Динамика — раздел механики, изучающий законы и причины, вызывающие движение тела, т.е. движение материальных тел под действием приложенных к ним сил. В механике имеют дело с тремя типами сил: силы тяготения, силы упругости и силы трения. Сила измеряется в ньютонах [Н].

Сила тяжести

Сила тяжести — это сила, с которой планета притягивает к себе тела, находящиеся на поверхности или вблизи неё. Сила тяжести направлена к центру планеты (вниз) и равна произведению массы тела m на ускорение свободного падения g:

$F_{\text{тяжести}} = mg$

F тяжести — сила тяжести, [Н];

m — масса тела, [кг];

g — ускорение свободного падения, [Н/кг] или [м/c2].

Таким образом, данная сила действует на любой объект, обладающий массой, и мы постоянно ощущаем действие этой силы на себе. Ускорение свободного падения не зависит от массы тела, вблизи Земли g≈10м/c2. Например, на человека массой 60 кг действует сила тяжести, равная 600Н.

Вес тела и реакция опоры.

Вес тела — это сила, с которой тело действует на опору или растягивает подвес. В свою очередь со стороны опоры на тело действует сила реакции опоры. Сила реакции опоры равна по модулю весу тела и противоположна по направлению. Подвес действует на тело с силой натяжения подвеса, равной по модулю весу тела и противоположной по направлению. В состоянии невесомости вес тела равен нулю.

$\overrightarrow{P} \overrightarrow{T} \overrightarrow{N} \\ \overrightarrow{N} = -\overrightarrow{P} \quad \overrightarrow{T} = -\overrightarrow{P}$

Сила упругости

Сила упругости — это сила, которая возникает внутри тела при деформации и стремится вернуть тело в исходное состояние. Деформацией называется изменение формы или размеров тела. При упругих деформациях тело восстанавливает свою форму и размер после прекращения действия деформирующей силы. Согласно закону Гука, деформация Δх, возникающая в упругом теле (пружине, стержне, и т. п.), пропорциональна приложенной к этому телу силе $ \overrightarrow{F}_{\text{внеш}}$ :

Fвнеш = kΔx. Коэффициент k называется жесткостью тела и измеряется в Н/м.

Сила упругости равна по модулю деформирующей силе и направлена в противоположную сторону:

$\overrightarrow{F}_{\text{упр}} = -\overrightarrow{F}_{\text{внеш}}$

Таким образом, сила упругости вычисляется по формуле: Fупр = kΔx.

При параллельном соединении двух пружин с коэффициентами жесткостей k1 и k2, жесткость системы равна сумме жесткостей k=k1+k2. При последовательном соединении обратная общая жесткость системы равна сумме обратных жесткостей каждой из пружин: 1/k=1/k1+1/k2.

$k = k_1 + k_2$
$1/k = 1/k_1 + 1/k_2$

Сила трения

Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Сила трения направлена в сторону, противоположную направлению движения или направлению предполагаемого движения. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей.

Если попробовать сдвинуть с места шкаф, то он будет оставаться в покое до тех пор, пока приложенная сила не достигнет определенного значения. Между шкафом и поверхностью пола возникает сила трения покоя Fтр.покоя, равная по модулю и противоположная направлению приложенной силы F:

С ростом приложенной силы, будет расти и сила трения покоя. Шкаф останется на месте до тех пор, пока приложенная сила не превысит максимально возможное значение силы трения покоя Fтр.max, и уже после этого начнется движение.

Сила трения скольжения равна максимальной силе трения покоя и пропорциональна опоры N между трущимися поверхностями: Fтр= Fтр.max =μN. Сила реакции опоры N равна по модулю силе нормального давления P со стороны тела на опору. Значит, силу трения можно вычислять по формуле Fтр= μP. Коэффициент трения μ определяется материалами соприкасающихся тел. Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения.

Сила сопротивления среды

Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или газе. Она направлена противоположно скорости движения тела относительно среды и тормозит движение тела.

Величина силы сопротивления зависит от размеров, формы, состояния поверхности, скорости относительно среды и от свойств среды.