Движение и статика: Статика и Динамика в Композиции (Основы + Примеры)

Содержание

Статика и Динамика в Композиции (Основы + Примеры)

Содержание статьи

  1. Как показать движение в статичном изображении
  2. Примеры применения композиционных принципов

Решая творческие задачи, художник часто сталкивается с вопросом размещения основных героев на полотне и поиском средств передачи их деятельности. Применение статики и динамики в композиции – один из эффективных инструментов для достижения этих целей. Для передачи движения на картине мастера изобразительного искусства пользуются способностью мозга человека представлять последствия того или иного действия. Этот приём широко используется для решения поставленных задач.

Как показать движение в статичном изображении

Н. Н. Третьяков говорил о композиции: «В композиции осуществляется связь частей, образующих целое, поэтому композиция противостоит хаосу. Она есть созидание, а не разрушение…». Во многом от умения автора зависит, сможет он создать целое произведение или нет.

Будет картина статичной или динамичной, во многом зависит от построения композиции и фантазии автора. Для передачи движения применяют несколько популярных приёмов. Давайте рассмотрим их подробнее:

  • Смещение композиционного центра. Очень часто художники специально применяют асимметрию для передачи движения. Смещая центр притяжения внимания в сторону, вниз или вверх, они создают впечатление композиционной неуравновешенности, которую мозг зрителя пытается мысленно вернуть к равновесию. От этого создаётся иллюзия движения, давления, полёта и т.д.
  • Применение изображений, содержащих фазы движения. Наиболее распространнённый приём. Нарисовав скачущую лошадь или бегущего человека, можно не сомневаться, что мозг зрителя оживит картину, если поймёт, что изобразил автор.
  • И, наконец, динамическое построение композиции. Что это такое? Простой пример: нарисуйте заборчик из прямо стоящих штакетен, а рядом изобразите точно такой же, но все штакетены наклоните вправо. Теперь сравните рисунки. Тот забор, что с наклоном, будет убегать вправо, а прямой стоять на месте. Такой приём умело используют настоящие мастера для передачи движения на своих полотнах.

Мастерски манипулируя разными приёмами и придумывая свои решения, художники применяют особенности статики и динамики для создания настоящих шедевров. Благодаря большому выбору средств мы можем наслаждаться творениями не только старых мастеров, но и новых звёзд изобразительного искусства.

Примеры применения композиционных принципов

Пришло время немного на практике посмотреть, как действуют некоторые приёмы передачи движения в изображениях. Рассмотрим две известные картины, чтобы поучиться у их авторов композиционному мастерству. Рассмотрим картину В. М. Васнецова «Богатырь на распутье». Вид всадника сразу приковывает наше внимание. Конь и витязь неподвижны, но мы понимаем, что скоро ини двинутся в путь. Правая половина картины призывает заполнить её зияющую пустоту. Наш мозг быстро анализирует увиденное и рисует картину следующих действий богатыря и коня. Так великий мастер былинных картин оживляет своё произведения на наших глазах.

Теперь перейдём к картине «Воскресный день» А. И. Корзухина. Лихая пляска, изображённая на полотне, притягивает своей естественностью и динамикой. Мы невольно становимся свидетелями весёлого танца, и если к изображению добавить музыку, то невольно начнём отбивать такт танцующей паре. Как видно из этих примеров, возможности композиции очень обширны. Не только изображая движение, можно заставить двигаться и оживить происходящее на картине, но даже статические приёмы могут создавать иллюзию динамики. Давайте учиться применять эти приёмы. Записавшись на один из наших курсов, вы сможете узнать ещё больше о том, как оживлять свои произведения.

*Фотографии, используемые в статье, взяты из свободного доступа в интернете и используются на сайте в учебно-образовательных целях

.

2.4 Движение в статике фотографии — Восприятие фотографии: время и пространство, статика и динамика

[МУЗЫКА] [МУЗЫКА] Парадоксально, но, будучи по задумке способом остановить и рассмотреть мгновение, фотография со временем стала проявлять огромный интерес к изображению в динамике. Речь идет о передаче в статичном изображении движения в его изменчивости. На помощь пришли различные технические и композиционные приемы. Некоторые из них появились благодаря техническим издержкам или попросту ошибкам. Так, к примеру, долгая выдержка или фотографирование движущихся объектов на неподвижном фоне приводит к характерной смазанности изображения. Эта смазанность дает иллюзию стремительности. Данный прием так и называется — смазка. Похожий технический прием — проводка, вот только выдержка здесь менее длительная, и камера уже не статична, а движется за объектом съемки. В итоге в случае смазки объект смазан, но фон остается резким, а в случае проводки, наоборот, объект сохраняет резкость, а фон получается смазанным. Оба приема — это так называемая размывка движения. Она успешно создает эффект скорости на статичном снимке. Кроме того, эффект движения может создаваться путем многочисленного наложения негативов друг на друга. С другой стороны, есть возможности и в абсолютно четком изображении передать иллюзию движения, динамики. Эти возможности еще до фотографии были замечены художниками. Речь в первую очередь идет о диагоналях. Диагональ — самый сильный прием передать динамику в статике. При этом диагональ может создаваться лучом света, движением руки персонажа, предметом интерьера, архитектурными линиями. Вопрос диагоналей тесно связан с рассмотренным нами ранее вопросом неравнозначности правой и левой стороны снимка. Так, направленность диагонали тоже имеет свое значение, которое влияет на прочтение снимка. Диагональ, идущую из левого нижнего угла в правый верхний, считают восходящей. Это диагональ подъема. Движение вверх по ней происходит быстро, легко. Сам глаз зрителя помогает такому движению. Соответственно, из левого верхнего в правый нижний идет диагональ спуска, или нисходящая диагональ. Если движение вниз по такой диагонали быстрое и стремительное, то восхождение, напротив, передает напряжение. Иначе эти диагонали называют диагональю борьбы и диагональю ухода. Их можно встретить на известных дорожных знаках — крутой подъем и крутой спуск. Диагональ подъема уводит глаз зрителя в левый верхний угол и таким образом помогает классической форме чтения изображения слева направо. Вот любопытная фотография: офицеры заинтересовались прекрасными дамами. Направляемые восходящей диагональю, созданной фигурами персонажей и поворотами голов мужчин, мы тоже сосредотачиваем внимание на женщинах. Но что, если бы композиция была построена иначе, по нисходящей диагонали? Это была бы уже совсем другая история. Здесь наш взгляд быстро скатывается в правый нижний угол, внимание девушки уже не привлекают. Единственное, что теперь нам хочется рассматривать, это изумленные и восторженные лица мужчин, но не объект их восхищения. Таких примеров может быть очень много как в фотографии, так и в живописи. Не зря художники тщательно продумывают композицию, делают предварительные наброски в разных плоскостях Фотографы здесь пользуются некоторым преимуществом. При необходимости они могут повернуть изображение по вертикальной оси, добиваясь нужного эффекта. Пример статичной фотографии можно увидеть в работе Арнольда Ньюмана. Здесь мы видим полную симметрию и покой. Естественным образом это накладывает отпечаток и на само содержание снимка, передавая атмосферу безмятежности, достатка, неторопливости, праздности. Интересно соотношение статики и динамики на другой фотографии — на фотографии Аарона Хьюи С одной стороны, фотография статична и стабильна, композиция строится не по диагонали, однако в фотографии присутствует другое изображение с самостоятельным смыслом — это картина на стене. На ней утка взмывает к правому верхнему углу, словно приподнимая опущенный правый угол картины и задавая некую динамику всей композиции в целом. Внимания также заслуживает и динамика серии фотографий. Здесь тоже присутствуют свои внутренние правила, благодаря которым отдельные статичные фотографии превращаются в единый движущийся ряд. Такой линейный ряд фотографий становится ближе всего к восприятию кино. Он рассматривается слева направо во временной последовательности. Зритель переходит от одной фотографии к следующей, извлекая смысл из сопоставления. Поэтому крайне важно грамотное сопоставление как изобразительных, композиционных, так и смысловых связей, что на практике не так просто, и конечно же, требует дополнительных исследований. Известно, чтобы ряд сложился в единый динамичный поток, необходимы равные интервалы между работами, то есть ряд должен быть непрерывным, не расчлененным на отдельные блоки или группы. Причем расстояния между работами должны быть сравнимы с их размерами. Картины в музее, наоборот, размещают достаточно далеко друг от друга, чтобы никаких взаимосвязей между ними не возникало и каждая воспринималась изолированно, сама по себе. Если, конечно, это не триптих. К слову, интересно, что сочетаний из двух картин — диптихов — значительно меньше и их гораздо труднее объединить. Закон зрительного восприятия линейного ряда фотографий — это закон трех. Любая работа такого ряда воспринимается одновременно с двумя соседними. При этом именно они исследуются особенно тщательно. В группе из трех две крайние должны иметь подобные изобразительные элементы. Только в этом случае группа будет достаточно уравновешенной, цельной. Тут действует принцип весов — смысловой центр и два уравновешенных крыла. При взаимодействии двух фотографий глаз прежде всего находит отличие между ними, а в случае группы из трех — то общее, что имеется в двух крайних. Это же правило действует и в приеме параллельного монтажа, принципы которого сформулировал культовый российский режиссер Сергей Эйзенштейн. К слову, о кино: есть замечательный фильм известного французского режиссера Криса Маркера, фильм 1962 года. На французском фильм называется La Jetée, а в русскоязычных источниках фигурирует как «Взлетная полоса» или «Причал». Картина длится около 30 минут, и что для нас в данном случае интересно, состоит из одних фотограмм. Строго говоря, это не кино, а грамотно выстроенный линейный ряд фотографий, отличный пример построения динамики по принципу весов. С точки зрения жанра, фильм Маркера относится к научной фантастике и поднимает проблему времени. Таким образом, в линейном непрерывном ряду фотографий сравниваются преимущественно работы через одну: первая с третьей, вторая с четвертой, третья с пятой и так далее. Итак, закономерный вопрос: что дают такие эффекты движения помимо эстетических качеств снимка? Они задают траекторию прочтения изображения, и следовательно, являются еще одним ключом к раскрытию смысла. Движение, как и любой другой композиционный прием, в большинстве случаев не возникает спонтанно, а исходит из интенций автора. Следовательно, выявление статики и динамики на отдельной фотографии или в целом ряду фотографий приводит к интерпретациям о том, какой миф, какую историю тем самым пытался сложить автор. [МУЗЫКА]

«Движение и статика, прямые линии и организация пространства». Урок ИЗО в 8-м классе

Цель урока: формирование умения использовать приемы, средства композиции, развитие эстетического вкуса на примере художественных произведений, построенных с учетом композиционных законов.

Задачи урока:

  • Образовательные: познакомить учащихся с основными понятиями6 динамика, статика, ритм, видами композиций, доминанта в композиции.
  • Развивающие: развивать познавательный интерес, способствовать формированию творческого воображения, развивать вкус и чувство композиции
  • Воспитательные: воспитание интереса к искусству

Оснащение урока:

1. Компьютерный класс

2. Мультимедиапроектор

3. Выставка полиграфической продукции

План урока:

1. Организационный момент

2. Показ компьютерной презентации с последующим объяснением

3. Выполнение самостоятельной работы с использованием компьютера

4. Подведение итогов урока

Организационный момент

Вступление.

Слайд 1. Приложение 1.

На предыдущем уроке мы с вами познакомились с таким понятие как «Дизайн» и зачем нужно изучать основы дизайна.

Что является основой любого художественного произведения?

(Ответ: композиция)

Какова основная композиционная задача художника?

(Ответ: достичь гармонии- согласованности и упорядочности всех элементов произведения)

Что вы знаете о симметрии и асимметрии?

(Ответ: Симметрия — это когда изображения находящиеся слева и справ от оси идентичны. Асимметрия создает композиционный эффект и изобразительный конфликт, так как элементы не идентичны друг другу по разным параметрам ( размер, расположение)

Посмотрите на изображения и ответьте на вопрос, чем отличаются данные композиции?

(Ответ: В первой композиции элементы находятся в состоянии покоя, а во второй ощущается движение)

Постановка проблемы: Какие приемы использовали художники для решения своих задач при изображении состояний покоя или движения?

Ход урока

Слайд 2

Сегодня мы попробуем разобраться с такими понятиями как статика и динамика, как передать в композиции движение, какие приемы используют художники для этого. Сегодня мы рассмотрим две темы — они выделены цветом.

1. Гармония, контраст и выразительность плоскостной композиции

2. Симметрия, асимметрия и динамическое равновесие

3. Движение и статика

4. Прямые линии и организация пространства

5. Цвет — элемент композиционного пространства

Слайд 3.

Давайте рассмотрим композицию, представленную на слайде. Это известное произведение А.Рублева «Троица»

Что вы можете сказать об этой композиции? Какую фигуру образует данная композиция?

Ответ: Данная композиция образует круг, фигуры смотрят в центр картины, они неподвижны.

Для передачи образа чего-то неподвижного, устойчивого художники прибегают к замкнутой композиции, в которой основные направления линий стягиваются к центру.

Необходимое решение дает построение композиции по форме круга, квадрата, прямоугольника с учетом симметрии.

Слайд 4.

При изображении большого простора, панорамы не следует с боков ограничивать какими-либо элементами.

Такой тип композиции называется открытым.

Слайд 5.

Когда в эпоху Возрождения изменилась концепция мира и на смену замкнутого мира пришел мир бесконечный, то и на смену замкнутым композициям пришли открытые.

С помощью композиционных средств можно передать события, имеющие протяженность во времени, т.е. происходящие одно за другим, таким приемом пользовались иконописцы. Наряду с общими закономерностями композиции каждый вид искусства имеет свою специфику. В композиции важно все- масса предметов, их зрительный «вес», размещение на плоскости, выразительность силуэтов, ритмическое чередование линий и пятен, способы передачи пространства и точка зрения на изображаемое, распределение светотени, цвет и колорит картины, формат и многое другое.

У композиции есть свои законы, складывающиеся в процессе художественной практики и развития теории. Знание закономерностей композиции поможет нам сделать свои работы более выразительными.

Выделяют следующие композиционные правила:

  • передача движения ( инамика)
  • передача покоя (статика)
  • золотого сечения (одной трети)

К приемам композиции относится:

  • передача ритма,
  • передача симметрии и асимметрии
  • равновесие частей композиции
  • выделение сюжетно-композиционного центра

Средства композиции включают:

  • Формат, пространство, композиционный центр, равновесие, Динамику и статику, симметрию и асимметрию, открытость и замкнутость, целостность.
  • Средства композиции — это все, что нужно для ее создания

Слайд 6.

Ритм — универсальное природное свойство, которое присутствуют во многих явлениях действительности. Ритм всегда подразумевает движение.

Назовите примеры, связанные с ритмом из мира природы?

(Ответ: Движение планет в космосе, ритм трав, деревьев и т.д.)

Ритм — это чередование каких-либо элементов в определенной последовательности.

Слайд 7.

Ритм в жизни и в искусстве — это не одно и тоже. В искусстве возможны перебои ритма, ритмические акценты, его неравномерность, живое разнообразие.

В живописи, графике, скульптуре, декоративном искусстве ритм присутствует как одно из важнейших выразительных средств композиции. Ритм может быть задан линиями, пятнами света и тени, пятнами цвета, может строиться на контрасте объемов, на чередовании одинаковых элементов композиции.

Слайд 8.

Какими же средствами можно передать динамику сюжета? Рассмотрим некоторые из этих средств.

Правила передачи движения:

  • Использование на картине одной или нескольких диагональных линий
  • -оставить свободное пространство перед движущимся объектом
  • -выбирать определенный момент движения, наиболее ярко отражающий характер движения, который является кульминацией движения

Слайд 9.

Если есть правила передачи движения, значит есть правила, помогающие художнику передать состояния покоя .

Правила передачи покоя:

  • отсутствие диагонального направления
  • отсутствие перед движущимся объектом свободного пространства
  • изображение объектов в спокойных ( статичных) позах, отсутствие кульминации действия
  • композиция является симметричной, уравновешенной или образует простые геометрические схемы ( треугольник, круг, овал , квадрат, прямоугольник), т.е. является статичными

Слайд 10.

Рассмотрите картину и определите ,какое состояние художник изобразил? По каким признакам можно определить состояние, изображенное на данной картине?

(Ответ: на первом изображении используется диагональ, свободное пространство по направлению движения и бегущий мальчик подчеркивает ощущение движения.

На картине Кустодиева , не смотря на диагональное направление, нет ощущения движения, так как сани стоят неподвижно, свободное пространство перед лошадью перегораживает дерево, композиция уравновешенная)

Слайд 11

Рассмотрите картину и определите ,какое состояние художник изобразил? По каким признакам можно определить состояние , изображенное на данной картине?

(Ответ: Во всех произведениях присутствует ощущение движения, переданное художником за счет диагонального направления и свободного места перед движущимся элементом)

Слайд 12.

Физкультминутка

Слайд 13.

Рассмотрим примеры создания динамичной и статичной композиции

Расположение прямоугольника рождает ощущение движения. А добавление дополнительного элемента усиливает это движение или останавливает его.

Слайд 14.

Замкнутая или открытая композиции

Гармония в композиции достигается не только формой композиционных элементов и характером их расположения, но и балансом черно-белых масс, чередованием сгущенности пятен и их разряженности, так как композиция состоит не только из изобразительных элементов, но и из пространства между ними,

Сгущенность и разреженность элементов рождают ритм композиции

Слайд 15.

В работах многих художников нет изображения реальных предметов, но они интересны выразительностью своей композиции.

Слайд 16.

Доминанта — элемент, создающий пластический конфликт

Доминанта — это центр внимания в композиции.

Доминанта не всегда может быть самым крупным элементом.

Слайд 17.

Задание 1.

Создайте из трех, пяти и более разновеликих прямоугольников :

А) фронтальную композицию

Б)глубинную композицию

Многофигурные композиции должны быть ритмически организованы, а их элементы разнообразны по размерам и расположению.

Работы можно выполнить как на белом, так и на черном фоне.

Задание 2.

Создайте многофигурную композицию и путем сгущенности или разряженности кругов и точек при условии их диманического равновесия, добейтесь зрительной гармонии в композиции.

Слайд 18

Примеры выполнения задания

Слайд 19

Прямые линии и организация пространства

Среди элементов плоскостной композиции важное место занимают линии. Сочетание различных прямоугольников и линий придает композиции большее разнообразие и зрелищность

Слайд 20.

Среди элементов плоскостной композиции важное место занимают линии. Сочетание различных прямоугольников и линий придает композиции большее разнообразие и зрелищность.

Прямая линия- простой выразительный элемент, делит плоскость на части и одновременно усиливает взаимосвязь всех элементов композиции, влияет на ритмическое построение композиции, определяют движение и экспрессию всего изображения.

Слайд 21

РОЛЬ ЛИНИИ В КОМПОЗИЦИИ

  1. Линия делит композицию на части
  2. Линия помогает объединить элементы или части плоскости в их изобразительное целое.
  3. Линии, своей направленностью, сгущенностью, пересечениями определяют движение и экспрессию всего изображения.
  4. Линии влияют на ритмическое построение композиции

Слайд 22

Линия изображенная от края до края листа делает композицию открытой

Различная толщина и длина линий создает ощущений движения и ритма

Слайд 23

Примеры работ

Слайд 24.

Задание 3.

Создайте композицию с использованием линий и путем расположения и взаимным пересечением 3-4 линий разной толщины добейтесь гармоничного членения пространства (используйте линии навылет)

Задание 4.

Создайте композицию из 2-3 прямоугольников и 3-4 прямых линий, которые своим расположением связывают элементы в единое композиционное целое.

Создайте:

А) фронтальную композицию

Б) глубинную композицию

Задание 5.

Из произвольного количества элементов сделайте интересную композицию, ритмически расположив элементы на плоскости, добейтесь эмоционально-образного впечатления :

А) полета

Б)сужения

В) замедления и т.д.

Подведение итогов урока.

  • С какими основными понятиями мы сегодня познакомились?
  • Каким приемам мы научились для передачи движения и покоя?
  • Как вы оцениваете свои работы и работы свои друзей?

Просмотр работ и анализ.

Список литературы.

1. Н.М.Сокольникова Основы композиции, Москва, Изд. «Титул», 1993г.

2. А.С.Питерских, Г.Е.Гуров, Изобразительное искусство. Дизайн и архитектура в жизни человека, Москва, «Просвещение», 2008г.

Статика и динамика

Данная пара средств гармонизации используется для выражения степени стабильности композиционной формы. Такая стабильность оценивается чисто эмоционально, по тому впечатлению, которое форма производит на зрителя. Это впечатление может исходить из статичного или динамичного объекта в целом или его частей.

Статичные формы по производимому впечатлению оцениваются как предельно стабильные (квадрат, прямоугольник, куб, пирамида). Композиция, составленная из подобных форм, носит монументальный, статичный характер. Основные виды статичных форм представлены на рисунке 13.

1 Симметричная форма 2 Метрическая 3 С незначительным

смещением элементов

4 С совмещением равных 5 С незначительным 6 С облегченным верхом

элементов скосом элементов

7 Горизонтального членения 8 Равного расположения 9 С крупными элементами

элементов

10 С крупным главным 11 Симметричного расположения 12 С выделенным центром элементом элементов

Рисунок 13 — Основные виды статичных форм

Композиция считается статичной, если она построена по законам классической симметрии.

Динамичные формы типичны для форм многих современных движущихся дизайн-объектов, прежде всего различных движущихся транспортных средств. Часто эти формы в действительности перемещаются в пространстве. В основе динамичной композиции лежит асимметричное решение и некоторая неуравновешенность. Основные виды динамичных форм представлены на рисунке 14.

1 Форма со смещенными 2 Ритмического характера 3 Перпендикулярного

от центра осями расположения элементов

4 Параллельного расположения 5 Облегченного низа 6 Искривленного вида

элементов

7 Диагонального членения 8 Свободного расположения 9 Вытянутых элементов

элементов

10 Наклонного 11 Асимметричного 12 Включенные в открытое

расположения элементов расположения элементов пространство

Рисунок 14 — Основные виды динамичных форм

1 Создать статичную композицию на свободную тему, используя схемы на рисунке 13 (Приложение А, рисунки 10-11).

2 Выполнить динамичные упражнения на темы: ветер, взрыв, скорость, тиран и т.д., используя схемы на рисунке 14 (Приложение А, рисунки 12-13).

Требования:

  • поисковые варианты композиции выполняются по 7-10 шт.;

  • отобразить принципиальную разницу в организации статики и динамики в композиции.

Материал и размеры композиции

Карандаш, тушь, черный фломастер, гелиевая ручка. Формат листа – А3.

Повтор

Многим явлениям природы свойственно чередование и повторение. Симметрия – это повторение. Закон повторения в дизайне проявляется тогда, когда определенные элементы (линии, форма, текстура, цвет) используются больше одного раза. Повтор создает ощущение упорядоченности. Простой повтор состоит из одного повторяющегося элемента. Сложный – в композиции повторяются элементы двух или более видов (цвет, рисунок, линии и т.д.). По способу организации элементов в дизайне повтор может быть различных направлений: вертикальным, горизонтальным, диагональным, спиральным, радиально-лучевым, веерным. В каждом случае появляется новый характер движения и, соответственно, новое звучание, особая выразительность. Горизонтальный повтор – это устойчивость и равновесие; вертикальный – стройность, высота; диагональный, спиральный – активное, стремительное движение.

Повтор может быть регулярным (одинаковая частота повторений) (рисунок 15) и нерегулярным (рисунок 16), который более интересен, т.к. позволяет глазам сравнивать небольшие изменения.

Рисунок 15 — Регулярный повтор Рисунок 16 — Нерегулярный повтор

1 Составить композицию из одного повторяющегося элемента, выбрав свой характер движения (горизонтально, вертикально, диагонально, спирально).

2 То же самое, но из двух и более элементов (Приложение А, рисунок 14).

Требования:

На каждое задание выполняется по два эскиза.

Материал и размеры композиции:

Карандаш, тушь, черный фломастер, гелиевая ручка. Формат листа – А4.

Кинематика, динамика и статика в физике. Что это такое?

Одним из основополагающих разделов физики является механика – дисциплина, изучающая законы, согласно которым происходит движение тел, а также изменение параметров движения в результате влияния тел друг на друга.

Основными направлениями механики является изучение динамики, кинематики и статики. Подробному изучению этих наук специалисты посвящают всю жизнь, так как их положения лежат в основе наиболее важных общеинженерных дисциплин – теории механизмов, сопромата, деталей машин и др.

Что изучает теоретическая механика?

Движение и взаимодействие физических тел подчиняются строгим законам, по которым существует наша Вселенная. Описанию и обоснованию этих законов посвящена механика – раздел физики, позволяющий рассчитывать и предсказывать движение физических тел, исходя из их основных параметров и действующих на эти тела сил. В механике рассматриваются идеальные объекты:

  • материальная точка – объект, основной характеристикой которого является масса, но размеры не учитываются;
  • абсолютно твёрдое тело – заполненный веществом определённый объём, форма которого не изменяется ни при каких воздействиях, а между любыми двумя точками внутри этого объёма всегда сохраняется одно и то же расстояние;
  • сплошная деформируемая среда – состояние вещества в конечном объёме либо в неограниченном пространстве, в котором расстояния между произвольно взятыми точками могут изменяться в результате внешних воздействий.

Механика рассматривает законы движения, когда с течением времени изменяется либо положение одного тела относительно другого, либо взаимное расположение частей одного тела. Время, масса и расстояние для механики являются базовыми величинами.

Кинематика

Раздел механики, изучающий законы движения, его геометрические свойства, законы скоростей и ускорений, называется кинематикой. Название дисциплины образовано от греческого слова «κινειν», означающего движение. Кинематика изучает чистое движение с точки зрения пространства и времени, не учитывая массы физических тел и действующие на них силы.

Движение в кинематике описывается исключительно математическими средствами, для чего используются алгебраические и геометрические методы, матанализ и т.д. При этом в классической кинематике не рассматриваются причины, по которым происходит механическое движение тел, а характеристики, присущие движению, считаются абсолютными, т.е. на них не влияет выбор системы отсчёта. Помимо классической, существует релятивистская механика, которая рассматривает общее понятие пространства-времени с инвариантными интервалами.

Динамика

Ещё один раздел механики, который рассматривает причины, порождающие механическое движение тел, называется динамикой. Это наименование образовано от греческого слова «δύναμις», означающего силу. Основными понятиями динамики являются масса тела, сила, которая на него воздействует, энергия, импульс и момент импульса. Основными задачами – определение силы, действующей на физическое тело, по характеру его движения, и определение характера движения, исходя из заданных сил воздействия.

Значительный вклад в развитие динамики внёс британский учёный Исаак Ньютон, сформулировавший три своих знаменитых закона, которые описывают взаимодействия сил, и фактически ставший родоначальником классической динамики. Эта дисциплина изучает закономерности движения при скоростях, ограниченных интервалом от долей одного миллиметра в секунду до десятков километров в секунду. Однако при рассмотрении движения сверхмалых объектов (элементарных частиц) и сверхвысоких скоростей, приближающихся к скорости света, законы классической динамики перестают действовать.

Статика

Законы пребывания тел и систем в равновесии при приложении к ним различных сил и моментов, изучает статика – ещё одно направление механики. Название дисциплины происходит от греческого слова «στατός», означающего неподвижность. Для статики сформулированы шесть аксиом, описывающих условия нахождения тела или системы физических тел в состоянии равновесия, а также два следствия из этих аксиом.

Основным объектом в статике является тело или материальная точка, находящаяся в состоянии равновесия, т.е. неподвижно либо движется в рассматриваемой инерциальной системе координат равномерно и по прямой линии. Ограничивающими факторами для тела, находящегося в равновесии, служат внешние силы, которые на него воздействуют, а также другие тела, называемые связями.

Статика и Динамика в изобразительном искусстве


Здравствуйте, дорогие читатели моего блога. Сегодня, поговорим о статике и динамике в композиции. В прошлый раз я рассказывал о симметрии в композиции. Знания таких правил способствует удачному построению композиции в живописи и в других видах искусства.

Статика

СТА?ТИКА, СТАТИ?ЧНОСТЬ (лат. staticus, от греч. statos — «стоящий») — в изобразительном искусстве — качество покоя, равновесия зрительных сил (см. конструкция; стиль; уравновешивание). В большинстве случаев соответствует симметричным композициям с метрической структурой, свойственным искусству Классицизма. Противоположные качества — динамичность, асимметрия, ритмичность, свойственные стилю Барокко (сравн. экспрессия).
Яндекс. Словари› Новый энциклопедический словарь изобразительного искусства

По схемам построения и характеру трактовки композиционные решения бывают двух видов: статичные и динамичные. Статичные композиции передают состояние покоя и уравновешенности.

Композиции, построенные в ритмичном сочетании, основой служат цвет и линия, соотношение ширины и расстояний между ними. Такие работы можно отнести к статичным композициям.
[ad#v_tekst]

Помимо статичности самой фигуры, большое значение играет расположение этих фигур в композиции, так, чем ниже к краю листа расположена вся композиция, тем статичнее она выглядит. Чем симметричнее тем статичнее.
Но любую статичную форму можно превратить в динамичную: квадрат можно расположить в углу, параллелепипед расположить вертикально, наклонить пирамиду и т. д. Кроме того, их можно расположить таким образом, что зрителю будет казаться, что всё это вот-вот упадёт. Композиция, которая стремится к изменению со расположения своих элементов, является динамичной.

Динамика

ДИНА?МИКА (от греч. dynamis — «сила») — это чередование каких-либо элементов в определенной последовательности. В динамичных композициях, элементы располагаются по диагональным осям или свободно распологаются на плоскости картины. В них ярче подчёркивается ощущение движения, более разнообразное расположение предметов, присутствует смелое нарушение симметрии. Можно наблюдать смещение контуров по отношению цветовых пятен. Цветовое решение в динамических произведениях может быть ярко выраженным и более эмоциональным.

К динамичным относятся:
треугольник и параллелограмм, стоящие на короткой стороне, эллипс, шар,пирамида, параллелепипед, стоящий на своей узкой грани и т. д.


Д. Статика — динамика. Дуальная природа человека

Читайте также

Динамика

Динамика Психологическое развитие Организм располагает естественными силами, направляющими его к здоровью и росту. Основываясь на своем клиническом опыте, Роджерс утверждает, что человек способен сознавать свою дезадаптацию, то есть неконгруентность между

Динамика

Динамика Психологический рост: индивидуация Согласно Юнгу, у каждого человека есть тенденция к индивидуации или саморазвитию. Юнг считал, что психика имеет врожденное стремление к целостности. Эта идея подобна понятию самореализации Маслоу, но базируется на более

Динамика

Динамика Суть теории Хорни в динамике: решения объединяются, конфликтуют между собой, становятся сильнее или слабее, их нужно защищать, они могут порождать порочные круги, сменяемые другими кругами, когда рушатся эти. Конфликты между защитными стратегиями вызывают

Динамика

Динамика Основные направления психологического развития и роста Как мы уже не раз говорили, психологическое развитие человека происходит в процессе его общения с другими, и особенно это касается женщин. Процесс общения предполагает взаимную эмпатию. Когда один человек

Динамика

Динамика Позитивное развитие Схема Эриксона отличается от схемы Фрейда и от схем других ученых — теоретиков личности. Эриксон сосредоточил внимание на позитивных характеристиках, развиваемых на каждой стадии. Он рассматривает базовые силы, качества и добродетели не

Динамика

Динамика Психологическое совершенствование Совершенствование Райх определял как процесс разрушения психологического и физического защитного панциря, процесс становления свободной и открытой человеческой личности, способной наслаждаться доставляющим полное

Динамика

Динамика «Конструктивисты» (как называют себя психологи, положившие в основу своих теоретических построений идеи Келли) оценивают ценность теории с точки зрения ее полезности (применимости). Для них, как и для Келли, мир открыт для построения бесконечного количества

Динамика

Динамика Психологический рост Позитивная направленность к здоровью и развитию личности является в человеке естественной и врожденной силой. Основываясь на клиническом опыте, Роджерс пришел к выводу, что люди способны чувствовать собственную неприспособленность и

Динамика

Динамика Психологический рост Стремление к самоактуализации не может проявиться, пока у индивида доминируют потребности более низкого уровня, такие, как потребность в безопасности или потребность в уважении. Согласно Маслоу, если в детстве какая-то потребность

Динамика

Динамика Психологический рост Образ жизни йога хорошо известен на Западе. Подразумевается, что йог ведет аскетическую жизнь, отказываясь от всего, принимая целибат и бедность, «отвергая» внешний мир во имя служения йоге. В Индии принят другой образец идеального

Динамика

Динамика В дзэн психодуховный рост традиционно иллюстрируют с помощью серии картинок «В поисках быка». Этот набор содержательных образов дает яркие примеры состояний осознания, выходящих за рамки тех, которые обычно рассматривает западная психология.Классические

Динамика

Динамика Увеличение числа «тел» в ходе эволюции — от одного у минералов до четырех у человека — можно условно уподобить филогенезу. Штейнер и Гендель постулируют аналогичный процесс и в онтогенезе человека, указывая, что после рождения у ребенка происходит постепенное

Динамика

Динамика Психологический рост Развитие личности Курт Левин описывал как движение от одного региона к другому, являющемуся новым для индивида. Специально темы развития личности Левин не касался, но в своей статье, посвященной подростковому возрасту, писал: «Сам факт, что

Statics — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

Почему существует эта страница?

Это не страница о каком-то фундаментальном принципе физики. Это страница о решении конкретной (и распространенной) проблемы механики.

Неформально статика — это изучение сил без движения. Говоря более формально, статика — это раздел механики, который имеет дело с силами при отсутствии изменений в движении. Напротив, динамика — это исследование сил и движения; или, более формально, раздел механики, изучающий влияние сил на движение объектов.Статика предполагает застой. Динамика предполагает изменение. Важное изменение — это ускорение.

Статика, кажется, подразумевает неподвижность, но это не всегда так. Разгон — вот что важно. Сидеть неподвижно в течение длительного периода времени — это один из способов не ускоряться. Другой способ — движение с постоянной скоростью по прямой в течение длительного периода времени. Нет физического различия между покоем и движением с постоянной скоростью. Земля верно следует за Солнцем по Млечному Пути с невероятной скоростью (250 000 м / с), но поскольку наше ускорение почти равно нулю (~ 10 −10 м / с 2 ), это движение практически невозможно обнаружить.Когда мы находимся в покое на движущейся Земле, мы чувствуем, что отдыхаем по отношению ко всей вселенной.

Цель этого раздела этой книги — служить хранилищем задач по статике. Ускорение в каждой задаче будет нулевым во всех направлениях. Это верно только для этого раздела. Идея состоит в том, чтобы увидеть, каково решать такие проблемы, чтобы вы могли распознать их, когда они появятся позже.

Увеличить

равный остаток

Когда на объект не действуют никакие силы, он не ускоряется.Это следствие первого закона движения Ньютона. «Покоящийся объект стремится оставаться в покое, а объект в движении имеет тенденцию продолжать движение с постоянной скоростью». Похоже, это означает, что когда одна или несколько сил , действующие на объект , действуют на объект, он должен ускоряться. Однако это не совсем так, поскольку упускается из виду последняя часть закона — «если чистая внешняя сила не вынуждает действовать иначе».

Одна сила ускоряет объект. Это легко проверить. Брось что-нибудь.Смотрите, как он ускоряется. Что ж, может быть, это не так просто проверить, поскольку мы, кажется, бросаем почти все в воздух у поверхности Земли. Это означает, что сопротивление присутствует как вторая сила. Верно, но можно подумать о предельном случае. Когда сопротивление велико, может быть трудно ощутить ускорение свободного падения. Когда сопротивление невелико, ускорение очевидно. Когда он еще меньше, это только более очевидно. Экстраполяция до точки, где вес является единственной силой, действующей на объект, не приводит к исчезновению ускорения.Это только делает это более очевидным.

Так что насчет двух сил, трех или более? Это снова легко проверить. Сядьте на стул, встаньте на пол или лягте в кровать. На вас действуют две силы (вес, тянущий вниз, и нормальная сила, толкающая вверх), и никакого ускорения. Есть несколько способов описать эту ситуацию.

  • Чистая сила равна нулю.
  • Силы уравновешены.
  • Система находится в равновесии.
  • Система находится в статическом равновесии.
  • Система находится в поступательном равновесии.

Разберемся с ними по порядку.

Это мой личный фаворит (поэтому я поставил его первым), потому что он связан с утверждением первого закона (именно поэтому я поставил его первым). Слово «чистая» в словосочетании «чистая сила» означает общую, комбинированную или общую. Это то, что вы получаете, когда все обдумываете. Слово net связано со словом аккуратный. Поиск чистой стоимости — это что-то вроде устранения математического беспорядка (или, по крайней мере, уменьшения беспорядка).

На человека, сидящего в кресле, действуют две силы, сумма которых равна нулю. В сумме они равны нулю, потому что одна сила положительна, а другая отрицательна. Силы — это векторы, у них есть направление и величина. Самый простой способ описать направление — использовать математический знак. Чистая сила , действующая на объект, представляет собой векторную сумму всех отдельных сил, действующих на него. Это может быть записано как ∑ F или F net или другими подобными способами.

Когда человек сидит на стуле, его вес уравновешивается нормальной силой, исходящей от стула.Вес и нормаль в этом случае называются уравновешенными силами, потому что одно равно и противоположно другому. Иногда это приводит к путанице, потому что третий закон движения Ньютона гласит, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Все пары сил действие-противодействие равны, потому что так устроена Вселенная. Однако вес и нормальность не являются парой действие-реакция. Если эти две силы на человека равны, это только потому, что человек не ускоряется.

