Rodzaje sił w przyrodzie. Encyklopedia szkolna. Schematyczne oznaczenie sił działających na ciało

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że podjęliśmy się przytłaczającego i nierozwiązywalnego zadania: na Ziemi i poza nią istnieje nieskończona liczba ciał. Inaczej wchodzą w interakcję. Na przykład kamień spada na Ziemię; lokomotywa elektryczna ciągnie pociąg; stopa piłkarza uderza w piłkę; ebonitowy kij noszony na futrze przyciąga lekkie kawałki papieru (ryc. 3.1, a); magnes przyciąga opiłki żelaza (ryc. 3.1, b)", przewodnik z prądem obraca igłę kompasu (ryc. 3.1, c); Księżyc i Ziemia oddziałują i razem oddziałują ze Słońcem; gwiazdy i układy gwiezdne oddziałują na siebie , itp. ... itd. Takim przykładom nie ma końca.Wydaje się, że w przyrodzie istnieje nieskończona ilość oddziaływań (sił)!Okazuje się, że nie!
Cztery rodzaje sił
W bezkresnych przestrzeniach Wszechświata, na naszej planecie, w jakiejkolwiek substancji, w organizmach żywych, w atomach, w jądrach atomowych i w świecie cząstek elementarnych spotykamy się z manifestacją tylko czterech rodzajów sił: grawitacyjnej, elektromagnetycznej, silny (jądrowy) i słaby.
Siły grawitacyjne lub uniwersalne siły grawitacyjne działają między wszystkimi ciałami - wszystkie ciała są przyciągane do siebie. Ale to przyciąganie jest znaczące tylko wtedy, gdy przynajmniej jedno z oddziałujących ciał jest tak duże jak Ziemia lub Księżyc. W przeciwnym razie siły te są tak małe, że można je pominąć.
Siły elektromagnetyczne działają między cząstkami, które mają ładunki elektryczne. Zakres ich działalności jest szczególnie szeroki i różnorodny. W atomach, cząsteczkach, ciałach stałych, ciekłych i gazowych, organizmach żywych siły elektromagnetyczne są głównymi. Ich rola w jądrach atomowych jest ogromna.
Zakres sił jądrowych jest bardzo ograniczony. Mają zauważalny wpływ tylko wewnątrz jąder atomowych (tj. w odległościach rzędu 10~12 cm). Już przy odległościach międzycząsteczkowych rzędu 10-11 cm (tysiąc razy mniejszych od wielkości atomu - 10~8 cm) nie pojawiają się wcale.
Słabe oddziaływania pojawiają się na jeszcze mniejszych odległościach. Powodują przemiany cząstek elementarnych w siebie.
Siły jądrowe są najpotężniejsze w przyrodzie. Jeśli natężenie sił jądrowych przyjmiemy jako jedność, to natężenie sił elektromagnetycznych wyniesie 10~2, siły grawitacyjne - 10~40, oddziaływania słabe - 10~16.
Trzeba powiedzieć, że tylko oddziaływania grawitacyjne i elektromagnetyczne można uznać za siły w sensie mechaniki Newtona. Oddziaływania silne (jądrowe) i słabe ujawniają się na tak małych odległościach, kiedy prawa mechaniki Newtona, a wraz z nimi pojęcie siły mechanicznej, tracą swoje znaczenie. Jeśli w tych przypadkach używa się również terminu „siła”, to tylko jako synonim słowa „interakcja”.
Siły w mechanice
W mechanice zwykle mamy do czynienia z siłami grawitacji, siłami sprężystości i siłami tarcia.
Nie będziemy tutaj rozważać elektromagnetycznej natury siły sprężystości i siły tarcia. Za pomocą eksperymentów można poznać warunki powstawania tych sił i wyrazić je ilościowo.
W przyrodzie występują cztery rodzaje sił. W mechanice badane są siły grawitacyjne i dwa rodzaje sił elektromagnetycznych - siły sprężyste i siły tarcia.

Wyślij swoją dobrą pracę w bazie wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej

Autonomiczna edukacja federalna

Instytucja nauczania wyższego

„National Research Tomsk Polytechnic University”

Instytut Cybernetyki

Kierunek studiów: Mechatronika i Robotyka

Dział: Zintegrowany systemy komputerowe kierownictwo

abstrakcyjny

na temat:" Siły w przyrodzie"

Ukończone przez: Siergiejew A.S.

Otrzymano: profesor nadzwyczajny EF Krawczenko N.S.

Tomsk - 2016

Wstęp

Współczesne osiągnięcia fizyki wysokich energii coraz bardziej utwierdzają mnie w przekonaniu, że różnorodność właściwości Natury wynika z oddziaływań cząstek elementarnych. Najwyraźniej niemożliwe jest podanie nieformalnej definicji cząstki elementarnej, ponieważ rozmawiamy o najbardziej podstawowych elementach materii. Na poziomie jakościowym możemy powiedzieć, że obiekty fizyczne nie mają części składowe.

Oczywiście kwestia elementarności obiektów fizycznych jest przede wszystkim kwestią eksperymentalną. Na przykład ustalono eksperymentalnie, że cząsteczki, atomy, jądra atomowe mają wewnętrzną strukturę wskazującą na obecność części składowych. Dlatego nie można ich uważać za cząstki elementarne. Niedawno odkryto, że cząstki, takie jak mezony i bariony, również mają strukturę wewnętrzną, a zatem nie są elementarne. W tym samym czasie elektron Struktura wewnętrzna nigdy nie został zaobserwowany, a zatem można go przypisać cząstkom elementarnym. Innym przykładem cząstki elementarnej jest kwant światła - foton.

Współczesne dane eksperymentalne wskazują, że jakościowo są tylko cztery różnego rodzaju oddziaływania, w których uczestniczą cząstki elementarne. Te interakcje nazywane są fundamentalnymi, czyli najbardziej podstawowymi, początkowymi, pierwotnymi. Jeśli weźmiemy pod uwagę całą różnorodność właściwości otaczającego nas Świata, to wydaje się całkowicie zaskakujące, że w Naturze istnieją tylko cztery podstawowe interakcje odpowiedzialne za wszystkie zjawiska Natury.

Oprócz różnic jakościowych, fundamentalne interakcje różnią się ilościowo pod względem siły oddziaływania, którą charakteryzuje termin intensywność. Wraz ze wzrostem intensywności podstawowe oddziaływania układają się w następującej kolejności: grawitacyjne, słabe, elektromagnetyczne i silne. Każde z tych oddziaływań charakteryzuje się odpowiednim parametrem, zwanym stałą sprzężenia, której wartość liczbowa określa intensywność oddziaływania.

W jaki sposób obiekty fizyczne wchodzą ze sobą w fundamentalne interakcje? Jakościowo odpowiedź na to pytanie jest następująca. Podstawowe oddziaływania są przenoszone przez kwanty.

Jednocześnie w polu kwantowym oddziaływaniom fundamentalnym odpowiadają odpowiadające im cząstki elementarne, zwane cząstkami elementarnymi - nośnikami oddziaływań. W procesie interakcji obiekt fizyczny emituje cząstki - nośniki interakcji, które są pochłaniane przez inny Obiekt fizyczny. Prowadzi to do tego, że obiekty wydają się odczuwać siebie nawzajem, swoją energię, naturę ruchu, zmianę stanu, czyli doświadczają wzajemnego oddziaływania.

We współczesnej fizyce wysokich energii coraz większego znaczenia nabiera idea unifikacji oddziaływań fundamentalnych. Zgodnie z ideami unifikacji, w Naturze istnieje tylko jedna podstawowa interakcja, która przejawia się w konkretne sytuacje jako grawitacyjne, lub jako słabe, lub jako elektromagnetyczne, lub jako silne, lub jako ich kombinacja. Pomyślne wdrożenie idei unifikacji polegało na stworzeniu już standardowej zunifikowanej teorii oddziaływań elektromagnetycznych i słabych. Trwają prace nad opracowaniem jednolitej teorii oddziaływań elektromagnetycznych, słabych i silnych, zwanej teorią wielkiej unifikacji. Podejmowane są próby znalezienia zasady unifikacji wszystkich czterech podstawowych oddziaływań.

C muł

Prędkość ciała względem Ziemi zmienia się, gdy działają na nie inne ciała. Na przykład:

Kiedy człowiek pcha wózek, wprawia go w ruch. W takim przypadku prędkość wózka będzie się zmieniać pod wpływem siły ludzkiej ręki.

Rozważ inny przykład:

Kiedy ręka wchodzi w interakcję z piłką, obserwujemy, że zwoje sprężyny zaczynają się poruszać, a sprężyna jest ściśnięta. Puszczając, zobaczymy, jak sprężyna, prostując się, wprawia piłkę w ruch. Początkowo ciałem aktorskim była tutaj ludzka ręka. Potem była wiosna.

We wszystkich powyższych przykładach przyczyną zmiany prędkości ciała było działanie wywierane na nie przez inne ciała. Miarą tego działania jest wektor wielkość fizyczna zwany zmuszać.

Siła jest wielkością wektorową, podobnie jak inne wielkości wektorowe. Siła charakteryzuje się nie tylko wartością liczbową, ale także jej kierunkiem.

Siła jest zwykle oznaczana literą F.

Jeśli na ciało nie jest przyłożona żadna siła (F = 0), oznacza to, że nie ma na nie żadnego wpływu, a zatem prędkość takiego ciała względem Ziemi się nie zmienia. Jeśli przeciwnie, siła F? 0, to ciało doświadcza pewnego uderzenia, a jego prędkość się zmienia. W tym przypadku im większa siła F, tym bardziej znacząco zmienia się prędkość ciała względem Ziemi.

Jednostką siły w układzie SI jest niuton . H to siła, która zmienia prędkość ciała o masie 1 kg o 1 m/s w ciągu 1 sekundy. Ta jednostka nosi imię wielkiego naukowca I. Newtona.

Rozważ najsłynniejsze siły.

siła wypadkowa

Zwykle na każde poruszające się ciało oddziałuje jednocześnie nie jedno, ale kilka otaczających ciał.

Na przykład: Kiedy ciało spada, oddziałuje na nie nie tylko ziemia, ale także powietrze.

Kiedy kilka ciał działa na punkt materialny, ich akcja ogólna charakteryzuje się zrównoważoną siłą.

Istnieje kilka zasad znajdowania siły wypadkowej.

1) Jeżeli na ciało działają dwie siły F(1) i F(2) skierowane wzdłuż jednej prostej w jednym kierunku, to ich wypadkową F oblicza się ze wzoru

W tym przypadku kierunek siły wypadkowej pokrywa się z kierunkiem przyłożonych sił

2) Jeżeli na ciało działają dwie siły F(1) i F(2) skierowane wzdłuż jednej prostej w przeciwnych kierunkach, to w punkcie F

F(1) > F(2) ich wypadkowa F znajduje się na podstawie wzoru

fa = fa(1) - fa(2).

Kierunek siły wypadkowej w tym przypadku pokrywa się z kierunkiem największej z przyłożonych sił. Jeżeli dodatkowo F(1) = F(2), to ich wypadkowa F będzie równa zero. W takim przypadku ciało spoczynkowe pozostanie w spoczynku, a ciało poruszające się wykona równomierne i ruch prostoliniowy z szybkością, jaką miał.

O dwóch siłach, równych co do wielkości i skierowanych wzdłuż tej samej linii prostej w przeciwnych kierunkach, mówią, że równoważą się lub kompensują. Wypadkowa F takich sił jest zawsze równa zeru i dlatego nie może zmienić prędkości ciała.

Aby zmienić prędkość ciała względem Ziemi, konieczne jest, aby wypadkowa wszystkich sił działających na to ciało była różna od zera. W przypadku, gdy ciało porusza się w kierunku działania siły wypadkowej, jego prędkość wzrasta; podczas ruchu w przeciwnym kierunku prędkość ciała maleje.

Siła grawitacji

Dlaczego ciało rzucone w kierunku poziomym po kilku sekundach ląduje na ziemi?

Dlaczego ciało uwolnione z rąk spada?

Zjawiska te mają jeden powód - przyciąganie Ziemi.

Nazywa się siła przyciągania do ziemi powaga. Siła ciężkości skierowana jest pionowo w dół. Kiedy ciało spada pod wpływem przyciągania do Ziemi, oddziałuje na nie nie tylko Ziemia, ale także inne wpływy. W przypadkach, gdy siła oporu powietrza jest znikoma w porównaniu z siłą grawitacji, nazywamy upadek ciała darmowy.

Aby określić siłę grawitacji, należy pomnożyć masę tego ciała przez przyspieszenie swobodnego spadania:

Z wzoru tego wynika, że ​​g = F(T)/m. Ale F(T) jest mierzone w niutonach, a m w kilogramach. Dlatego wartość g można zmierzyć w niutonach na kilogram:

g \u003d 9,8 N / kg? 10 N / kg.

Wraz ze wzrostem wysokości nad Ziemią przyspieszenie swobodnego spadania stopniowo maleje. Spadek przyspieszenia swobodnego spadania oznacza, że ​​siła grawitacji również maleje wraz ze wzrostem wysokości nad Ziemią. Im dalej ciało znajduje się od Ziemi, tym słabiej je przyciąga.

Siła sprężystości

Wszystkie ciała w pobliżu Ziemi są dotknięte jej przyciąganiem. Pod wpływem grawitacji na Ziemię spadają krople deszczu i płatki śniegu.

Ale kiedy krople leżą na dachu, są przyciągane przez Ziemię, ale nie przechodzą ani nie spadają przez dach, ale pozostają w spoczynku. Co chroni przed upadkiem? Dach. Działa na krople z siłą równą grawitacji, ale skierowaną w przeciwnym kierunku.

Rozważmy jeden przykład. Pokazano tablicę spoczywającą na dwóch stojakach. Jeśli ciało zostanie umieszczone na środku, to pod działaniem grawitacji ciało zacznie przepychać się przez deskę, ale po kilku minutach przestanie. W tym przypadku siła grawitacji stanie się zrównoważoną siłą działającą na ciało od strony zakrzywionej deski i skierowaną pionowo do góry. Ta siła nazywa się siła sprężystości.

Siła sprężystości powstaje podczas odkształcenia. Odkształcenie to zmiana kształtu lub wielkości ciała. Jednym z rodzajów deformacji jest zginanie. Im bardziej podpora się wygina, tym większa jest siła sprężystości działająca od tej podpory na ciało. Zanim ciało (ciężar) zostało umieszczone na desce, siła ta nie występowała. W miarę przesuwania się ciężaru, który coraz bardziej wyginał podporę, siła sprężystości również rosła. W momencie zatrzymania ciężarka siła sprężystości osiągnęła siłę grawitacji, a ich wypadkowa stała się równa zeru.

Jeśli na podporze położymy wystarczająco lekki przedmiot, to jego odkształcenie może okazać się na tyle nieznaczne, że nie zauważymy zmiany kształtu podpory. Ale deformacja nadal będzie! Wraz z nim zadziała również siła sprężysta, zapobiegająca upadkowi ciała znajdującego się na tym wsporniku. W takich przypadkach (gdy deformacja ciała jest niezauważalna, a zmianę wielkości podpory można pominąć) siła sprężystości nazywana jest wsparcie siły reakcji.

Jeśli zamiast podpory zastosowano jakiś rodzaj zawieszenia (nić, lina, drut, pręt itp.), wówczas przymocowany do niego przedmiot również może być utrzymywany w spoczynku. Siła grawitacji tutaj również zostanie zrównoważona przez przeciwnie skierowaną siłę sprężystości. W tym przypadku siła sprężystości wynika z faktu, że zawieszenie jest rozciągane pod działaniem przyczepionego do niego ładunku. rozciąganie inny rodzaj zniekształceń.

