружины, отмеченному на шкале прибора, и определяется величина растягивающей силы. Градуировка шкалы осуществляется с помощью эталона силы. За эталон принимают 1 килограмм – вес на уровне моря и на широте  платиново-иридиевого образца. Динамический же метод измерения силы основан на использовании законов динамики.

Хотя сила и служит важным понятием механики, она не является необходимым элементом всякой механической теории. Вместо силы за основное понятие можно взять энергию (как поступают в аналитической механике). Можно вообще устранить силу из числа основных понятий (как это сделано в механике Г.Герца). Тем не менее представление о силах является привычной и удобной формой описания взаимодействия материальных тел. Этим и объясняется широкая распространенность механических теорий, оперирующих силовыми категориями.

2°. Гравитационная масса.

С помощью эталона силы можно ввести и внутреннюю характеристику тела. Использование динамометра для измерения веса в различных точках земной поверхности показало его зависимость от широты  места. Вес  слегка возрастал при движении от экватора к полюсу.

С другой стороны, измерение ускорения  свободного падения тел о небольших высот показало, что оно на заданной широте одинаково для всех тел и зависит только от широты: , несколько возрастая при смещении от экватора к полюсу.

Сопоставление результатов измерений весов тел и ускорений их свободного падения дало возможность установить следующий фундаментальный факт: отношение веса на данной широте к ускорению свободного падения на той же широте не зависит от широты места и характеризует само тело. Это отношение называют массой тела и обозначают через :

.                                                                                                             (21.3)

Определенную таким образом массу тела называют гравитационной. Масса является скалярной, существенно положительной величиной . Она является важной (для материальной точки – единственной) характеристикой тела. При объединении двух тел (с массами ) в одно тело, его масса  равна сумме составляющих масс: .

Сила и масса являются основными понятиями динамики; все другие зависящие от них величины называют динамическими в отличие от кинематических величин, зависящих от расстояний и времени.

22. Основные законы механики.

1°. Инерциальные системы отсчета.

В механике всякое движение тела рассматривается относительно определенной системы отсчета. С кинематической точки зрения выбор этой системы не является существенным, ибо в каждой из них способы описания движения тела одни и те же.

В динамике дело обстоит иначе. Основной задачей динамики является установление законов, управляющих движением тел. Опыт показывает, однако, что эти законы в различных системах отсчета вообще различны. Естественно поэтому отдать предпочтение тем из них, где законы движения имеют наиболее простой вид. Принимается, что такими системами являются так называемые инерциальные системы отсчета, в которых не подверженное действию сил тело движется равномерно и прямолинейно (т.е. по инерции). Именно в таких системах формулируются основные законы механики.