Гравитационное притяжение Земли на человека и человека на Земле представляет собой пару действие-противодействие.Две силы действуют на два разных объекта (человека и Землю). Это не делает вес уравновешенной силой. Нормальная сила стула на человека и человека на стуле — это еще одна пара действие-реакция. Снова у нас есть две силы, действующие на два разных объекта (человека и стул). Это также не делает нормальную силу уравновешенной. Притяжение силы тяжести на человека и нормальная сила на человека действительно действуют на один и тот же объект (человека), и они объединяются вместе, в результате чего объект не ускоряется.Эти силы уравновешены.

  • Система находится в равновесии.
  • Система находится в статическом равновесии.
  • Система находится в поступательном равновесии.

Человек, сидящий в кресле, находится в равновесии. Теперь у нас есть законное слово, над которым стоит подумать. Также можно сказать, что объект, который не ускоряется, находится в равновесии. Первую часть equi- должно быть легко идентифицировать как суффиксную форму английского слова equal, которое происходит от латинского слова aequalis .Вторая часть -librium происходит от латинского слова libra , которое относится к весам — устройству для определения веса путем сравнения, в котором используются две сковороды. Подумайте о весах справедливости, когда вы увидите слово равновесие.

Забавно, латинское слово libra также является источником богато украшенного символа заглавной буквы L для нынешнего британского фунта (£) и бывшей итальянской лиры (₤). Это также происхождение необычного символа британо-американского фунта веса (фунт или ℔).Версия с горизонтальным зачеркиванием превратилась в символ фунта, который теперь можно увидеть только на телефонных клавиатурах (#). При плохом почерке вес, такой как 24 фунта, может быть прочитан как 24 16. Запись как 24 ℔ добавила некоторой ясности, но также добавила дополнительный штрих пера. Записать его как 24 # было несколько быстрее и, конечно, более разборчиво.

Я здесь сбился с пути. Вернемся к равновесию. Поскольку жизнь сложна, баланс сил описывает только один тип равновесия — поступательное равновесие.Силы слева равные силы справа. Поднимает равные силы вниз. Силы в целом ни к чему не приводят, и ничего не меняется влево, вправо, вверх, вниз или под любым углом между ними. Объект находится в поступательном равновесии , если сумма действующих на него сил в сумме равна нулю, и он не ускоряется ни в каком направлении.

F слева = F правый
F вверх = F вниз
F = 0
а = 0

Так почему я должен использовать модификатор «трансляционный»? Потому что иногда силы что-то не толкают и не тянут, а поворачивают.Толчок или толчок, приводящий к вращению, называется крутящим моментом . Фактически, чистый крутящий момент — это то, что вызывает ускорение вращения, но мы сохраним соответствующее обсуждение для другого раздела. Когда задействованы крутящие моменты, также возможно вращательное равновесие. Это тоже будет рассмотрено в другом разделе этой книги. График выше, показывающий «наиболее совершенный баланс», является прекрасным примером проблемы, в которой необходимо иметь дело с усилиями и крутящих моментов.

Слово равновесие также имеет термодинамическое значение.Термодинамика — это раздел физики, который рассматривает тепло (тепловую часть) как другую форму энергии (динамическую часть). Равновесие в термодинамике возникает, когда внутренняя энергия, поступающая в систему, уравновешивается равным количеством внутренней энергии, выходящей из системы. Чистая внутренняя энергия при передаче из одного места в другое называется тепла . Когда система больше не обменивается теплом с окружающей средой, говорят, что она находится в термодинамическом равновесии. Образ, который вызывает этот вид равновесия, не имеет ничего общего с безмятежной картиной сил, вежливо объединяющихся для создания покоя или неизменной скорости.Термодинамическое равновесие активное и живое. Это пример динамического равновесия. Я использовал артикль «ан», потому что есть и другие. Когда скорость испарения равна скорости конденсации, это пример динамического равновесия. Когда скорость, с которой азот растворяется в воде, равна скорости, с которой он не растворяется обратно в воздух, это еще один пример. Еще раз, оставьте это на потом.

Тесты на равновесие

Текст.

2 силы

равных и противоположных

3 силы

результирующий эквивалент

треугольник сил

н сил

полигон сил

компонентов

Краткое содержание — Гипертекст по физике

  • … динамика
  • статика
  • трение…
Гипертекст по физике
© 1998–2021 Гленн Элерт
Автор, иллюстратор, веб-мастер

Нет постоянных условий.

  1. Механика
    1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и скорость
      4. Разгон
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и расчет
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снаряды
      11. Параметрические уравнения
    2. Dynamics I: Force
      1. Силы
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Масса
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Справочная рамка
    3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Простые станки
    4. Dynamics II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
    5. Вращательное движение
      1. Кинематика вращения
      2. Инерция вращения
      3. Вращательная динамика
      4. Вращательная статика
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Прокат
      8. Вращение в двух измерениях
      9. Сила Кориолиса
    6. Планетарное движение
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Вселенская гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Плотность вытянутых тел
    7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Генератор простых гармоник
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
    8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Расход жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы потока
  2. Теплофизика
    1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа материи
      4. Закон о газе
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
    2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытое тепло
      3. Химический потенциал энергии
    3. Теплопередача
      1. Проводимость
      2. Конвекция
      3. Радиация
    4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
  3. Волны и оптика
    1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и суперпозиция
      4. Интерфейсы и барьеры
    2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. ударов
      8. Музыка и шум
    3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (свет)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочная интерференция
      7. Цвет
    4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Зеркала сферические
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
  4. Электричество и магнетизм
    1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводников
    2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Батареи
    3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
    4. Цепи постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
    5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
    6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
    7. Цепи переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC-цепи
      3. Цепи RL
      4. LC цепи
    8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
  5. Современная физика
    1. Относительность
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
    2. Quanta
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэффект
      3. Рентгеновские снимки
      4. Антиматерия
    3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомарные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированное вещество
    4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Fusion
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
    5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика вкуса
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
  6. Фундаменты
    1. шт.
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Британо-американская система единиц
      4. Единицы разного назначения
      5. Время
      6. Преобразование единиц
    2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. По порядку величины
    3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Подгонка по кривой
      4. Исчисление
    4. Векторы
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение вектора
    5. ссылку
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая система элементов
      6. Люди в физике
  7. Назад дело
    1. Предисловие
      1. Об этой книге
    2. Связаться с автором
      1. glennelert.нас
      2. Behance
      3. Instagram
      4. Твиттер
      5. YouTube
    3. Аффилированные сайты
      1. hypertextbook.com
      2. midwoodscience.org

Равновесие и статика

Когда все силы, действующие на объект, уравновешены, считается, что объект находится в состоянии равновесия .Силы считаются уравновешенными , если правые силы уравновешиваются левыми, а восходящие силы уравновешиваются нисходящими. Однако это не обязательно означает, что все силы на равны друг другу. Рассмотрим два объекта, изображенных на силовой диаграмме, показанной ниже. Обратите внимание, что два объекта находятся в равновесии, потому что силы, действующие на них, уравновешены; однако отдельные силы не равны друг другу. Сила 50 Н не равна силе 30 Н.

Если объект находится в равновесии, силы уравновешены. Сбалансированный — ключевое слово, используемое для описания ситуаций равновесия. Таким образом, результирующая сила равна нулю, а ускорение равно 0 м / с / с. Объекты в состоянии равновесия должны иметь ускорение 0 м / с / с. Это происходит из первого закона движения Ньютона. Но наличие ускорения 0 м / с / с не означает, что объект находится в состоянии покоя. Объект в состоянии равновесия — это либо …

  • в состоянии покоя и в состоянии покоя, или
  • движется и продолжает движение с той же скоростью и направлением.

Это тоже происходит от первого закона движения Ньютона.


Анализ ситуации статического равновесия

Если объект находится в состоянии покоя и в состоянии равновесия, то мы бы сказали, что объект находится в «статическом равновесии». «Статический» означает неподвижный или в состоянии покоя . Обычная физическая лаборатория заключается в том, чтобы подвесить объект на двух или более нитях и измерить силы, действующие под углом на объект, чтобы выдержать его вес.Состояние объекта анализируется с точки зрения сил, действующих на объект. Объект представляет собой точку на струне, на которую действуют три силы. См. Диаграмму справа. Если объект находится в состоянии равновесия, то результирующая сила, действующая на объект, должна быть 0 Ньютонов. Таким образом, если все силы складываются вместе как векторы, то результирующая сила (векторная сумма) должна быть 0 Ньютонов. (Напомним, что результирующая сила — это «векторная сумма всех сил» или результат сложения всех индивидуальных сил по направлению «голова к хвосту».Таким образом, можно построить точно нарисованную диаграмму сложения векторов для определения результата. Ниже приведены примеры данных для такой лаборатории.

Сила А Force B Force C

Величина

3.4 с.ш. 9.2 с.ш. 9.8 с.ш.

Направление

161 град. 70 град. 270 град.


Для большинства студентов результат был 0 Ньютонов (или, по крайней мере, очень близок к 0 Н).Это то, что мы ожидали — поскольку объект находился в состоянии равновесия, результирующая сила (векторная сумма всех сил) должна быть 0 Н.


Другой способ определения чистой силы (векторной суммы всех сил) включает использование тригонометрических функций для разделения каждой силы на ее горизонтальную и вертикальную составляющие. Как только компоненты известны, их можно сравнить, чтобы увидеть, сбалансированы ли вертикальные силы и горизонтальные силы.На диаграмме ниже показаны векторы A, B и C и их соответствующие компоненты. Для векторов A и B вертикальные компоненты могут быть определены с использованием синуса угла, а горизонтальные компоненты могут быть проанализированы с помощью косинуса угла. Величина и направление каждого компонента для выборочных данных показаны в таблице под диаграммой.


Данные в таблице выше показывают, что силы почти уравновешивают.Анализ горизонтальных компонентов показывает, что левый компонент A почти уравновешивает правый компонент B. Анализ вертикальных компонентов показывает, что сумма восходящих компонентов A + B почти уравновешивает нисходящий компонент C. Векторная сумма всех сил ( почти ) равна 0 Ньютону. Но как насчет разницы в 0,1 Н между направленными вправо и влево силами и разницы в 0,2 Н между восходящими и нисходящими силами? Почему компоненты силы только почти уравновешивают? Данные образца, используемые в этом анализе, являются результатом данных измерений на реальной экспериментальной установке.Разница между фактическими результатами и ожидаемыми результатами связана с ошибкой, возникшей при измерении силы A и силы B. Мы должны сделать вывод, что этот низкий предел экспериментальной ошибки отражает эксперимент с превосходными результатами. Можно сказать, что это «достаточно близко для работы правительства».


Анализ висящего знака

Приведенный выше анализ сил, действующих на объект в состоянии равновесия, обычно используется для анализа ситуаций, в которых участвуют объекты в состоянии статического равновесия.Наиболее распространенное применение включает анализ сил, действующих на знак, который находится в состоянии покоя. Например, рассмотрите картину справа, висящую на стене. Картина находится в состоянии равновесия, и поэтому все силы, действующие на картину, должны быть уравновешены. То есть все горизонтальные компоненты должны составлять 0 Ньютонов, а все вертикальные компоненты должны составлять 0 Ньютонов. Натяжение троса А влево должно уравновешивать натяжение троса В вправо, а сумма натяжения троса А и троса В вверх должна уравновешивать вес знака.

Предположим, что измеренное натяжение обоих кабелей составляет 50 Н, а угол, который каждый кабель образует с горизонталью, составляет 30 градусов. Какой вес у знака? На этот вопрос можно ответить, проведя силовой анализ с использованием тригонометрических функций. Вес знака равен сумме восходящих компонентов натяжения двух тросов. Таким образом, для определения этой вертикальной составляющей можно использовать тригонометрическую функцию. Схема и сопроводительные работы показаны ниже.


Поскольку каждый трос тянет вверх с силой 25 Н, общая сила тяги знака вверх составляет 50 Н. Следовательно, сила тяжести (также известная как вес) составляет 50 Н вниз. Знак весит 50 Н.

В вышеупомянутой задаче натяжение в тросе и угол , который трос образует с горизонталью, используются для определения веса знака.Идея в том, что натяжение, угол и вес связаны. Если известны любые два из этих трех, то третья величина может быть определена с помощью тригонометрических функций.

В качестве еще одного примера, иллюстрирующего эту идею, рассмотрим симметричный вывешивание знака, как показано справа. Если известно, что знак имеет массу 5 кг и если угол между двумя тросами составляет 100 градусов, то можно определить натяжение троса. Предполагая, что знак находится в состоянии равновесия (хорошее предположение, если он остается в состоянии покоя), два троса должны обеспечивать достаточную восходящую силу, чтобы уравновесить нисходящую силу тяжести.Сила тяжести (также известная как вес) составляет 49 Н (Fgrav = m * g), поэтому каждый из двух тросов должен тянуть вверх с силой 24,5 Н. Поскольку угол между кабелями составляет 100 градусов, каждый кабель должен составлять 50 градусов с вертикалью и 40 градусов с горизонталью. Набросок этой ситуации (см. Диаграмму ниже) показывает, что натяжение кабеля можно определить с помощью синусоидальной функции. Треугольник ниже иллюстрирует эти отношения.