Naukowiec R. Hooke wniósł wielki wkład w badanie siły sprężystości. Prawo Hooke'a mówi:

Siła sprężystości, które występuje, gdy ciało jest rozciągane lub ściskane, jest proporcjonalne do jego wydłużenia.

Jeżeli wydłużenie ciała, tj. zmiana jego długości, oznaczona przez x, a siły sprężystości - przez F (sterowanie), to zgodnie z prawem Hooke'a można podać następującą postać matematyczną:

gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności, zwanym sztywnością ciała. Każde ciało ma swoją własną sztywność. Im większa sztywność ciała (sprężyny, drutu, pręta itp.), tym mniej zmienia ono swoją długość pod działaniem danej siły.

Jednostką sztywności w układzie SI jest niuton na metr (1 N/m).

Masy ciała

Ciągle mówimy: „waży 50 kilogramów” itp. Ale nie wiemy, że popełniamy błąd. Waga jest to miara bezwładności ciała, tego, jak ciało reaguje na przyłożone do niego działanie lub samo oddziałuje na inne ciała. ORAZ masy ciała to siła, z jaką ciało działa na poziomą podporę lub pionowe zawieszenie pod wpływem ziemskiej grawitacji.

Masę mierzy się w kilogramach, a masę ciała, jak każdą inną siłę, w niutonach. Ciężar ciała ma kierunek, jak każda siła, i jest wielkością wektorową. Masa nie ma kierunku i jest wielkością skalarną.

Ciężar ciała, podobnie jak siła grawitacji, jest skierowany w dół.

Masa ciała jest zwykle oznaczana literą P.

Wzór na masę ciała w fizyce jest zapisany w następujący sposób:

gdzie m - masa ciała

Ale pomimo zbieżności wzoru i kierunku grawitacji, istnieje poważna różnica między grawitacją a masą ciała. Grawitacja jest przykładana do ciała, to znaczy z grubsza to ona naciska na ciało, a ciężar ciała przykładany jest do podpory lub zawieszenia, to znaczy tutaj ciało już naciska na zawieszenie lub podporę .

Ale naturą istnienia grawitacji i ciężaru ciała jest to samo przyciąganie Ziemi. Ściśle mówiąc, ciężar ciała jest konsekwencją siły grawitacji przyłożonej do ciała. I podobnie jak grawitacja, masa ciała maleje wraz ze wzrostem.

Siła tarcia

Jeśli spróbujesz przesunąć szafę, od razu upewnij się, że nie jest to takie łatwe. Jego ruch będzie utrudniony przez interakcję nóg z podłogą, na której stoi.

Oddziaływanie, które zachodzi w punkcie styku ciał i uniemożliwia ich względny ruch, nazywa się tarcie, a siła charakteryzująca to oddziaływanie wynosi siła tarcia.

Istnieją trzy rodzaje tarcia: tarcie statyczne, tarcie ślizgowe i tarcie toczne.

1) Tarcie spoczynku. Załóżmy ciało równia pochyła. Przy niewielkim kącie nachylenia płaszczyzny ciało może pozostać na miejscu. Co sprawi, że nie spadnie? Tarcie spoczynku. Siła tarcia statycznego może być dowolna.

Zmienia się wraz z siłą dążącą do poruszenia ciała z jego miejsca. Ale dla dowolnych dwóch oddziałujących ze sobą ciał ma pewną maksymalną wartość, która nie może być większa niż.

Przykładając do ciała siłę, która przekracza maksymalną siłę tarcia statycznego, przesuniemy je z miejsca, a ciało zacznie się poruszać. Tarcie statyczne zostanie wówczas zastąpione tarciem ślizgowym. siła tarcia grawitacja

2) Tarcie ślizgowe. Co powoduje, że sanki stopniowo się zatrzymują? z powodu tarcia ślizgowego. Siła tarcia ślizgowego jest zawsze skierowana w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu ciała.

3) tarcie toczne. Jeśli ciało nie ślizga się po powierzchni innego ciała, ale toczy się jak koło lub walec, to tarcie występujące w punkcie ich styku nazywamy tarciem tocznym.

Toczące się koło jest nieco wciśnięte w koryto, dlatego przed nim zawsze znajduje się mały guzek, który należy pokonać. Tarcie toczne wynika z faktu, że toczące się koło musi stale wspinać się po pagórku, który pojawia się z przodu. Jednocześnie im twardsza droga, tym mniejsze tarcie toczne.

Wniosek

Zrobiliśmy więc przegląd najsłynniejszych sił. Krótko opisano każdą z sił, rozważono przykłady z życia.

Podsumujmy w formie tabeli:

Bibliografia

1. http://phscs.ru/

2. http://bcoreanda.com/

3. http://bibliofond.ru

5. http://dic.academic.ru

6. http://interneturok.ru

7. https://en.wikipedia.org

8. https://www.google.com/imghp?hl=ru

9. http://en.solverbook.com/

10. http://www.fizika.ru

11. http://foxford.ru

12. http://infofiz.ru

13. http://multiurok.ru

Hostowane na Allbest.ru

Podobne dokumenty

Ruch ciała po orbicie eliptycznej wokół planety. Ruch ciała pod działaniem siły grawitacji w płaszczyźnie pionowej, w ośrodku stawiającym opór. Zastosowanie praw ruchu ciała pod działaniem grawitacji z uwzględnieniem oporu ośrodka w balistyce.

praca semestralna, dodano 17.06.2011


Analiza zależności masy ciała od przyspieszenia podpory, na której stoi, zmiany względnego położenia cząstek ciała związane z ich ruchem względem siebie. Badanie głównych rodzajów deformacji: skręcanie, ścinanie, zginanie, rozciąganie i ściskanie.

prezentacja, dodano 12.04.2011


Badanie pojęcia „masy ciała” - siły, z jaką to ciało działa na podporę lub zawieszenie, w wyniku działania na nie grawitacji. Oznaczenie i kierunek masy ciała. Charakterystyka zasady działania i rodzaje hamowni - przyrządów do pomiaru siły (masy).

prezentacja, dodano 13.12.2010


Siły grawitacyjne, elektromagnetyczne i jądrowe. Oddziaływanie cząstek elementarnych. Pojęcie grawitacji i grawitacji. Wyznaczanie siły sprężystej i główne rodzaje odkształceń. Cechy sił tarcia i sił spoczynku. Przejawy tarcia w przyrodzie i technice.

prezentacja, dodano 24.01.2012


ruch mechaniczny. Względność ruchu. Interakcja telefoniczna. Zmuszać. Drugie prawo Newtona. pęd ciała. Prawo zachowania pędu w przyrodzie i technice. Prawo powszechnego ciążenia. Siła grawitacji. Masy ciała. Nieważkość.

Ściągawka, dodano 06.12.2006


Zjawisko grawitacji i masy ciała, przyciąganie grawitacyjne Ziemi. Pomiar masy za pomocą wagi wagowej. Historia odkrycia "Prawa powszechnego ciążenia", jego sformułowanie i granice stosowalności. Obliczanie grawitacji i przyspieszenia swobodnego spadania.

podsumowanie lekcji, dodano 27.09.2010


Zapisywanie drugiego prawa Newtona w postaci wektorowej i skalarnej. Wyznaczanie drogi zatrzymania ciała w zadanym punkcie prędkość początkowa. Obliczenie czasu ruchu danego ciała, jeżeli pod działaniem siły równej 149 N ciało przebyło drogę równą 200 m.

prezentacja, dodano 10.04.2011


Różnica między grawitacją a ciężarem. Moment bezwładności wokół osi obrotu. Równanie momentów dla punktu materialnego. Absolutnie sztywne ciało. Warunki równowagi, bezwładność w przyrodzie. Mechanika ruchu postępowego i obrotowego względem ustalonej osi.

prezentacja, dodano 29.09.2013


Istota prawa wyznaczania maksymalnej siły tarcia statycznego. Zależność modułu siły tarcia ślizgowego od modułu prędkość względna tel. Zmniejszenie siły tarcia ślizgowego korpusu za pomocą smarowania. Zjawisko zmniejszania się siły tarcia w przypadku wystąpienia poślizgu.

prezentacja, dodano 19.12.2013


Prawa ruchu planet Keplera krótki opis nt. Historia odkrycia prawa powszechnego ciążenia przez I. Newtona. Próby stworzenia modelu wszechświata. Ruch ciał pod wpływem grawitacji. Siły przyciągania grawitacyjnego. sztuczne satelity Ziemia.

Konieczna jest znajomość punktu przyłożenia i kierunku każdej siły. Ważne jest, aby móc dokładnie określić, jakie siły działają na ciało iw jakim kierunku. Siła jest oznaczona jako , mierzona w Newtonach. Aby rozróżnić siły, są one oznaczone w następujący sposób

Poniżej przedstawiono główne siły działające w przyrodzie. Podczas rozwiązywania problemów nie można wymyślić nieistniejących sił!

W przyrodzie jest wiele sił. Tutaj rozważymy siły, które są brane pod uwagę na szkolnym kursie fizyki podczas studiowania dynamiki. Wspomniano również o innych siłach, które zostaną omówione w innych rozdziałach.

Siła grawitacji

Na każde ciało na planecie oddziałuje grawitacja ziemska. Siła, z jaką Ziemia przyciąga każde ciało, jest określona wzorem

Punkt aplikacji znajduje się w środku ciężkości ciała. Siła grawitacji zawsze skierowany pionowo w dół.

Siła tarcia

Zapoznajmy się z siłą tarcia. Siła ta powstaje, gdy ciała się poruszają i stykają się dwie powierzchnie. Siła powstaje w wyniku tego, że oglądane pod mikroskopem powierzchnie nie są gładkie, jak się wydaje. Siłę tarcia określa się ze wzoru:

Siła jest przykładana w punkcie styku dwóch powierzchni. Skierowany w kierunku przeciwnym do ruchu.

Wsparcie siły reakcji

Wyobraź sobie bardzo ciężki przedmiot leżący na stole. Stół ugina się pod ciężarem przedmiotu. Ale zgodnie z trzecim prawem Newtona stół działa na przedmiot z dokładnie taką samą siłą jak przedmiot na stole. Siła jest skierowana przeciwnie do siły, z jaką przedmiot naciska na stół. To koniec. Siła ta nazywana jest reakcją podporową. Imię siły „mówi” zareagować wsparciem. Siła ta powstaje zawsze wtedy, gdy następuje uderzenie w podporę. Charakter jego występowania na poziomie molekularnym. Obiekt niejako zdeformował zwykłe położenie i połączenia cząsteczek (wewnątrz stołu), one z kolei mają tendencję do powrotu do swojego pierwotnego stanu, „oporu”.

Absolutnie każde ciało, nawet bardzo lekkie (na przykład ołówek leżący na stole), deformuje podpórkę na poziomie mikro. Dlatego zachodzi reakcja podporowa.

Nie ma specjalnego wzoru na znalezienie tej siły. Oznaczają to literą, ale ta siła jest tylko oddzielnym rodzajem siły sprężystej, więc można ją również oznaczyć jako

Siła jest przykładana w punkcie styku przedmiotu z podporą. Skierowany prostopadle do podpory.

Ponieważ ciało jest reprezentowane jako punkt materialny, siłę można przedstawić od środka

Siła sprężystości

Siła ta powstaje w wyniku odkształcenia (zmiany początkowego stanu skupienia). Na przykład, kiedy rozciągamy sprężynę, zwiększamy odległość między cząsteczkami materiału sprężyny. Ściskając sprężynę, zmniejszamy ją. Kiedy skręcamy lub przesuwamy. We wszystkich tych przykładach powstaje siła, która zapobiega deformacji - siła sprężystości.

Prawo Hooke'a

Siła sprężystości jest skierowana przeciwnie do odkształcenia.

Ponieważ ciało jest reprezentowane jako punkt materialny, siłę można przedstawić od środka

W przypadku połączenia szeregowego, na przykład sprężyn, sztywność oblicza się według wzoru

Po połączeniu równoległym sztywność

Próbka sztywności. Moduł Younga.

Moduł Younga charakteryzuje sprężyste właściwości substancji. Ten stały, w zależności tylko od materiału, jego stanu fizycznego. Charakteryzuje zdolność materiału do przeciwstawiania się odkształceniom rozciągającym lub ściskającym. Wartość modułu Younga jest tabelaryczna.

Dowiedz się więcej o właściwościach ciał stałych.

Masy ciała

Masa ciała to siła, z jaką obiekt działa na podporę. Mówisz, że to grawitacja! Zamieszanie polega na tym, że często ciężar ciała jest równy sile grawitacji, ale siły te są zupełnie inne. Grawitacja to siła wynikająca z interakcji z Ziemią. Waga jest wynikiem interakcji z podporą. Siła ciężkości jest przykładana w środku ciężkości obiektu, podczas gdy ciężar to siła, która jest przykładana do podpory (nie do obiektu)!

Nie ma wzoru na określenie wagi. Siła ta jest oznaczona literą .

Siła reakcji podpory lub siła sprężystości powstaje w odpowiedzi na uderzenie przedmiotu w zawieszenie lub podporę, dlatego ciężar ciała jest zawsze liczbowo taki sam jak siła sprężystości, ale ma przeciwny kierunek.

Siła reakcji podpory i ciężaru są siłami tego samego rodzaju, zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona są sobie równe i przeciwnie skierowane. Ciężar to siła działająca na podporę, a nie na ciało. Siła grawitacji działa na ciało.

Masa ciała może nie być równa grawitacji. Może być mniej lub więcej lub może być taka, że ​​​​waga wynosi zero. Ten stan nazywa się nieważkość. Nieważkość to stan, w którym obiekt nie oddziałuje z podporą, na przykład stan lotu: jest grawitacja, ale waga jest zerowa!

Możliwe jest określenie kierunku przyspieszenia, jeśli określisz, gdzie skierowana jest wypadkowa siła

Zauważ, że ciężar jest siłą mierzoną w Newtonach. Jak poprawnie odpowiedzieć na pytanie: „Ile ważysz”? Odpowiadamy 50 kg, podając nie wagę, ale naszą masę! W tym przykładzie nasza waga jest równa grawitacji, która wynosi około 500 N!

Przeciążać- stosunek masy do grawitacji

Siła Archimedesa

Siła powstaje w wyniku oddziaływania ciała z cieczą (gazem), gdy jest ono zanurzone w cieczy (lub gazie). Siła ta wypycha ciało z wody (gazu). Dlatego jest skierowany pionowo do góry (popycha). Określony według wzoru:

W powietrzu pomijamy siłę Archimedesa.

Jeśli siła Archimedesa jest równa sile grawitacji, ciało pływa. Jeśli siła Archimedesa jest większa, to unosi się ona do powierzchni cieczy, jeśli jest mniejsza, opada.

siły elektryczne

Istnieją siły pochodzenia elektrycznego. Występują w obecności ładunku elektrycznego. Siły te, takie jak siła Coulomba, siła Ampère'a, siła Lorentza, zostały szczegółowo omówione w rozdziale Elektryczność.

Schematyczne oznaczenie sił działających na ciało

Często ciało jest modelowane przez punkt materialny. Dlatego na schematach różne punkty zastosowania są przenoszone do jednego punktu - do środka, a ciało jest schematycznie przedstawiane jako okrąg lub prostokąt.

Aby poprawnie wyznaczyć siły, należy wymienić wszystkie ciała, z którymi oddziałuje badane ciało. Określ, co dzieje się w wyniku interakcji z każdym z nich: tarcie, odkształcenie, przyciąganie, a może odpychanie. Określ rodzaj siły, poprawnie wskaż kierunek. Uwaga! Liczba sił będzie zbieżna z liczbą ciał, z którymi zachodzi interakcja.

Najważniejsza rzecz do zapamiętania

Siły tarcia

Rozróżnij tarcie zewnętrzne (suche) i wewnętrzne (lepkie). Tarcie zewnętrzne występuje między stykającymi się powierzchniami stałymi, tarcie wewnętrzne występuje między warstwami cieczy lub gazu podczas ich względnego ruchu. Istnieją trzy rodzaje tarcia zewnętrznego: tarcie statyczne, tarcie ślizgowe i tarcie toczne.

Tarcie toczne jest określone wzorem

Siła oporu powstaje, gdy ciało porusza się w cieczy lub gazie. Wielkość siły oporu zależy od wielkości i kształtu ciała, prędkości jego ruchu oraz właściwości cieczy lub gazu. Przy małych prędkościach siła oporu jest proporcjonalna do prędkości ciała

Przy dużych prędkościach jest proporcjonalna do kwadratu prędkości

Związek między grawitacją, prawem grawitacji i przyspieszeniem swobodnego spadania

Rozważ wzajemne przyciąganie się obiektu i Ziemi. Pomiędzy nimi, zgodnie z prawem grawitacji, powstaje siła Teraz porównajmy prawo grawitacji i siłę grawitacji

Wartość przyspieszenia swobodnego spadania zależy od masy Ziemi i jej promienia! W ten sposób można obliczyć, z jakim przyspieszeniem spadną obiekty na Księżyc lub inną planetę, wykorzystując masę i promień tej planety.

Odległość od środka Ziemi do biegunów jest mniejsza niż do równika. Dlatego przyspieszenie swobodnego spadania na równiku jest nieco mniejsze niż na biegunach. Jednocześnie należy zauważyć, że główną przyczyną zależności przyspieszenia swobodnego spadku od szerokości geograficznej obszaru jest fakt, że Ziemia obraca się wokół własnej osi.

Podczas oddalania się od powierzchni Ziemi siła grawitacji i przyspieszenie swobodnego spadania zmieniają się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości do środka Ziemi.

Zmuszać- miara mechanicznego oddziaływania ciał. Siła jest przyczyną zmiany prędkości ciała lub wystąpienia w nim odkształceń (zmiana kształtu lub objętości). Siła jest wielkością wektorową charakteryzującą się modułem (wartością), kierunkiem i punktem przyłożenia siły. Linia działania siły jest linią prostą przechodzącą przez punkt przyłożenia siły i kontynuującą kierunek wektora siły. Jednostką siły w układzie SI jest Newton [N]. Wszystkie siły w przyrodzie opierają się na czterech rodzajach fundamentalnych oddziaływań:

• siły elektromagnetyczne działające między ciałami naładowanymi elektrycznie,
• siły grawitacyjne działające między masywnymi obiektami,
• silna siła jądrowa, działająca w skali rzędu wielkości jądra atomowego i mniejszych (odpowiedzialna za połączenie między kwarkami w hadronach i za przyciąganie między nukleonami w jądrach).
• słabe oddziaływanie jądrowe, które objawia się w odległościach znacznie mniejszych niż wielkość jądra atomowego.

Intensywność oddziaływań silnych i słabych mierzy się w jednostkach energii (elektronowolty), a nie w jednostkach siły, dlatego też stosowanie do nich terminu „siła” jest dowolne. Działanie siły może odbywać się zarówno w kontakcie bezpośrednim (tarcie, nacisk na siebie w kontakcie bezpośrednim), jak i poprzez pola wytwarzane przez ciała (pole grawitacyjne, pole elektromagnetyczne). Ciekawa i pouczająca strona http://mistermigell.ru dla Ciebie.
Z punktu widzenia działania sił na układ rozważ:

• siły wewnętrzne - siły oddziaływania punktów (ciał) danego układu;
• siły zewnętrzne - siły działające na punkty (ciała) danego układu z punktów (ciał) nie należących do tego układu. Siły zewnętrzne zwane obciążeniami.

Siły można podzielić na:

• siły reaktywne − reakcje sprzężenia. Jeżeli ruch ciała w przestrzeni jest ograniczony przez inne ciała (wiązania, podpory), to siły, z jakimi te ciała działają na dane ciało, nazywamy reakcjami połączenia (podparcia).
• siły czynne - siły, które charakteryzują działanie innych ciał na dane ciało i zmieniają jego stan kinematyczny. Siły czynne, w zależności od rodzaju kontaktu, dzielą się na
• objętościowe - siły działające na każdą cząstkę ciała, na przykład ciężar ciała;
• powierzchnia - siły działające na część ciała i charakteryzujące bezpośredni kontakt ciał. Siły powierzchniowe to:
• skoncentrowany - działający na miejsca, które są małe w porównaniu do ciała, na przykład nacisk koła na jezdnię;
• rozproszone - działające na miejsca, które nie są małe w porównaniu z ciałem, na przykład nacisk gąsienicy ciągnika na drogę.

Najbardziej znane siły:
siły sprężyste- siły powstające w wyniku odkształcenia ciała i przeciwdziałające temu odkształceniu mają charakter elektromagnetyczny, będąc przejawem oddziaływań międzycząsteczkowych. Wektor siły sprężystości jest skierowany przeciwnie do przemieszczenia, prostopadle do powierzchni. Na przykład, jeśli ściśniesz gumkę, po usunięciu obciążenia przywróci ona swój kształt pod działaniem siły sprężystej.
Siły tarcia- siły powstające w wyniku względnego ruchu ciał stałych i przeciwstawne temu ruchowi mają charakter elektromagnetyczny, będąc makroskopowym przejawem oddziaływań międzycząsteczkowych. Wektor siły tarcia jest skierowany przeciwnie do wektora prędkości. Na przykład siła tarcia występuje, gdy sanki ślizgają się po śniegu między podeszwami stóp a podłożem.
Siły oporu środowiska- siły powstające w wyniku ruchu ciała stałego w ośrodku ciekłym lub gazowym mają charakter elektromagnetyczny, będąc przejawem oddziaływań międzycząsteczkowych. Wektor siły oporu jest skierowany przeciwnie do wektora prędkości. Na przykład, gdy samolot porusza się w powietrzu.
Siły napięcia powierzchniowego− siły powstające na powierzchni rozdziału faz mają charakter elektromagnetyczny, będąc przejawem oddziaływań międzycząsteczkowych. Siła naciągu jest skierowana stycznie do interfejsu. Na przykład moneta może leżeć na powierzchni cieczy, owady biegają po wodzie.
Siła grawitacji- siła, z jaką dowolne ciała Wszechświata przyciągają się nawzajem, jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas tych ciał i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Na przykład Ziemię przyciąga Słońce, a jednocześnie Ziemię przyciągają Księżyc i Słońce.
Siła grawitacji to siła działająca na ciało od strony Ziemi, która nadaje mu przyspieszenie swobodnego spadania. Grawitacja jest sumą sił przyciągania grawitacyjnego i siły odśrodkowej obrotu Ziemi. Na przykład pod wpływem grawitacji ciała Ziemia opada.
siła bezwładności− siła fikcyjna (nie będąca miarą oddziaływania mechanicznego) wprowadzana przy rozważaniu ruchu względnego w nieinercjalnych układach odniesienia (poruszających się z przyspieszeniem) w celu spełnienia w nich drugiego prawa Newtona. W układzie odniesienia ciała poruszającego się ruchem jednostajnie przyspieszonym siła bezwładności jest skierowana przeciwnie do przyspieszenia. Siłę bezwładności można dla wygody oddzielić od całkowitej bezwładności siła odśrodkowa, skierowana od osi obrotu ciała, oraz siła Coriolisa wynikająca z ruchu ciała względem obracającego się układu odniesienia.
Są też inne siły.

Denis, klasa 6, HFML % 27

Pomimo różnorodności sił istnieją tylko cztery rodzaje oddziaływań: grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne i słabe.

Siły grawitacyjne manifestują się zauważalnie w skali kosmicznej. Jednym z przejawów działania sił grawitacyjnych jest swobodny spadek ciał. Ziemia nadaje wszystkim ciałom to samo przyspieszenie, które nazywamy przyspieszeniem swobodnego spadania g. Różni się nieznacznie w zależności od szerokości geograficznej. Na szerokości geograficznej Moskwy wynosi 9,8 m / s 2.

Siły elektromagnetyczne działają między cząstkami, które mają ładunki elektryczne. Oddziaływania silne i słabe przejawiają się wewnątrz jąder atomowych oraz w przemianach jądrowych.

Oddziaływanie grawitacyjne istnieje między wszystkimi ciałami, które mają masy. Prawo powszechnego ciążenia Newtona stwierdza:

Siła wzajemnego przyciągania się dwóch ciał, którą można przyjąć jako punkty materialne, jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi:

Współczynnik proporcjonalności w zwaną stałą grawitacji. Jest równe 6,67 10 -11 Nm2/kg2.

Jeśli tylko siła grawitacji z Ziemi działa na ciało, to jest równa mg. Jest to siła grawitacji G (bez uwzględnienia obrotu Ziemi). Siła grawitacji działa na wszystkie ciała na Ziemi, niezależnie od ich ruchu.

Kiedy ciało porusza się z przyspieszeniem swobodnego spadania (lub nawet z mniejszym przyspieszeniem skierowanym w dół), obserwuje się zjawisko całkowitej lub częściowej nieważkości.

Całkowita nieważkość - brak nacisku na stojak lub zawieszenie. Ciężar - siła nacisku ciała na poziomą podporę lub siła naciągu nici od strony zawieszonego na niej ciała, która powstaje w związku z przyciąganiem grawitacyjnym tego ciała do Ziemi.

Siły przyciągania między ciałami są niezniszczalne, podczas gdy ciężar ciała może zniknąć. Tak więc w satelicie, który porusza się z pierwszą prędkością kosmiczną wokół Ziemi, nie ma ciężaru w taki sam sposób, jak w windzie spadającej z przyspieszeniem g.

Przykładem sił elektromagnetycznych są siły tarcia i sprężystości. Rozróżnij siły tarcia ślizgowego i siły tarcia tocznego. Siła tarcia ślizgowego jest znacznie większa niż siła tarcia tocznego.

Siła tarcia zależy w pewnym przedziale od przyłożonej siły, która ma tendencję do przemieszczania jednego ciała względem drugiego. Stosując siłę o różnej wielkości, przekonamy się, że małe siły nie mogą poruszyć ciała. W takim przypadku powstaje kompensująca siła tarcia statycznego.