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。

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。

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。