У класичній механіці доводиться мати справу з гравітаційними і електромагнітними силами, пружними силами і силами тертя.
Сила тяжіння, сила реакції і вага тіла
Поблизу поверхні Землі всі тіла падають з однаковим прискоренням, званому прискоренням вільного падіння, його позначають - g. В системі відліку пов'язаної з Землею, на всяке тіло діє сила P = mg - звана силою тяжіння. Сила тяжіння приблизно дорівнює гравітаційній силі.
Сили, з якими на даний тіло діють тіла, що обмежують його рух, називаються силами реакції або реакціями.
Домовимося позначати сили реакції - R.
Якщо тіло покласти на опору або підвісити, то воно буде спочивати щодо Землі. Сила тяжіння врівноважується силою реакції підвісу або опори (рис 12.1.)
Ріс.12.1. Сили реакції - R і тяжкості - P = mg.
Вага тіла - це сила, з якою тіло діє на підвіс або опору внаслідок гравітаційного тяжіння до Землі - G.
За третім законом Ньютона:
Мал. 12.2. Сили тяжіння - P, реакції - R, ваги тіла - G
Вага тіла - G і сила тяжіння - P дорівнюють один одному, але прикладені до різних тіл: вага до підвісу або опорі, а сила тяжіння до самого тіла, якщо підвіс або опора спочивають, або рухаються без прискорення. Якщо ж підвіс або опора рухаються з прискоренням, то G ¹ P. Стан невагомості виникне тоді, коли, наприклад, ліфт обірвався б і став падати з прискоренням - g, а G = 0.
Сила тертя перешкоджає ковзанню дотичних тіл відносно один одного. Сили тертя можуть бути різної природи, але в результаті їх дії механічна енергія завжди перетворюється у внутрішню енергію дотичних тіл. Тертя поділяють на зовнішнє (сухе) і внутрішньо (рідке або в'язке).
Зовнішнім тертям називають тертя, що виникає при відносному переміщенні двох дотичних твердих тіл (тертя ковзання). Сухе тертя - тертя кочення і ковзання.
Дослідним шляхом французькі фізики Г. Амонтон (1663-1705) і Ш. Кулон (1736 - 1806) встановили наступний закон.
Сила тертя ковзання пропорційна силі нормального тиску, з якою одне тіло діє на інше:
де m-коефіцієнт тертя ковзання, що залежить від властивостей дотичних поверхонь, m - безрозмірна величина, що є функцією швидкості;
N - сила нормального тиску.
Сила тертя кочення визначається за законом Кулона:
де r радіус котиться тіла; m кач - коефіцієнт тертя кочення, N - сила нормального тиску. В СІ [m кач] = 1 м.
Внутрішні тертя спостерігається при відносному переміщенні частин одного і того ж суцільного тіла. На тіло, що рухається у в'язкому (рідкої або газоподібної) середовищі, діє сила, що гальмує його рух. Шари середовища, що безпосередньо стикаються з тілом, рухаються разом з тілом як єдине ціле. Сила в'язкого тертя виникає між цими і зовнішніми щодо їх шарами. Тиск на різні ділянки тіла, що рухається виявляється неоднаковим. Результуюча сил тиску має складову, спрямовану протилежно швидкості. При невеликих швидкостях: