三、常見力與基本力

1．工程技術中幾種常見的力

（1）重力

處于地面附近質量為m的物體，要受到地球的吸引，由此而產生的力稱為重力。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論處于靜止或運動狀態，都會受到重力的作用。所以，在分析物體受力情況時，必須考慮物體所受重力作用。

重力的方向是豎直向下的。

重力的作用點稱為重心。一個物體的各部分都要受到重力的作用。從效果上看，我們可以認為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫做物體的重心。質量均勻分布的物體（均勻物體），重心的位置只跟物體的形狀有關。有規則形狀的物體，它的重心就在幾何中心上，例如，均勻細直棒的中心在棒的中點，均勻球體的重心在球心，均勻圓柱的重心在軸線的中點。不規則物體的重心，可以用懸掛法來確定，且不一定在物體上。

（2）彈性力

宏觀物體由于形變而產生的力稱為彈性力。例如彈簧在形變時產生的彈性力，在彈性限度內遵從胡克定律。

式中x——表示彈簧的伸長量或壓縮量；

k——彈簧的勁度系數，由彈簧的材料決定。

公式（4-2）中，負號表示彈簧彈力F的方向總是反抗彈簧的伸長或壓縮，即與形變的方向相反。

通過對各種物質彈力的測量，也可以得出彈力的大小和被拉伸物質之間長度成近似正態分布。例如，紙張在不同拉力的作用下，由于拉伸所引起長度變化就滿足上述規律，圖4-5為紙張拉力及伸長變化圖。從圖4-5中可以看出在力作用的開始階段，拉力和紙張的變形近似成正比。

通過計算可得到應變力ε。

應變力=增加的長度/原來的長度

各種材料除了在拉伸長度方面值得關注外，在截面與壓力大小關系上也值得關注。通過對力F作用在單位面積上來測試受壓物質面積變化，作用在單位面積上的力稱為壓強，用p表示。

在印刷技術中，通常將壓強稱為印刷壓力，可用單位面積的千克力來表示，單位為kg/cm2。在實際操作過程中有時為了表示方便，又采用橡皮布的壓縮量來表示壓力，如0.1mm。在同一臺印刷機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。紙張壓強與應變效果如圖4-6所示。

而在卷筒紙印刷中，紙張在長度方向抗張強度的優劣會對印刷機的張力設置起到至關重要的影響，抗張強度好的紙張對于卷筒紙印刷來說無疑會帶來諸多正面影響。當然紙張抗張強度總是有限的，因此在印刷中要依據具體的情況來設定壓力。另外在印刷中我們可以看到經過印刷和未經過印刷的紙張，如凸版、書刊印刷或凹印紙張都有明顯的區別。例如，不同的紙張表現出來的性質也很不一樣，比如新聞紙的彈性就好于銅版紙，這也代表了材料的一個重要特征。

（3）摩擦力

兩個相互接觸的物體沿接觸面發生相對滑動時，在接觸面之間產生的一對阻礙相對運動的力，稱為滑動摩擦力。實驗證明，滑動摩擦力fk與接觸面上的壓力N成正比，即：

式中μk——滑動摩擦系數。

μk的數值決定于兩物體的質料和表面情況（粗糙程度、干濕程度等），而且也與物體間的相對速度有關。在大多數情況下，μk隨速度的增大而減小，最后達到某一穩定值。滑動摩擦力的方向總與相對運動方向相反。

兩個相互接觸的物體雖未發生相對運動，但沿接觸面有相對運動的趨勢時，在接觸面之間產生一對阻止相對運動趨勢的力，稱為靜摩擦力。靜摩擦力是一個大小和方向都可變的力，但存在一個極大值fs,max，稱為最大靜摩擦力。實驗證明，最大靜摩擦力也與正壓力N成正比，即

式中μs—— 靜摩擦系數，其值取決于兩物體的質料和表面情況。

對于同一對接觸面，μk<μs，而且μk、μs一般都小于1，幾種材料的摩擦系數如表4-1所示。

表4-1所列出的為工業生產中常用材料間的摩擦系數。在印刷工業中這種摩擦現象也是普遍的。比如說一臺印刷機中成百上千的軸承間存在滑動摩擦，對于印刷工作者來說，如何保證良好的潤滑，降低摩擦系數，以提高生產效率和延長機器壽命，是一個重要的任務。而對于膠印機中的傳墨輥則依靠串墨輥等的摩擦來帶動其運轉，因此在它們之間則需要有一定的摩擦力，在輪轉印刷中也同樣常采用承印物來帶動一些導紙輥，這些都是摩擦在實際中的應用。

2．基本的自然力

事實上，自然界的力遠非所介紹的這幾種。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）在本質上有什么聯系呢？近代科學表明，自然界的所有力都可以歸為四種基本的力：萬有引力、弱力、電磁力及強力。下面對它們作一簡單介紹。

萬有引力：所有物體之間都有相互吸引作用，牛頓將此稱為萬有引力。其大小滿足牛頓的萬有引力定律。

式中G——引力常數，數值為6.67×10-11N·m2·kg-2；

m和M——質點的引力質量；

r——m相對于M的位置矢量。

公式（4-7）中的負號表示F的方向與r方向相反。

弱力：一般稱為弱相互作用。它存在于微觀粒子之間，但僅在粒子間的某些反應（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。兩個靜止的點電荷間的電力服從庫侖定律；運動電荷間既有電力又有磁力。電力和磁力具有同一本源。

強力：又稱強相互作用。存在于原子核內質子、中子等之間的作用力，是短程力。兩個相鄰質子間的強力可達104牛頓。

自然界的四種基本力由弱到強依次為萬有引力，弱力，電磁力和強力。