- 印刷物理
- 胡維友等
- 2142字
- 2020-06-18 17:54:04
三、常見(jiàn)力與基本力
1.工程技術(shù)中幾種常見(jiàn)的力
(1)重力
處于地面附近質(zhì)量為m的物體,要受到地球的吸引,由此而產(chǎn)生的力稱(chēng)為重力。若用G表示重力,則有:

式中g——重力加速度,其值為9.8 N/kg。
地球表面一切物體無(wú)論處于靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài),都會(huì)受到重力的作用。所以,在分析物體受力情況時(shí),必須考慮物體所受重力作用。
重力的方向是豎直向下的。
重力的作用點(diǎn)稱(chēng)為重心。一個(gè)物體的各部分都要受到重力的作用。從效果上看,我們可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn),這一點(diǎn)叫做物體的重心。質(zhì)量均勻分布的物體(均勻物體),重心的位置只跟物體的形狀有關(guān)。有規(guī)則形狀的物體,它的重心就在幾何中心上,例如,均勻細(xì)直棒的中心在棒的中點(diǎn),均勻球體的重心在球心,均勻圓柱的重心在軸線(xiàn)的中點(diǎn)。不規(guī)則物體的重心,可以用懸掛法來(lái)確定,且不一定在物體上。
(2)彈性力
宏觀物體由于形變而產(chǎn)生的力稱(chēng)為彈性力。例如彈簧在形變時(shí)產(chǎn)生的彈性力,在彈性限度內(nèi)遵從胡克定律。

式中x——表示彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量;
k——彈簧的勁度系數(shù),由彈簧的材料決定。
公式(4-2)中,負(fù)號(hào)表示彈簧彈力F的方向總是反抗彈簧的伸長(zhǎng)或壓縮,即與形變的方向相反。
通過(guò)對(duì)各種物質(zhì)彈力的測(cè)量,也可以得出彈力的大小和被拉伸物質(zhì)之間長(zhǎng)度成近似正態(tài)分布。例如,紙張?jiān)诓煌Φ淖饔孟拢捎诶焖痖L(zhǎng)度變化就滿(mǎn)足上述規(guī)律,圖4-5為紙張拉力及伸長(zhǎng)變化圖。從圖4-5中可以看出在力作用的開(kāi)始階段,拉力和紙張的變形近似成正比。

圖4-5 紙張拉力及長(zhǎng)度變化圖
通過(guò)計(jì)算可得到應(yīng)變力ε。
應(yīng)變力=增加的長(zhǎng)度/原來(lái)的長(zhǎng)度

各種材料除了在拉伸長(zhǎng)度方面值得關(guān)注外,在截面與壓力大小關(guān)系上也值得關(guān)注。通過(guò)對(duì)力F作用在單位面積上來(lái)測(cè)試受壓物質(zhì)面積變化,作用在單位面積上的力稱(chēng)為壓強(qiáng),用p表示。

在印刷技術(shù)中,通常將壓強(qiáng)稱(chēng)為印刷壓力,可用單位面積的千克力來(lái)表示,單位為kg/cm2。在實(shí)際操作過(guò)程中有時(shí)為了表示方便,又采用橡皮布的壓縮量來(lái)表示壓力,如0.1mm。在同一臺(tái)印刷機(jī)上印刷不同的承印材料要求的壓力值不同,例如銅版紙要求壓力平均值為7.5 kg/cm2,膠版紙要求10 kg/cm2,普通紙12 kg/cm2。紙張壓強(qiáng)與應(yīng)變效果如圖4-6所示。

圖4-6 紙張壓強(qiáng)與應(yīng)變效果圖
而在卷筒紙印刷中,紙張?jiān)陂L(zhǎng)度方向抗張強(qiáng)度的優(yōu)劣會(huì)對(duì)印刷機(jī)的張力設(shè)置起到至關(guān)重要的影響,抗張強(qiáng)度好的紙張對(duì)于卷筒紙印刷來(lái)說(shuō)無(wú)疑會(huì)帶來(lái)諸多正面影響。當(dāng)然紙張抗張強(qiáng)度總是有限的,因此在印刷中要依據(jù)具體的情況來(lái)設(shè)定壓力。另外在印刷中我們可以看到經(jīng)過(guò)印刷和未經(jīng)過(guò)印刷的紙張,如凸版、書(shū)刊印刷或凹印紙張都有明顯的區(qū)別。例如,不同的紙張表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)也很不一樣,比如新聞紙的彈性就好于銅版紙,這也代表了材料的一個(gè)重要特征。
(3)摩擦力
兩個(gè)相互接觸的物體沿接觸面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí),在接觸面之間產(chǎn)生的一對(duì)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力,稱(chēng)為滑動(dòng)摩擦力。實(shí)驗(yàn)證明,滑動(dòng)摩擦力fk與接觸面上的壓力N成正比,即:

式中μk——滑動(dòng)摩擦系數(shù)。
μk的數(shù)值決定于兩物體的質(zhì)料和表面情況(粗糙程度、干濕程度等),而且也與物體間的相對(duì)速度有關(guān)。在大多數(shù)情況下,μk隨速度的增大而減小,最后達(dá)到某一穩(wěn)定值。滑動(dòng)摩擦力的方向總與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。
兩個(gè)相互接觸的物體雖未發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),但沿接觸面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí),在接觸面之間產(chǎn)生一對(duì)阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力,稱(chēng)為靜摩擦力。靜摩擦力是一個(gè)大小和方向都可變的力,但存在一個(gè)極大值fs,max,稱(chēng)為最大靜摩擦力。實(shí)驗(yàn)證明,最大靜摩擦力也與正壓力N成正比,即

式中μs—— 靜摩擦系數(shù),其值取決于兩物體的質(zhì)料和表面情況。
對(duì)于同一對(duì)接觸面,μk<μs,而且μk、μs一般都小于1,幾種材料的摩擦系數(shù)如表4-1所示。
表4-1 幾種材料的摩擦系數(shù)一覽表

表4-1所列出的為工業(yè)生產(chǎn)中常用材料間的摩擦系數(shù)。在印刷工業(yè)中這種摩擦現(xiàn)象也是普遍的。比如說(shuō)一臺(tái)印刷機(jī)中成百上千的軸承間存在滑動(dòng)摩擦,對(duì)于印刷工作者來(lái)說(shuō),如何保證良好的潤(rùn)滑,降低摩擦系數(shù),以提高生產(chǎn)效率和延長(zhǎng)機(jī)器壽命,是一個(gè)重要的任務(wù)。而對(duì)于膠印機(jī)中的傳墨輥則依靠串墨輥等的摩擦來(lái)帶動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn),因此在它們之間則需要有一定的摩擦力,在輪轉(zhuǎn)印刷中也同樣常采用承印物來(lái)帶動(dòng)一些導(dǎo)紙輥,這些都是摩擦在實(shí)際中的應(yīng)用。
2.基本的自然力
事實(shí)上,自然界的力遠(yuǎn)非所介紹的這幾種。除了我們能看到的宏觀相互作用外,還有微觀粒子之間的相互作用。如此眾多的力(相互作用)在本質(zhì)上有什么聯(lián)系呢?近代科學(xué)表明,自然界的所有力都可以歸為四種基本的力:萬(wàn)有引力、弱力、電磁力及強(qiáng)力。下面對(duì)它們作一簡(jiǎn)單介紹。
萬(wàn)有引力:所有物體之間都有相互吸引作用,牛頓將此稱(chēng)為萬(wàn)有引力。其大小滿(mǎn)足牛頓的萬(wàn)有引力定律。

式中G——引力常數(shù),數(shù)值為6.67×10-11N·m2·kg-2;
m和M——質(zhì)點(diǎn)的引力質(zhì)量;
r——m相對(duì)于M的位置矢量。
公式(4-7)中的負(fù)號(hào)表示F的方向與r方向相反。
弱力:一般稱(chēng)為弱相互作用。它存在于微觀粒子之間,但僅在粒子間的某些反應(yīng)(如β-衰變)中才顯示出它的重要性。是短程力,很弱。
電磁力:是指帶電粒子或帶電的宏觀物體間的相互作用。兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷間的電力服從庫(kù)侖定律;運(yùn)動(dòng)電荷間既有電力又有磁力。電力和磁力具有同一本源。
強(qiáng)力:又稱(chēng)強(qiáng)相互作用。存在于原子核內(nèi)質(zhì)子、中子等之間的作用力,是短程力。兩個(gè)相鄰質(zhì)子間的強(qiáng)力可達(dá)104牛頓。
自然界的四種基本力由弱到強(qiáng)依次為萬(wàn)有引力,弱力,電磁力和強(qiáng)力。