Концептуальное мышление

Существует важный принцип, который вытекает из некоторых из выполненных выше тригонометрических вычислений .Принцип состоит в том, что по мере увеличения угла к горизонтали величина силы натяжения, необходимая для удержания знака в состоянии равновесия, уменьшается. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим картинку с напряжением 10 Ньютон, удерживаемую тремя разными ориентациями проводов, как показано на схемах ниже. В каждом случае для поддержки изображения используются два провода; каждый провод должен выдерживать половину веса знака (5 Н). Угол между проводами и горизонтом варьируется от 60 до 15 градусов. Используйте эту информацию и приведенную ниже диаграмму, чтобы определить натяжение проволоки для каждой ориентации.По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.


В заключение, равновесие — это состояние объекта, в котором все силы, действующие на него, уравновешены. В таких случаях чистая сила равна 0 Ньютонам. Зная силы, действующие на объект, тригонометрические функции могут использоваться для определения горизонтальных и вертикальных компонентов каждой силы. В случае равновесия все вертикальные компоненты должны уравновешиваться, а все горизонтальные компоненты должны уравновешиваться.


Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения «Назови этот вектор», интерактивного элемента «Сложение векторов» или «Интерактивной игры по угадыванию векторов».Все три интерактивных элемента можно найти в разделе «Интерактивная физика» нашего веб-сайта и обеспечить интерактивный опыт с навыком добавления векторов.


Проверьте свое понимание

Следующие вопросы предназначены для проверки вашего понимания ситуаций равновесия. Нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы на эти вопросы.

1.На стене висит следующая картина. Используйте тригонометрические функции, чтобы определить вес изображения.

2. Табличка внизу висит снаружи класса физики, рекламируя самую важную истину, которую можно найти внутри. Знак опирается на диагональный трос и жесткий турник. Если вывеска имеет массу 50 кг, определите натяжение диагонального троса, поддерживающего его вес.

3. Следующий знак можно найти в Гленвью. Знак имеет массу 50 кг. Определите натяжение тросов.

4. После последней доставки печально известный аист объявляет хорошие новости. Если знак имеет массу 10 кг, то какова сила натяжения в каждом тросе? Используйте тригонометрические функции и эскиз, чтобы помочь в решении.

5. Предположим, что ученик тянет с двумя большими силами (F 1 и F 2 ), чтобы поднять книгу весом 1 кг на двух тросах. Если кабели образуют угол в 1 градус с горизонталью, то каково натяжение кабеля?

6. СИЛА И ДВИЖЕНИЕ — II

6. СИЛА И ДВИЖЕНИЕ — II

Рисунок 6.1. Статическое трение.

Предположим, что горизонтальная сила F приложена к блоку, лежащему на шероховатой поверхности. поверхность (см. рисунок 6.1). Пока приложенная сила F меньше, чем определенное максимальное усилие (F max ), блок не будет двигаться. Это означает что результирующая сила, действующая на блок в горизонтальном направлении, равна нулю. Следовательно, помимо приложенной силы F, должна существовать вторая сила f, действующая на блоке. Сила f должна иметь силу, равную F, и она должна быть указывая в противоположном направлении.Эта сила f называется силой трения, и поскольку блок не двигается, мы имеем дело с static трение . Эксперименты показали, что сила статического трения равна в значительной степени не зависит от площади контакта и пропорциональна нормальной силе N действует между блоком и поверхностью. Сила трения покоя составляет

f <= u с Н

где u s — коэффициент трения покоя (который безразмерен).Коэффициент трения покоя составляет приблизительно постоянная (не зависящая от N). Максимальная сила, которую можно применить без перемещение блока

F max = u s N

Как только блок был приведен в движение, сила F, необходимая для его удержания. при движении с постоянной скоростью обычно меньше критической силы нужно было начать движение. В этой ситуации мы имеем дело с кинетическое трение и сила трения f k определяется как

f k = u k N

где u k — коэффициент кинетического трения .Кинетическая сила трения не зависит от приложенной силы, но всегда указывает в противоположном направлении. Уравнение для f k : not a векторное уравнение , поскольку f , k и N не указывают на одно и то же направление.

Примечание: Трение между автомобильными шинами и дорогой является статическим. Это трение имеет решающее значение, когда вы пытаетесь остановить машину. Поскольку максимальная статическая сила трения больше кинетической силы трения, автомобиль можно остановить быстрее всего, если мы предотвратим блокировку колес.Когда колеса блокируются, сила трения меняется на кинетическое трение (шины и земля движутся относительно друг друга), тем самым уменьшая ускорение и увеличение времени и продолжительности, необходимых для остановки автомобиля.

Пример задачи 6-1

На рис. 6.2 показан груз m на наклонном склоне. Под определенным углом [тета] масса начинает скатываться по склону. Рассчитайте коэффициент статики трение.

Рисунок 6.2. Система координат, использованная в примере задачи 1.

На рисунке 2 показана система координат, использованная в этой задаче. Обратите внимание, что с этот выбор системы координат, нормальная сила N и сила трения f иметь каждый только один компонент; N направлено по оси y, а f направлено по оси абсцисс. Поскольку это максимальный угол, под которым объект будет оставаться в покое, сила трения достигла максимального значения:

Поскольку объект находится в состоянии покоя, результирующая сила, действующая на объект, равна нулю:

С точки зрения составляющих результирующей силы по оси x и ось Y:

Коэффициент трения покоя можно легко получить из этих два уравнения:

Примечание Сила трения между автомобильными шинами и дорогой равна уменьшается при движении автомобиля в гору или под гору.Сложнее ехать в гору или под уклон, когда дорога скользкая, чем при движении по ровной поверхности.

Рисунок 6.3. Схема свободного тела для саней.

Пример задачи 6-3

Женщина тянет нагруженные санки (массой м) по горизонтальной поверхности с постоянной скорость. Коэффициент кинетического трения между полозьями и снегом равен u k , а угол между тросом и горизонтальной осью равен [фи] (см. рисунок 6.3). Какое натяжение веревки?

Поскольку салазки движутся с постоянной скоростью, результирующая сила на салазках должно быть равно нулю. Разложение чистой силы на составляющие по оси x и оси ординат, получаем следующие уравнения силы:

Второе уравнение можно использовать для исключения N:

Подставляя это выражение в первое уравнение, получаем:

Теперь можно рассчитать натяжение T:

Нормальная сила N всегда перпендикулярна поверхности.В двух предыдущих примерах задач нормальная сила N была пропорциональна вес объекта. Однако это не всегда так. Например, предположим Я прижимаю ластик к доске. Я спрашиваю себя, что это за минимальное усилие, которое мне нужно приложить, чтобы ластик не соскользнул ? Эта ситуация схематично показана на рисунке 6.4. Поскольку ластик находится на покоя, результирующая сила, действующая на него, должна быть равна нулю (и, следовательно, компоненты чистая сила в обоих направлениях x и y должна быть равна нулю):

Рисунок 6.4. Ластик на черной доске.

Второе уравнение говорит нам, что сила статического трения f s должно быть равно W. Это означает следующее для нормального сила N:

Однако нормальная сила N равна приложенной силе F. чтобы ластик не соскользнул, сила F должна превышать минимум порог:

Это соотношение показывает, что при увеличении массы ластика прилагаемая сила, необходимая для предотвращения соскальзывания ластика, будет увеличиваться ( минимальная сила пропорциональна массе).Этот пример также иллюстрирует ситуация, в которой нормальная сила не связана с массой объекта.

Рисунок 6.5. Задача 25П.

Проблема 25П

На рисунке 6.5 A и B — блоки с массой 44 Н и 22 Н, соответственно. (a) Определите минимальный вес блока C , который должен быть размещен на A , чтобы он не скользил, если u s между A и таблица 0.20. (b) Блок C внезапно отрывается от A . Каково ускорение блока A , если u k между A а таблица 0,15?

На верхнюю часть блока A помещается груз (блок C), предотвращающий его соскальзывание. Таким образом, ускорение системы составляет 0 м / с 2 . Как следствие, чистая сила на каждом блоке равна 0 Н. Для определения минимального веса блока C, необходимого для этого, мы начинаем оценивать чистую сила на каждом блоке.Силы, действующие на блок B, вес W B и натяжение T схематично показаны на рисунке 6.6. Чистая сила действие на блок B направлено по оси y и имеет величину, равную

Рисунок 6.6. Силы, действующие на блок Б.

Поскольку чистая сила, действующая на блок B, должна быть равна нулю, мы заключаем, что

T = W B

Силы, действующие на блоки A и C, показаны на рисунке 6.7. Чистая сила, действующая в направлении оси y, равна нулю и, следовательно,

N = W A + W C

Поскольку система остается в покое, результирующая сила, действующая на блок A и C вдоль оси x также должен быть равен нулю. Это означает, что статическое трение сила f s должна равняться натяжению T. Эксперименты показывают, что f s имеет максимальное значение, которое определяется нормальной силой N и коэффициент трения покоя u с

f с <= u с N = u с (W A + W C )

Минимальный вес блока C, который не позволит системе скольжение можно найти, потребовав, чтобы

u s (W A + W C )> = f s = Т = Ш В

и таким образом

Рисунок 6.7. Силы, действующие на блоки A и C.

Когда блок C удаляется, сила статического трения изменяется (так как нормальная сила изменена). Максимальная сила статического трения теперь составляет u s W A = 8,8 Н, что меньше веса блока B. Очевидно, блок А будет проскальзывать, и оба блока будут ускоряться. На данный момент сила трения, действующая на блок A, равна кинетической силе трения f k величина которой равна

f k = u k N = u k W A

Чистая сила, действующая на блок A, равна

.

Чистая сила, действующая на блок B, равна

.

Исключая напряжение T из этих двух последних уравнений, получаем для ускорение

Рисунок 6.8. Задача 36П.

Проблема 36П

Две массы, м 1 = 1,65 кг и м 2 = 3,30 кг, прикрепленные безмассовым стержнем параллельно наклонной плоскости, на которой они оба скользят (см. рис. 6.8), движутся по плоскости с м 1 висячая м 2 . Угол наклона составляет 30град .. Коэффициент кинетического трения между м 1 и наклон u 1 = 0.226; что между м 2 и наклон u 2 = 0,113. Вычислите (а) натяжение стержня и (б) общее ускорение двух масс. (c) Как бы ответы на (а) и (b) изменить, если м 2 прицепной м 1 ?

Силы, действующие на массу m 1 , схематически показаны на рисунке 6.9. Компоненты x и y чистой силы, действующей на m 1 , задаются формулой

Рисунок 6.9. Силы, действующие на т. 1 .

В выбранной системе координат ускорение по ось y. Следовательно, нормальная сила N 1 должна быть равна m 1 g cos ([тета]). Это фиксирует кинетическую силу трения

f 1k = u 1k N 1 = u 1k m 1 g cos ([тета])

Масса m 1 позволит ускоряться под горку с ускорением a.Ускорение a связано с x-составляющей чистой силы, действующей на масса м 1

Силы, действующие на массу m 2 схематически показаны на Рисунок 6.10. Сила трения f 2k , действующая на массу m 2 можно легко определить (см. расчет f 1k ):

f 2k = u 2k N 2 = u 2k m 2 g cos ([тета])

Дана x-компонента чистой силы, действующей на массу m 2 . по

и связано с ускорением массы m 2

Рисунок 6.10. Силы, действующие на м. 2 .

Теперь у нас есть два уравнения с двумя неизвестными (a и T). Устранение напряжения T из этих двух уравнений, мы получаем следующее выражение для

Подставляя значения заданных параметров, находим, что a = 3,62 м / с 2 . Теперь можно легко определить натяжение Т в стержне

что равно 1.06 Н. Если масса m 1 и масса m 2 перевернуты, мы все равно получим то же ускорение, но напряжение в стержень будет отрицательным (это означает, что стержень сжимается).

Сила трения, которую мы обсуждали до сих пор, действует, когда две поверхности соприкасаются. В сила, которая имеет тенденцию уменьшать скорость объектов, движущихся в воздухе, очень аналогична силе трения; эта сила называется силой сопротивления. Сопротивление сила D, действующая на объект, движущийся в воздухе, определяется соотношением

где A — эффективная площадь поперечного сечения тела, [rho] — плотность воздуха и v — скорость объекта.C — безразмерное сопротивление коэффициент, который зависит от формы объекта и значение которого обычно лежит в диапазоне от 0,5 до 1,0. Направление силы сопротивления против направления скорости.

Рисунок 6.11. Сила перетаскивания.

Из-за силы сопротивления падающее тело в конечном итоге упадет с постоянная скорость, так называемая конечная скорость v t . Когда объект движется со своей конечной скоростью v t результирующая сила, действующая на него должен быть равен нулю (отсутствие изменения скорости означает отсутствие ускорения).Это происходит, когда D = mg, а конечная скорость v t должна удовлетворять следующему отношение:

и v t рассчитывается как

Уравнение для v t показывает, что конечная скорость объект увеличивается с уменьшением полезной площади.

Конечная скорость объекта — это конечная скорость, которую он получает во время свободное падение.Объект получит эту скорость независимо от того, начальная скорость больше или меньше конечной скорости (см. рис. 6.11).

В главе 4 мы видели, что когда частица движется по кругу, она испытывает ускорение a, направленное к центру круга, с величина, равная

где v — скорость частицы, а r — радиус круг.Ускорение а называется центростремительным . разгон . Чтобы учесть центростремительное ускорение, На этот объект должна действовать центростремительная сила . Этот сила должна быть направлена ​​к центру круга и может быть рассчитана из второго закона Ньютона:

Примером равномерного кругового движения является движение Луны вокруг Земли. Предположим, что период этого движения равен T.Что говорит ли это нам о расстоянии r между Землей и Луной? В течение за один период Луна проходит общее расстояние, равное 2 пи. Скорость Луна, v м , можно рассчитать:

Соответствующая центростремительная сила составляет

Здесь мы предположили, что m m — масса Луны. В центростремительная сила обеспечивается гравитационным притяжением между землей и луна.В главе 15 мы увидим, что сила гравитационного взаимодействие можно рассчитать следующим образом:

где G — гравитационная постоянная, а m e — масса Земля. Для постоянного кругового движения сила тяжести должна обеспечить необходимую центростремительную силу:

Следовательно, расстояние между Землей и Луной может быть рассчитано:

Известно, что гравитационная постоянная G = 6.67 х 10 -11 m 3 / (с кг), а масса Земли известна как m e = 5.98 x 10 24 кг. Измеренный период Луны — 27,3 дня (2,3 х 10 6 с). Следовательно, расстояние между Луной и Землей может рассчитать:

r = 3,82 x 10 8 м

что хорошо согласуется с расстоянием, полученным с помощью других методов (например, измерение времени, за которое свет проходит от Земля на Луну и обратно).

Рисунок 6.12. Силы, действующие на автомобиль при повороте кривой без наклона.

Трение имеет решающее значение, если мы хотим обогнуть поворот за рулем автомобиля или велосипед. Это легко понять, если учесть силы, действующие на машина пока делает поворот. Предположим, что рассматриваемая машина делает поворот с радиусом R и скоростью v. На рисунке 6.12 показаны силы, действующие на автомобиль. Нет движения в вертикальном направлении, и результирующая сила в этом направление поэтому должно быть равно нулю.Для этого требуется, чтобы нормальная сила N равно весу автомобиля:

N = m g

На повороте машина совершает равномерное круговое движение. Соответствующее центростремительное ускорение этого движения равно

.

Чтобы автомобиль мог совершать это круговое движение, должен существовать радиальная сила с силой равной

Эта сила может создаваться только силой статического трения и поэтому мы требуем, чтобы

Сила статического трения f s имеет максимальное значение, равное u s N, что ограничивает скорость и радиус кривизны кривая, которую может выдержать автомобиль:

Делаем вывод, что машина сможет совершать поворот с радиусом R и скорость v, если коэффициент статического трения между шинами и дорогой это

Рисунок 6.13. Силы, действующие на автомобиль при повороте кривой.

Если дорога без трения (u s = 0) из-за покрытия льда, машина вообще не сможет объехать любую кривую. Чтобы избежать При таких проблемах повороты на автомагистралях обычно имеют вираж. Эффект кривые кривые можно легко понять. На рисунке 6.13 показаны силы действует на автомобиль, когда он поворачивает поворот на шоссе с наклоном. Мы Предположим, что между шинами и дорогой нет трения.Нормальный сила N имеет составляющие как по радиальной, так и по вертикальной осям. С нет движения в вертикальном направлении, результирующая сила вдоль вертикальная ось должна быть равна нулю. Для этого необходимо, чтобы

и фиксирует нормальную силу N

Радиальная составляющая нормальной силы определяется как

.

Эта составляющая нормальной силы может вызвать радиальное ускорение. требуется, чтобы позволить автомобилю проходить поворот даже при отсутствии трения.Если автомобилю необходимо обогнуть кривую радиусом R и скоростью v, нам потребуется что

или

Это последнее уравнение показывает, что угол крена автострады равен рассчитан на определенную скорость и радиус кривизны.

Пример задачи 6-9

Конический маятник вращается по горизонтальному кругу с постоянной скоростью v при конец шнура длиной L.Шнур составляет угол [тета] с вертикальный. Какой период у маятника?

Маятник схематично показан на рисунке 6.14. Поскольку маятник совершая равномерное круговое движение, ускорение маятника должно направьте к центру круга (направление вдоль вектора положения r) а величина ускорения равна v 2 / r, где v — скорость маятника, а r — радиус окружности.Чистая сила в поэтому горизонтальная плоскость всегда должна быть направлена ​​к центру круг и имеют силу, определенную вторым законом Ньютона.

Выбранная система координат такова, что начало координат совпадает с центром окружности, описывающей движение маятника. Поскольку горизонтальный компонент силы всегда направлен к центру, который мы будем использовать ось r (а не ось x). Ось Y совпадает с вертикальной направление (см. рисунок 6.14). Поскольку y-координата боба постоянна, ускорение в направлении y должно быть нулевым. Чистая сила в этом направлении поэтому должен быть равен нулю:

Это выражение позволяет рассчитать натяжение T:

Теперь можно определить чистую силу в радиальном направлении:

Рисунок 6.14. Пример задачи 6-9.

Теперь можно рассчитать центростремительное ускорение a:

Из радиуса траектории R и центростремительного ускорения a скорость объекта можно вычислить:

Период T может быть вычислен по известной скорости v и радиусу R:

Для L = 1,7 м и [theta] = 37deg. период T = 2.3 с.

Пример задачи 6-10

Кадиллак массы m движется с постоянной скоростью v по криволинейной проезжая часть с радиусом кривизны R. Каков минимум коэффициент трения покоя u с между шинами и дорожным полотном ?

Рисунок 6.15. Пример задачи 6-10.

Ситуация схематично показана на рисунке 6.15. Поскольку есть нет ускорения в направлении оси y, результирующая сила в этом направлении должна быть ноль:

Центростремительная сила F c определяется по формуле:

.

В этой ситуации центростремительная сила обеспечивается статическим сила трения.Если проскальзывания не происходит, максимальная сила статического трения должна превышают требуемую центростремительную силу:

Минимальный коэффициент трения покоя может быть получен из этого уравнение:

Если скорость автомобиля составляет 72 км / ч (20 м / с) и радиус кривизна R = 190 м, минимальное значение коэффициента трения покоя составляет 0,21. Обратите внимание, что масса автомобиля в расчет не входит, а поэтому коэффициент трения одинаков для всех объектов, движущихся с одинаковым скорость.Минимальный коэффициент статического трения масштабируется с квадратом скорость; уменьшение скорости в два раза уменьшит минимальный коэффициент трения в четыре раза.

Проблема 58E

Каскадер ведет машину по вершине холма, поперечное сечение которого можно аппроксимировать окружностью радиуса 250 м. Какая максимальная скорость у на котором он может проехать, не съезжая с дороги на вершине холма?

Автомобиль не покинет дорогу на вершине холма, если чистая радиальная сила воздействуя на него, можно обеспечить необходимое центростремительное ускорение.Единственный радиальный Силы, действующие на автомобиль, — это сила тяжести и нормальная сила (см. Рисунок 6.16). Чистая радиальная сила F r , действующая на автомобиль, равна на номер

Рисунок 6.16. Силы действуют на машину.

F r = W — N

Поскольку нормальная сила N всегда направлена ​​вдоль положительной оси y, радиальная сила никогда не превысит вес W автомобиля. Это поэтому также ограничивает центростремительную силу и, следовательно, скорость автомобиля.

Максимальную скорость автомобиля теперь легко определить

Предположим, автомобиль движется со скоростью менее 178 км / ч. В Теперь можно вычислить нормальную силу N, которая будет функцией скорости v. Если автомобиль совершает равномерное круговое движение, то мы знаем, что чистая радиальная на него должна действовать сила, величина которой равна mv 2 / R.Чистая радиальная сила, действующая на автомобиль, равна W — N. Мы заключаем, что

или

Проблема 60P

Небольшой предмет помещается в 10 см от центра фонографа. Проигрыватель. Наблюдается, что он остается на столе, когда он вращается на 33 1/3. оборотов в минуту, но соскальзывает, когда он вращается со скоростью 45 оборотов в минуту. минута. В каких пределах должен быть коэффициент трения покоя между предмет и поверхность поворотного стола лежат?

Объект расположен на расстоянии R от оси вращения.Во время одного оборот объект преодолевает расстояние 2 пи R. Если один оборот завершен за время T линейную скорость объекта можно получить с помощью следующее уравнение:

Чтобы объект совершал такое равномерное круговое движение, он должен обеспечивать радиальную силу величиной, равной

Единственная радиальная сила, действующая на объект, — это статическое трение. сила.Сила трения f s имеет максимальное значение

.

Если объект остается на столе, коэффициент статического трения должно удовлетворять следующему соотношению:

В этой задаче расстояние до оси вращения составляет 0,1 м. Блок остается на столе, когда он вращается со скоростью 33 1/3 об / мин. Этот соответствует 1 обороту за 1,80 с, а линейная скорость равна 0.35 м / с. Это означает, что коэффициент статического трения должен быть не менее 0,12. Когда стол вращается со скоростью 45 об / мин, блок покидает стол. Из этого следует коэффициент статического трения менее 0,22


Отправляйте комментарии, вопросы и / или предложения по электронной почте на адрес [email protected] и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса.

Скольжение — Физика тела: движение к метаболизму

Скольжение происходит, когда трение между ступнями и поверхностью ходьбы недостаточно велико для предотвращения скольжения задней ступни при отталкивании или скольжения передней ступни, когда она пытается замедлить поступательное движение вашего центра тяжести).Вместе нормальная сила и трение () создают силы, необходимые для поддержки тела и поддержания равновесия. Например, трение не дает костылям выскользнуть наружу, если они не держатся в вертикальном положении. Трение также необходимо для передвижения, например, ходьбы и бега, как мы узнаем в разделе «Передвижение».

Трение между костылями и полом не позволяет костылям мальчика выскользнуть наружу, даже если они не удерживаются вертикально. Эта фотография 1942 года, сделанная Фрицем Хенле, была подписана «Обучение медсестер.Используя книжку с картинками в качестве приманки, физиотерапевт побуждает юную жертву детского паралича [полиомиелита] научиться пользоваться своими костылями ». Полиомиелит был эффективно искоренен в Соединенных Штатах с помощью вакцины против полиомиелита, первоначально разработанной Джонусом Солком, «который никогда не запатентовал вакцину и не заработал денег на своем открытии, предпочитая, чтобы ее распространяли как можно шире». Существует два типа вакцин, которые могут предотвратить полиомиелит: инактивированная полиовакцина (ИПВ) и пероральная полиовакцина (ОПВ).С 2000 года в США используется только ИПВ, и 99% детей, получивших все рекомендованные дозы вакцины, будут защищены от полиомиелита.

Трение () — это сила, препятствующая скольжению поверхностей друг относительно друга. Потрите ладони вместе, сопротивление, которое вы чувствуете, — это трение. Дополняет нормальную силу, которая направлена ​​только перпендикулярно поверхностям, трение направлено только параллельно поверхностям. Две поверхности должны соприкасаться, чтобы возникло трение, поэтому вы не сможете получить трение без нормальной силы.Фактически сила трения пропорциональна нормальной силе.

Усиление деятельности

Потрите ладони вместе. Теперь сильно сожмите ладони вместе и попробуйте сдвинуть их одновременно.

Теперь нормальная сила больше, вызывая пропорциональное увеличение силы трения.

Силы трения всегда препятствуют скольжению. Трение возникает частично из-за шероховатости соприкасающихся поверхностей, как видно на увеличенном виде. Чтобы объект мог двигаться, он должен подняться до того места, где пики могут проскакивать по нижней поверхности.Таким образом, сила требуется только для того, чтобы привести объект в движение. Некоторые вершины будут сломаны, что также потребует силы для поддержания движения. Большая часть трения на самом деле возникает из-за сил притяжения между молекулами, составляющими два объекта, так что даже гладкие поверхности не свободны от трения. Шероховатость и сцепление поверхностей определяют коэффициенты трения (μ).

Кинетическое трение

Кинетическое трение () действует всякий раз, когда две поверхности скользят друг мимо друга, и обычно величина кинетического трения не зависит от относительной скорости между скользящими поверхностями.Если объект скользит, но нет другой силы, толкающей объект, чтобы удерживать его, кинетическое трение в конечном итоге остановит скользящий объект. (Толкните объект, чтобы он скользнул по полу и в конце концов остановился. Это кинетическое трение в действии).

Статическое трение

В отличие от кинетического трения, трение покоя не имеет постоянной величины. Вместо этого регулируется статическое трение, чтобы предотвратить скольжение поверхностей, но это возможно только до максимального значения.Если сила, необходимая для предотвращения скольжения, превышает максимальное значение статического трения, объект будет скользить, и кинетическое трение возьмет верх. Статическое трение больше кинетического. Следующий график зависимости силы от времени демонстрирует процесс «освобождения» от статического трения между двумя поверхностями. График был создан путем измерения силы, которую ученики прикладывали к коробке, лежащей на столе, путем натягивания веревки, привязанной к коробке.

Сила тяги, приложенная к ящику на столе.Студенты сначала тянули легко, затем становились все сильнее, пока ящик не начал скользить, а затем тянули вправо, чтобы ящик двигался с постоянной скоростью. Обратите внимание, что по мере того, как ученики тянут сильнее, ящик еще не двигается, а это означает, что статическое трение реагирует и становится больше, чтобы предотвратить скольжение. Максимальная сила статического трения 6,4 Н достигается до того, как коробка начинает скользить и вступает в силу кинетическое трение. Мы видим, что в этой точке сила падает, а это означает, что ученики должны были уменьшить силу тяги до 5.5 N , чтобы просто сбалансировать кинетическое трение и поддерживать постоянную скорость. Это показывает, что кинетическое трение меньше трения покоя. Эти данные были получены студентами физического факультета Umpqua Community College Либби Фрегосо и Маккензи Кэрриер.

Выберите моделирование трения из набора моделирования, чтобы увидеть, как ведет себя статическое и кинетическое трение.

Коэффициент трения

Теперь мы знаем, что сила трения пропорциональна нормальной силе и что существует два типа трения: статическое и кинетическое.Последняя концепция, влияющая на трение, — это шероховатость или, альтернативно, гладкость двух поверхностей. Коэффициент трения () — это безразмерное число, которое оценивает шероховатость и обычно определяется экспериментально. Сила статического трения больше, чем кинетическая сила трения, потому что больше, чем. Взгляните на приведенную ниже таблицу коэффициентов статического и кинетического трения. Вы можете найти больше значений в этой огромной таблице коэффициентов статического трения.

Таблица статических и кинетических коэффициентов трения для различных пар поверхностей
Резина на сухом бетоне 1.0 0,7
Резина на мокром бетоне 0,7 0,5
Дерево по дереву 0,5 0,3
Вощеная древесина на мокром снегу 0,14 0,1
Металл по дереву 0,5 0,3
Сталь на стали (сухая) 0,6 0,3
Сталь на стали (промасленная) 0.05 0,03
Тефлон на стали 0,04 0,04
Кость смазана синовиальной жидкостью 0,016 0,015
Туфли по дереву 0,9 0,7
Обувь на льду 0,1 0,05
Лед на льду 0,1 0,03
Сталь на льду 0,4 0.02

Обратите внимание, что в таблице всегда указаны две поверхности; у вас должны быть две поверхности, чтобы определить. Когда кто-то задает вопрос типа «что такое лед?» обычно они имеют в виду между льдом и льдом, но лучше не задавать таких вопросов и всегда ссылаться на две поверхности.

Расчет сил трения

Мы можем суммировать все, что мы узнали о трении, в двух уравнениях, которые связывают силы трения с коэффициентом трения для двух поверхностей и нормальной силой, действующей на поверхности:

Макс. статическое трение до выпуска:

(1)

Кинетическое трение при движении:

(2)

Повседневный пример: проверка физических способностей пожарного

Кандидаты в пожарные должны пройти тест на физические способности (PAT), который включает перетаскивание манекена по полу.В PAT для города Линкольн Небраска указано, что кандидаты должны перетащить манекен в человеческом обличье весом 170 фунтов на 25 футов вокруг бочки, а затем обратно через начальную точку на общее расстояние 50 футов за шесть минут или меньше. Кандидаты могут тащить манекен только с помощью ремня безопасности, прикрепленного к манекену, и не могут нести манекен.

Испытание проводится на полированном бетонном полу. Коэффициент статического трения между хлопчатобумажной одеждой и полированным бетоном равен 0.5. Если кандидат тянет обвязку вертикально вверх с силой 70 фунтов , какую горизонтальную тяговую силу должен приложить кандидат, чтобы заставить манекен двигаться?

Манекен начинает работу в статическом равновесии, поэтому мы знаем, что результирующая сила должна быть равна нулю как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Во-первых, давайте проанализируем вертикальное направление: если кандидат тянет веревку вертикально вверх с силой 70 фунтов , тогда пол должен обеспечивать нормальную силу 100 фунтов для поддержки манекена.

Теперь давайте проанализируем горизонтальное направление: статическое трение будет соответствовать любой горизонтальной силе, которую обеспечивает кандидат, но в противоположном направлении, так что манекен остается в статическом равновесии до тех пор, пока сила статического трения не превысит максимальную силу статического трения. Это сила, которую кандидат должен применить, чтобы заставить манекен двигаться, так что давайте это выясним. У нас есть коэффициент трения, и мы уже нашли нормальную силу, поэтому мы готовы:

После того, как манекен начинает движение, возникает кинетическое трение, поэтому мы можем использовать его для расчета кинетической силы трения.Эта сила меньше максимальной силы статического трения, поэтому для удержания манекена в движении потребуется меньшее усилие, чем для его запуска.

Упражнения с подкреплением

Человек цепляется за столб огня на детской площадке. «Firepole» от Donkeysforever, через Wikimedia Commons находится в общественном достоянии

Уравнения статического и кинетического трения представляют собой эмпирические модели, описывающие поведение сил трения. Хотя эти формулы очень полезны для практических целей, они не имеют статуса законов или принципов.Фактически, есть случаи, когда эти уравнения даже не являются хорошими приближениями. Например, ни одна из формул не является точной для поверхностей, которые хорошо смазаны или скользят на высоких скоростях. Если не указано иное, мы не будем касаться этих исключений.

Оптимальное прогнозирование в статистике сетчатки и естественного движения

  • 1.

    Адельсон, Э.Х., Берген, Дж.Р .: Пленоптическая функция и элементы раннего зрения. Группа видения и моделирования, Медиа-лаборатория, Массачусетский технологический институт (1991)

  • 2.

    Алинк, А., Швидрзик, К.М., Колер, А., Сингер, В., Макли, Л .: Предсказуемость стимулов снижает ответы в первичной зрительной коре. J. Neurosci. 30 (8), 2960–2966 (2010)

    Артикул Google ученый

  • 3.

    Атик, Дж. Дж., Редлих, А. Н .: Что сетчатка знает о естественных сценах? Neural Comput. 4 (2), 196–210 (1992)

    Артикул Google ученый

  • 4.

    Attneave, F .: Некоторые информационные аспекты визуального восприятия. Psychol. Ред. 61 (3), 183–193 (1954)

    Артикул Google ученый

  • 5.

    Айтекин М., Виктор Дж.Д., Руччи М .: Визуальный сигнал сетчатки при естественной фиксации без головы. J. Neurosci. 34 (38), 12701–12715 (2014)

    Артикул Google ученый

  • 6.

    Барлоу, Х.Б .: Суммирование и торможение в сетчатке лягушки. J. Physiol. 119 (1), 69–88 (1953)

    Артикул Google ученый

  • 7.

    Барлоу, Х.Б .: Возможные принципы, лежащие в основе преобразования сенсорных сообщений. Сенсорная коммуникация, 217–234 (1961)

  • 8.

    Бастос, А.М., Усрей, В.М., Адамс, Р.А., Мангун, Г.Р., Фрис, П., Фристон, К.Дж .: Канонические микросхемы для прогнозирующего кодирования. Нейрон 76 (4), 695–711 (2012)

    Артикул Google ученый

  • 9.

    Белл А.Дж., Сейновски Т.Дж .: Независимые компоненты естественных сцен — это краевые фильтры. Vis. Res. 37 (23), 3327–3338 (1997)

    Артикул Google ученый

  • 10.

    Бергер Т .: Теория скоростных искажений. Энциклопедия телекоммуникаций. Прентис-Холл, Энглвудские скалы (1971)

    Google ученый

  • 11.

    Берри, М.Дж., Бриванлу, И.Х., Джордан, Т.А., Мейстер, М .: Ожидание движущихся стимулов сетчаткой. Природа 398 (6725), 334–8 (1999)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 12.

    Берри, М.Дж., Шварц, Г.: Прогнозы в мозгу: использование нашего прошлого для создания будущего. Сетчатка как воплощение предсказаний о визуальном мире. Oxford University Press, Oxford (2011)

    Google ученый

  • 13.

    Бялек, В., Неменман, И., Тишбы, Н .: Предсказуемость, сложность и обучаемость. Neural Comput. 13 (11), 2409–2463 (2001)

    Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 14.

    Биалек, В., де Руйтер ван Стивенинк, Р.Р., Тишби, Н .: Эффективное представление как принципы проектирования для нейронного кодирования и вычислений. В: Proceedings of the International Symposium on Information Theory 2006 (arXiv: 0712.4381 [q-bio.NC] (2007)) (2006)

  • 15.

    Биллок В.А., де Гусман Г.К., Келсо Дж.С.: Фрактальное время и 1 / f-спектры в динамических изображениях и человеческом зрении. Phys. D 148 (1), 136–146 (2001)

    Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 16.

    Бурлин М., Маченс К.К., Денев С .: Кодирование с предсказанием динамических переменных в сетях со сбалансированными выбросами. PLoS Comput. Биол. 9 (111), e1003258 (2013)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 17.

    Бреннер, Н., Стронг, С.П., Коберле, Р., Биалек, В., де Рейтер ван Стивенинк, Р.Р .: Синергия в нейронном коде. Neural Comput. 12 (7), 1531–1552 (2000)

    Артикул Google ученый

  • 18.

    Cadieu, C.F., Olshausen, B.A .: Изучение промежуточных представлений формы и движения из фильмов с естественными движениями. Neural Comput. 24 (4), 827–866 (2012)

    Артикул Google ученый

  • 19.

    Чечик, Г., Глоберсон, А., Тишби, Н., Вайс, Ю.: Информационное узкое место для гауссовской переменной. JMLR 6 , 165–188 (2005)

    MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 20.

    Чичильнский, Э .: Простой анализ белого шума световых ответов нейронов. Сеть 12 (2), 199–213 (2001)

    Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 21.

    Creutzig, F., Глоберсон, А., Тишби, Н .: Информационное узкое место прошлого и будущего в динамических системах. Phys. Ред. E 79 (4), 041925 (2009)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 22.

    Кроуэлл, Дж. А., Бэнкс, М. С., Шеной, К. В., Андерсен, Р. А.: Визуальное восприятие собственного движения при поворотах головы. Nature Neurosci. 1 (8), 732–737 (1998)

    Артикул Google ученый

  • 23.

    Дэн Ю., Атик Дж. Дж., Рейд Р. К.: Эффективное кодирование естественных сцен в латеральном коленчатом ядре: экспериментальная проверка вычислительной теории. J. Neurosci. 16 (10), 3351–3362 (1996)

    Google ученый

  • 24.

    Денев, С .: Байесовские импульсные нейроны i: вывод. Neural Comput. 20 (1), 91–117 (2008)

    Артикул MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 25.

    den Ouden, H.E., Daunizeau, J., Roiser, J., Friston, K.J., Stephan, K.E .: Ошибка прогнозирования полосатого тела модулирует кортикальную связь. J. Neurosci. 30 (9), 3210–3219 (2010)

    Артикул Google ученый

  • 26.

    Дои, Э., Готье, Дж. Л., Филд, Г. Д.: Эффективное кодирование пространственной информации в сетчатке приматов. J. Neurosci. 32 (46), 16256–16264 (2012)

    Артикул Google ученый

  • 27.

    Донг Д.В., Атик Дж.Дж .: Статистика естественных изменяющихся во времени изображений. Сеть 6 (3), 345–358 (1995)

    Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 28.

    Донг, Д. У., Атик, Дж. Дж.: Временная декорреляция: теория запаздывающих и не запаздывающих ответов в латеральном коленчатом ядре. Сеть 6 (2), 159–178 (1995)

    Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 29.

    Голлиш Т., Мейстер М .: Глаз умнее, чем считали ученые: нейронные вычисления в цепях сетчатки. Нейрон 65 (2), 150–164 (2010)

    Артикул Google ученый

  • 30.

    Häusler, C., Susemihl, A .: Машина Больцмана с ограниченным временным автокодированием. Препринт arXiv arXiv: 1210.8353 (2012)

  • 31.

    Häusler, C., Susemihl, A., Nawrot, M.P .: Последовательности естественных изображений ограничивают динамические рецептивные поля и подразумевают разреженный код.Brain Res. 1536 , 53–67 (2013)

    Артикул Google ученый

  • 32.

    Хосоя Т., Баккус С.А., Мейстер М .: Динамическое прогнозирующее кодирование сетчаткой глаза. Природа 436 (7047), 71–77 (2005)

    Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 33.

    Ху, К., Виктор, Д.Д .: Набор пространственно-временных стимулов высокого порядка, которые вызывают движение и обратное восприятие фи.J. Vis. 10 (3), 9 (2010)

    Артикул Google ученый

  • 34.

    Кастнер, Д. Б., Баккус, С. А.: Пространственная сегрегация адаптации и прогнозирующая сенсибилизация в ганглиозных клетках сетчатки. Нейрон 79 (3), 541–554 (2013)

    Артикул Google ученый

  • 35.

    Килнер, Дж. М., Фристон, К. Дж., Фрит, К. Д.: Предиктивное кодирование: учет системы зеркальных нейронов.Cogn. Процесс. 8 (3), 159–166 (2007)

    Артикул Google ученый

  • 36.

    Куанг, X., Полетти, М., Виктор, Д.Д., Руччи, М .: Временное кодирование пространственной информации во время активной визуальной фиксации. Curr. Биол. 22 (6), 510–514 (2012)

    Артикул Google ученый

  • 37.

    Мукерджи, Т., Баттифарано, М., Симончини, К., Осборн, Л.К .: Совместные сенсорные оценки для восприятия движений человека и отслеживания движений глаз.J. Neurosci. 35 (22), 8515–8530 (2015)

    Артикул Google ученый

  • 38.

    Накая Ю., Харашима Х .: Компенсация движения на основе пространственных преобразований. IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. 4 (3), 339–356 (1994)

    Артикул Google ученый

  • 39.

    Ницани Е.И., Виктор Дж.Д .: Статистика сигналов локального движения в натуралистических фильмах.J. Vis. 14 (4), 1–15 (2014)

    Статья Google ученый

  • 40.

    Ольсхаузен, Б.А., Филд, Д.Дж .: Статистика естественных изображений и эффективное кодирование *. Сеть 7 (2), 333–339 (1996)

    Артикул Google ученый

  • 41.

    Ölveczky, Б.П., Баккус, С.А., Мейстер, М .: Сегрегация объекта и фонового движения в сетчатке. Природа 423 (6938), 401–408 (2003)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 42.

    Палмер С.Е., Марре О., Берри М.Дж., Биалек В.: Прогностическая информация в сенсорной популяции. Proc. Natl. Акад. Sci. 112 (22), 6908–6913 (2015)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 43.

    Пухалла, Дж. Л., Шнайдман, Э., Харрис, Р. А., Берри, М. Дж .: Избыточность в популяционном коде сетчатки. Нейрон 46 (3), 493–504 (2005)

    Артикул Google ученый

  • 44.

    Рао, Р.П., Баллард, Д.Х .: Предиктивное кодирование в зрительной коре: функциональная интерпретация некоторых внеклассических эффектов рецептивного поля. Nature Neurosci. 2 (1), 79–87 (1999)

    Статья Google ученый

  • 45.

    Руччи, М., Виктор, Дж.Д .: Нестабильный глаз: этап обработки информации, а не ошибка. Trends Neurosci. 38 (4), 195–206 (2015)

    Статья Google ученый

  • 46.

    Рудерман, Д.Л .: Истоки масштабирования в естественных изображениях. Vision Res. 37 (23), 3385–3398 (1997)

    Артикул Google ученый

  • 47.

    Сареми, С., Сейновски, Т.Дж .: Иерархическая модель естественных изображений и происхождение масштабной инвариантности. Proc. Natl. Акад. Sci. 110 (8), 3071–3076 (2013)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый

  • 48.

    Шварц, Г., Харрис, Р., Шром, Д., Берри, М.Дж .: Обнаружение и прогнозирование периодических паттернов сетчаткой. Nature Neurosci. 10 (5), 552–554 (2007)

    Артикул Google ученый

  • 49.

    Шварц, Г., Тейлор, С., Фишер, К., Харрис, Р., Берри, М.Дж .: Синхронное возбуждение ганглиозных клеток сетчатки сигнализирует об изменении движения. Нейрон 55 (6), 958–969 (2007)

    Артикул Google ученый

  • 50.

    Сегал, И.Ю., Гилади, К., Гедалин, М., Руччи, М., Бен-Тов, М., Кушинский, Ю., Мокейчев, А., Сегев, Р.: Декорреляция реакции сетчатки на естественные сцены фиксационные движения глаз. Proc. Natl. Акад. Sci. 112 (10), 3110–3115 (2015)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 51.

    Шеннон, К.Э .: Математическая теория коммуникации. Bell Sys. Tech. J 27 (379–423), 623–656 (1948)

    Артикул MathSciNet Google ученый

  • 52.

    Сперинг, М., Гегенфуртнер, К.Р .: Влияние контекста на восприятие движения и плавное отслеживание движений глаз. Brain Res. 1225 , 76–85 (2008)

    Артикул Google ученый

  • 53.

    Сринивасан, М.В., Лафлин, С.Б., Дубс, А.: Предиктивное кодирование: новый взгляд на торможение в сетчатке. Proc. R. Soc. Lon. B 216 (1205), 427–459 (1982)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 54.

    Сринивасан, Р., Рао, К.: Кодирование с предсказанием на основе эффективной оценки движения. IEEE Trans. Commun. 33 (8), 888–896 (1985)

    Артикул Google ученый

  • 55.

    Стивенс, Г.Дж., Мора, Т., Ткачик, Г., Биалек, В .: Статистическая термодинамика природных изображений. Phys. Rev. Lett. 110 (1), 018701 (2013)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • 56.

    Тишби, Н., Перейра, Ф. К., Биалек, В .: Метод информационного узкого места. In: Proceedings of the 37th Annual Allerton Conference on Communication, Control and Computing, 37 (arXiv: Physics / 0004057 (2000)), 368–377 (1999)

  • 57.

    van Hateren, JH, van der Schaaf, A .: Фильтры независимых компонентов естественных изображений по сравнению с простыми клетками первичной зрительной коры. Proc. R. Soc. Lon. B 265 (1394), 359–366 (1998)

    Артикул Google ученый

  • 58.

    Wacongne, C., Changeux, J.P., Dehaene, S .: нейронная модель прогнозирующего кодирования, учитывающая негативность несоответствия. J. Neurosci. 32 (11), 3665–3678 (2012)

    Артикул Google ученый

  • 59.

    Уоллес, Д.Дж., Гринберг, Д.С., Савински, Дж., Рулла, С., Нотаро, Г., Керр, Дж. Н .: Крысы поддерживают бинокулярное поле над головой за счет постоянного слияния. Природа 498 (7452), 65–69 (2013)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Почему статическое трение больше кинетического?

    Твердые поверхности подвержены двум типам трения: статическому и кинетическому.Статическое трение действует, когда поверхности неподвижны — представьте коробку на полу. Статическое трение — это то, что удерживает ящик от движения без толчка, и его необходимо преодолеть с помощью достаточной силы сопротивления, прежде чем ящик сдвинется. Кинетическое трение (также называемое динамическим трением) — это сила, которая сопротивляется относительному перемещению поверхностей , когда они находятся в движении .

    Статическое трение между двумя поверхностями всегда выше, чем кинетическое трение (по крайней мере, в практических, реальных приложениях).Но почему это? Чтобы выяснить это, давайте посмотрим на причины каждого типа трения.


    Статическое трение

    Существует несколько теорий относительно причин статического трения, и, как и большинство концепций, связанных с трением, каждая из них оказывается верной при одних условиях, но не работает при других обстоятельствах. Для реальных приложений (особенно связанных с промышленным оборудованием и управлением движением) две наиболее широко распространенные теории статического трения связаны с микроскопической шероховатостью поверхностей.

    Статическое трение удерживает коробку от движения до тех пор, пока приложенная сила (F) не превысит силу статического трения (f s ).

    Независимо от того, насколько «идеально» поверхность обработана, обработана и очищена, на ней неизбежно будут неровности — по сути, «шероховатости», состоящие из пиков и впадин, как на горном хребте. (Технически «пики» — это неровности.) Когда две поверхности соприкасаются, может показаться, что у них есть большая, четко определенная область контакта, но на самом деле контакт происходит только в определенных местах, то есть там, где мешают неровности обеих поверхностей.Сумма этих небольших площадей контакта между неровностями называется «реальной» или «эффективной» площадью контакта.

    Поскольку эти отдельные области контакта очень малы, давление (давление = сила ÷ площадь) между поверхностями в этих точках очень велико. Это экстремальное давление обеспечивает адгезию между поверхностями посредством процесса, известного как холодная сварка, который происходит на молекулярном уровне. Прежде чем поверхности смогут двигаться относительно друг друга, связи, вызывающие это сцепление, должны быть разорваны.

    Поскольку поверхности микроскопически шероховатые, с неровностями и впадинами, реальная площадь контакта между ними намного меньше видимой площади контакта.

    Кроме того, шероховатость поверхностей означает, что в некоторых местах неровности одной поверхности переходят в углубления другой поверхности — другими словами, поверхности будут сцепляться. Эти взаимосвязанные области должны быть разрушены или пластически деформированы, прежде чем поверхности смогут двигаться. Другими словами, должно произойти истирание.

    Итак, в большинстве случаев статическое трение вызывается как адгезией, так и истиранием контактирующих поверхностей.


    Кинетическое трение

    Преодоление статического трения между двумя поверхностями по существу устраняет как молекулярные препятствия (холодная сварка между неровностями), так и, в некоторой степени, механические препятствия (интерференция между неровностями и впадинами поверхностей) движению. После начала движения некоторое истирание продолжает происходить, но на гораздо более низком уровне, чем при статическом трении.А относительная скорость между поверхностями обеспечивает недостаточное время для дополнительной холодной сварки (за исключением случая чрезвычайно низкой скорости).

    Как только статическое трение будет преодолено, коробка переместится. Теперь движение встречного трения намного меньше и называется кинетическим трением (F k ).

    Поскольку большая часть адгезии и истирания преодолевается, чтобы вызвать движение, сопротивление движению между поверхностями снижается, и теперь поверхности движутся под действием кинетического трения, которое намного ниже, чем трение покоя.


    Допущения относительно трения

    Трение — это невероятно сложная сила, которая проявляется по-разному в разных условиях, что затрудняет выражение в терминах физических законов и математических уравнений. Однако есть три предположения относительно трения, которые применимы в большинстве реальных ситуаций:

    1. Сила трения пропорциональна нормальной силе.
    2. Сила трения не зависит от видимой площади контакта.
    3. Сила трения не зависит от относительной скорости.

    Вы могли заметить, что предположение № 2 (трение не зависит от площади контакта), кажется, противоречит представленной ранее идее о том, что, поскольку точки контакта между неровностями очень малы, давление между поверхностями велико и адгезия (посредством холодной сварки ), что увеличивает трение. Но обратите внимание, что предположение № 2 определяет «видимую» область контакта.

    Используя пример коробки сверху: Предположим, вы перемещаете содержимое коробки в другую коробку с большей площадью основания.Масса (и, следовательно, нормальная сила) не изменилась, но видимая площадь контакта увеличилась. Несмотря на большую видимую площадь контакта, сила трения остается той же, что и прогнозируется в предположении №2.


    Почему при качении возникает трение?
    Теоретически мяч имеет точечный контакт с поверхностью. Но на самом деле мяч (и / или поверхность) деформируется из-за нагрузки, и площадь контакта становится эллиптической.
    Изображение предоставлено: SKF

    Обратите внимание, что приведенное выше обсуждение относится к несмазываемым поверхностям скольжения.Теоретически поверхности качения, такие как поверхности большинства подшипников вращения и линейного перемещения (кроме подшипников скольжения), не должны испытывать сил трения. Но в реальных условиях трение на поверхностях качения вызывают три фактора:

    1. Микроскальзывание между поверхностями (поверхности скользят относительно друг друга)
    2. Неупругие свойства (т.е. деформация) материалов
    3. Шероховатость поверхностей
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *