هناك عدد من القوانين التي تميز العمليات الفيزيائية أثناء الحركات الميكانيكية للأجسام.

تتميز قوانين القوى الأساسية التالية في الفيزياء:

• قانون الجاذبية؛
• قانون الجاذبية العالمية.
• قوانين قوة الاحتكاك.
• قانون القوة المرنة.
• قوانين نيوتن.

قانون الجاذبية

ملاحظة 1

الجاذبية هي أحد مظاهر عمل قوى الجاذبية.

يتم تمثيل الجاذبية على أنها قوة تؤثر على الجسم من جهة الكوكب وتعطيه تسارعًا بسبب الجاذبية.

يمكن اعتبار السقوط الحر بالشكل $mg = G\frac(mM)(r^2)$، والذي نحصل منه على صيغة تسارع السقوط الحر:

$g = G\frac(M)(r^2)$.

تبدو صيغة تحديد الجاذبية كما يلي:

$(\overline(F))_g = m\overline(g)$

الجاذبية لديها ناقل معين للتوزيع. يتم توجيهه دائمًا عموديًا إلى الأسفل، أي نحو مركز الكوكب. يخضع الجسم باستمرار للجاذبية وهذا يعني أنه في حالة سقوط حر.

يعتمد مسار الحركة تحت تأثير الجاذبية على:

• وحدة السرعة الأولية للكائن؛
• اتجاه سرعة الجسم .

يواجه الإنسان هذه الظاهرة الجسدية كل يوم.

يمكن أيضًا تمثيل الجاذبية بالصيغة $P = mg$. عند التسارع بسبب الجاذبية، تؤخذ الكميات الإضافية أيضًا في الاعتبار.

إذا نظرنا إلى قانون الجذب العام الذي صاغه إسحاق نيوتن، فسنجد أن جميع الأجسام لها كتلة معينة. ينجذبون لبعضهم البعض بالقوة. وسوف يطلق عليها قوة الجاذبية.

$F = G\frac(m_1m_2)(r^2)$

هذه القوة تتناسب طرديا مع حاصل ضرب كتلتي الجسمين، وعكسيا مع مربع المسافة بينهما.

$G = 6.7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$، حيث $G$ هو ثابت الجاذبية وله وفقًا للنظام الدولي قياسات SI قيمة ثابتة.

التعريف 1

الوزن هو القوة التي يؤثر بها الجسم على سطح الكوكب بعد حدوث الجاذبية.

في الحالات التي يكون فيها الجسم في حالة سكون أو يتحرك بشكل منتظم على سطح أفقي، فإن الوزن سيكون يساوي القوةيدعم التفاعل ويتزامن في القيمة مع حجم الجاذبية:

في الحركة المتسارعة بشكل موحدعموديًا، سيختلف الوزن عن الجاذبية بناءً على ناقل التسارع. عندما يتم توجيه ناقل التسارع في الاتجاه المعاكس، تحدث حالة التحميل الزائد. في الحالات التي يتحرك فيها الجسم والدعامة بتسارع $a = g$، فإن الوزن سيكون مساويًا للصفر. وتسمى حالة الوزن الصفري بانعدام الوزن.

يتم حساب شدة مجال الجاذبية على النحو التالي:

$g = \frac(F)(m)$

الكمية $F$ هي قوة الجاذبية التي تؤثر على نقطة مادية كتلتها $m$.

يتم وضع الجسم في نقطة معينة في الميدان.

يجب أن تكون الطاقة الكامنة للتفاعل الجاذبية لنقطتين ماديتين كتلتهما $m_1$ و$m_2$ على مسافة $r$ من بعضها البعض.

يمكن العثور على إمكانات مجال الجاذبية باستخدام الصيغة:

$\varphi = \Pi / m$

هنا $P$ هي الطاقة الكامنة نقطة ماديةمع الكتلة $m$. يتم وضعها في نقطة معينة في الميدان.

قوانين الاحتكاك

ملاحظة 2

تنشأ قوة الاحتكاك أثناء الحركة وتكون موجهة ضد انزلاق الجسم.

ستكون قوة الاحتكاك الساكن متناسبة رد فعل طبيعي. لا تعتمد قوة الاحتكاك الساكن على شكل وحجم أسطح الاحتكاك. يعتمد معامل الاحتكاك الساكن على مادة الأجسام التي تتلامس وتولد قوة الاحتكاك. ومع ذلك، لا يمكن تسمية قوانين الاحتكاك بأنها مستقرة ودقيقة، حيث غالبًا ما يتم ملاحظة انحرافات مختلفة في نتائج البحث.

تتضمن الكتابة التقليدية لقوة الاحتكاك استخدام معامل الاحتكاك ($\eta$)، $N$ هي قوة الضغط العادية.

وتتميز أيضًا بالاحتكاك الخارجي وقوة الاحتكاك المتداول وقوة الاحتكاك المنزلق وقوة الاحتكاك اللزج وأنواع الاحتكاك الأخرى.

قانون القوة المرنة

القوة المرنة تساوي صلابة الجسم مضروبة في مقدار التشوه:

$F = k \cdot \Delta l$

في معادلة القوة الكلاسيكية الخاصة بنا للبحث عن القوة المرنة، تشغل قيم صلابة الجسم ($k$) وتشوه الجسم ($\Delta l$) المكان الرئيسي. وحدة القوة هي نيوتن (N).

يمكن لصيغة مماثلة أن تصف أبسط حالة تشوه. ويسمى عادة قانون هوك. تنص على أنه إذا حاول أي شخص بطريقة يمكن الوصول إليهاتشوه الجسم، فإن القوة المرنة تميل إلى إعادة شكل الجسم إلى شكله الأصلي.

لفهم العملية ووصفها بدقة ظاهرة فيزيائيةتقديم مفاهيم إضافية. يُظهر معامل المرونة الاعتماد على:

• خصائص المواد؛
• أحجام القضبان.

على وجه الخصوص، يتم تمييز الاعتماد على أبعاد القضيب أو مساحة المقطع العرضي والطول. ثم يكتب معامل مرونة الجسم بالصيغة:

$k = \frac(ES)(L)$

في هذه الصيغة، الكمية $E$ هي معامل المرونة من النوع الأول. ويسمى أيضًا معامل يونج. إنه يعكس الخصائص الميكانيكية لمادة معينة.

عند إجراء العمليات الحسابية للقضبان المستقيمة، يُكتب قانون هوك بشكل نسبي:

$\دلتا ل = \frac(FL)(ES)$

ويلاحظ أن تطبيق قانون هوك لن يكون فعالا إلا في حالة التشوهات الصغيرة نسبيا. إذا تم تجاوز مستوى حد التناسب، تصبح العلاقة بين الانفعالات والضغوطات غير خطية. بالنسبة لبعض الوسائط، لا يمكن تطبيق قانون هوك حتى على التشوهات الصغيرة.

مسيحي) – أحد "مراتب الملائكة التسعة". وفقًا لتصنيف ديونيسيوس الزائف، فإن الأريوباغي هو المرتبة الخامسة، إلى جانب السيادة والسلطات التي تشكل الثالوث الثاني.

تعريف ممتاز

تعريف غير كامل ↓

قوة

غير ميكانيكية، ميتافيزيقية). التوجه المتعدد الأزمنة للامتصاص الكامن، وهو مكمل لأي بنية، لهذه البنية نفسها. بالنسبة للوعي الذاتي، يمكن لـ S. أن يظهر فقط كظاهرية. كما لا توجد قوى في الهدف. S. هو دائما من أعراض القطع أو القطع في الوجود، وهو تغير في طبيعة عزل الجزء عن الكل.

وبالتالي، فإن مجمع القوة والزمن والحركة والبنية دائمًا ما يكون معطى لعدم الاكتمال في النفاذية، وعدم فهم الكل، على حدود الجزء ومكمله. ومع ذلك، فإن S.، في معناها، هو البديل المفاهيمي الأعظم. لقد اتضح أنه يتم تمثيله محليًا هنا - الآن من خلال إسقاط العديد من العوامل.

الموضوع لا يشعر بقوة نفسية داخلية معينة، ولكن حتى في الحالة الأكثر تطرفا أو تطرفا - فقط ضغط "القوى". كما أن استخدام هذه الضغوط في شكل أفعال وتأثيرات يترك أي قوى جديدة مفترضة مخفية.

قد ننتقل من الظواهر العادية إلى الظواهر الدقيقة، الحقيقية، ولكنها تقع خارج المظاهر اليومية والعلمية المعتادة، لكن الانتقال إلى أي نوع من الحركية الدقيقة، والحركية الدقيقة أمر مستحيل.

إن التعريف التافه للقوة كمقياس للتأثير غير مقبول من الناحية التجريبية. يبدو أن كل ما يرتبط بالطاقة هو اختراق لعدم الوجود من خلال نظام أو آخر من المحظورات، التي تحددها هياكل معينة محددة. وفي الوقت نفسه، يتم توجيه الاختراق نفسه بطريقة معينة. والسؤال معقد بسبب حقيقة أن الهياكل لا يمكن أن توجد بأي صفة إذا لم تكن بالفعل شكلاً معينًا من أشكال اختراق الطاقة. في بعض اللحظات المطلقة الافتراضية لا توجد هياكل - فهي إبداعات مؤقتة، وما بعدها

حافة الدورات عبارة عن تكرارات خاملة.

تعريف ممتاز

تعريف غير كامل ↓

1. القوة- المتجه الكمية المادية وهو مقياس لشدة التأثير على شيء معينجسم الهيئات الأخرى، وكذلكمجالات تعلق ضخمة القوة في الجسم هي سبب تغيرهسرعة أو حدوثه فيهالتشوهات والضغوط.

تتميز القوة بأنها كمية متجهة وحدة, اتجاهو "نقطة" التطبيققوة. وبالمعامل الأخير، يختلف مفهوم القوة كمتجه في الفيزياء عن مفهوم المتجه في الجبر المتجه، حيث تعتبر المتجهات المتساوية في المقدار والاتجاه، بغض النظر عن نقطة تطبيقها، هي نفس المتجه. في الفيزياء، تسمى هذه المتجهات بالنواقل الحرة. في الميكانيكا، فكرة المتجهات المقترنة شائعة للغاية، والتي تكون بدايتها ثابتة عند نقطة معينة في الفضاء أو يمكن وضعها على خط يستمر في اتجاه المتجه (المتجهات المنزلقة).

ويستخدم هذا المفهوم أيضا خط القوة، للدلالة على الخط المستقيم الذي يمر عبر نقطة تطبيق القوة التي يتم توجيه القوة من خلالها.

ينص قانون نيوتن الثاني على أنه في الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي، يتزامن تسارع نقطة مادية في الاتجاه مع محصلة جميع القوى المطبقة على الجسم، ويتناسب حجمها طرديًا مع حجم القوة ويتناسب عكسيًا مع كتلة المادة. نقطة مادية. أو بشكل مكافئ، معدل تغير زخم نقطة مادية يساوي القوة المؤثرة.

عندما يتم تطبيق قوة على جسم ذي أبعاد محدودة، تنشأ فيه ضغوط ميكانيكية مصحوبة بتشوهات.

من وجهة نظر النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، فإن التفاعلات الأساسية (الجاذبية، الضعيفة، الكهرومغناطيسية، القوية) تتم من خلال تبادل ما يسمى بالبوزونات المقياسية. تجارب في فيزياء الطاقة العالية أجريت في السبعينيات والثمانينيات. القرن العشرين أكد الافتراض القائل بأن التفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية هي مظاهر للتفاعل الكهرومغناطيسي الأكثر جوهرية.

بُعد القوة هو LMT −2، وحدة القياس في النظام الدولي للوحدات (SI) هي نيوتن (N، N)، وفي نظام GHS هي داين.

2. قانون نيوتن الأول.

ينص قانون نيوتن الأول على أن هناك أطرًا مرجعية تحافظ فيها الأجسام على حالة من السكون أو التجانس الحركة المستقيمةفي حالة عدم وجود إجراءات عليهم من الجهات الأخرى أو في حالة التعويض المتبادل عن هذه التأثيرات. تسمى هذه الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي. اقترح نيوتن أن كل جسم ضخم لديه احتياطي معين من القصور الذاتي، والذي يميز "الحالة الطبيعية" لحركة ذلك الجسم. ترفض هذه الفكرة وجهة نظر أرسطو، الذي اعتبر السكون "الحالة الطبيعية" للشيء. يتناقض قانون نيوتن الأول مع الفيزياء الأرسطية، التي من بين بنودها القول بأن الجسم لا يمكنه التحرك بسرعة ثابتة إلا تحت تأثير القوة. حقيقة أنه في الميكانيكا النيوتونية في الأطر المرجعية بالقصور الذاتي لا يمكن تمييزها فيزيائيًا عن الحركة المستقيمة المنتظمة هي الأساس المنطقي لمبدأ النسبية لجاليليو. من بين مجموعة من الأجسام، من المستحيل تحديد أي منها "متحرك" وأيها "ساكن". يمكننا أن نتحدث عن الحركة فقط بالنسبة لبعض الأنظمة المرجعية. يتم استيفاء قوانين الميكانيكا بالتساوي في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي، وبعبارة أخرى، جميعها متكافئة ميكانيكيا. هذا الأخير يتبع ما يسمى بالتحولات الجليلية.

3. قانون نيوتن الثاني.

يبدو قانون نيوتن الثاني في صيغته الحديثة كما يلي: في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي، يكون معدل تغير زخم نقطة مادية مساويًا للمجموع المتجه لجميع القوى المؤثرة على هذه النقطة.

أين هو زخم النقطة المادية، هو القوة الكلية المؤثرة على النقطة المادية. ينص قانون نيوتن الثاني على أن عمل القوى غير المتوازنة يؤدي إلى تغير في زخم نقطة مادية.

حسب تعريف الزخم:

حيث الكتلة هي السرعة.

في الميكانيكا الكلاسيكية، عند سرعات أقل بكثير من سرعة الضوء، تعتبر كتلة نقطة المادة دون تغيير، مما يسمح بإخراجها من العلامة التفاضلية في ظل هذه الظروف:

وبالنظر إلى تعريف تسارع نقطة ما، فإن قانون نيوتن الثاني يأخذ الشكل:

وتعتبر "ثاني أشهر صيغة في الفيزياء"، على الرغم من أن نيوتن نفسه لم يكتب قانونه الثاني صراحةً بهذه الصيغة. ولأول مرة يمكن العثور على هذا الشكل من القانون في أعمال K. Maclaurin وL. Euler.

نظرًا لأن تسارع الجسم في أي إطار مرجعي بالقصور الذاتي هو نفسه ولا يتغير عند الانتقال من إطار إلى آخر، فإن القوة تكون ثابتة فيما يتعلق بهذا الانتقال.

في جميع الظواهر الطبيعية قوة، بغض النظر عن أصلك، يظهر فقط بالمعنى الميكانيكي، أي كسبب لانتهاك الحركة المنتظمة والمستقيمة للجسم في نظام الإحداثيات بالقصور الذاتي. والقول المعاكس، أي إثبات حقيقة هذه الحركة، لا يدل على عدم وجود قوى مؤثرة في الجسم، بل يدل فقط على أن أفعال هذه القوى متوازنة بشكل متبادل. بخلاف ذلك: مجموع المتجه الخاص بهم هو متجه معامله يساوي الصفر. وهذا هو الأساس لقياس مقدار القوة عندما يتم تعويضها بقوة معلومة مقدارها.

قانون نيوتن الثاني يسمح لنا بقياس مقدار القوة. على سبيل المثال، معرفة كتلة الكوكب وتسارع الجاذبية عند التحرك في مداره يسمح لنا بحساب حجم قوة الجذب المؤثرة على هذا الكوكب من الشمس.

4. قانون نيوتن الثالث.

بالنسبة لأي جسمين (لنطلق عليهما الجسم 1 والجسم 2)، ينص قانون نيوتن الثالث على أن قوة تأثير الجسم 1 على الجسم 2 يصاحبها ظهور قوة مساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه تؤثر على الجسم. 1 من الجسم 2. رياضيا القانون مكتوب على النحو التالي:

ويعني هذا القانون أن القوى تحدث دائمًا في أزواج الفعل ورد الفعل. إذا كان الجسم 1 والجسم 2 في نفس النظام، فإن القوة الكلية في النظام بسبب تفاعل هذين الجسمين تساوي صفرًا:

وهذا يعني أنه في نظام مغلق لا يوجد أي خلل القوى الداخلية. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن مركز كتلة النظام المغلق (أي الذي لا تؤثر عليه قوى خارجية) لا يمكن أن يتحرك بتسارع. يمكن للأجزاء الفردية من النظام أن تتسارع، ولكن فقط بطريقة يظل فيها النظام ككل في حالة سكون أو حركة خطية موحدة. ومع ذلك، إذا أثرت قوى خارجية على النظام، فإن مركز كتلته سيبدأ في التحرك بتسارع يتناسب مع القوة الخارجية المحصلة ويتناسب عكسيًا مع كتلة النظام.

5. الجاذبية.

جاذبية ( جاذبية) - التفاعل العالمي بين أي نوع من أنواع المادة. وفي إطار الميكانيكا الكلاسيكية، يتم وصفها من خلال قانون الجاذبية العالمية، الذي صاغه إسحاق نيوتن في عمله “المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية”. حصل نيوتن على مقدار التسارع الذي يتحرك به القمر حول الأرض، مفترضًا في حساباته أن قوة الجاذبية تتناقص تناسبًا عكسيًا مع مربع المسافة من الجسم الجاذب. بالإضافة إلى ذلك، أثبت أيضًا أن التسارع الناتج عن جذب جسم إلى آخر يتناسب مع ناتج كتل هذه الأجسام. بناءً على هذين الاستنتاجين، تم صياغة قانون الجاذبية: أي جزيئات مادية تنجذب نحو بعضها البعض بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الكتل ( و ) وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما:

هذا هو ثابت الجاذبية، الذي حصل هنري كافنديش على قيمته لأول مرة في تجاربه. باستخدام هذا القانون، يمكنك الحصول على صيغ لحساب قوة الجاذبية للأجسام ذات الشكل التعسفي. تصف نظرية نيوتن للجاذبية حركة الكواكب جيدًا النظام الشمسيوالعديد من الأجرام السماوية الأخرى. إلا أنها تقوم على مفهوم الفعل بعيد المدى، وهو ما يتناقض مع النظرية النسبية. لذلك، فإن النظرية الكلاسيكية للجاذبية لا تنطبق على وصف حركة الأجسام التي تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء، ومجالات الجاذبية للأجسام الضخمة للغاية (على سبيل المثال، الثقوب السوداء)، بالإضافة إلى مجالات الجاذبية المتغيرة الناتجة عن الأجسام المتحركة على مسافات كبيرة منها.

النظرية الأكثر عمومية للجاذبية هي النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. وفيه لا تتميز الجاذبية بقوة ثابتة مستقلة عن الإطار المرجعي. وبدلاً من ذلك، فإن الحركة الحرة للأجسام في مجال الجاذبية، والتي ينظر إليها المراقب على أنها حركة على طول مسارات منحنية في زمكان ثلاثي الأبعاد بسرعات متغيرة، تعتبر حركة بالقصور الذاتي على طول خط جيوديسي في زمكان منحني رباعي الأبعاد , في الوقت الذي يتدفق بشكل مختلف في نقاط مختلفة . علاوة على ذلك، فإن هذا الخط هو بمعنى ما "الأكثر مباشرة" - حيث يكون الفاصل الزمني للمكان (الوقت المناسب) بين موضعي الزمكان لجسم معين هو الحد الأقصى. يعتمد انحناء الفضاء على كتلة الأجسام، وكذلك على جميع أنواع الطاقة الموجودة في النظام.

6. المجال الكهربائي (مجال الشحنات الثابتة).

تطور الفيزياء بعد أن أضاف نيوتن إلى الكميات الأساسية الثلاث (الطول، الكتلة، الزمن) الشحنة الكهربائيةمع البعد C. ومع ذلك، بناءً على متطلبات الممارسة، بدأوا في استخدام ليس وحدة الشحن، ولكن وحدة التيار الكهربائي كوحدة القياس الرئيسية. وهكذا، في نظام SI، الوحدة الأساسية هي الأمبير، ووحدة الشحنة، الكولوم، هي مشتقة منه.

وبما أن الشحنة، على هذا النحو، لا توجد بشكل مستقل عن الجسم الذي يحملها، فإن التفاعل الكهربائي للأجسام يتجلى في شكل نفس القوة التي تعتبر في الميكانيكا، والتي تعمل كسبب للتسارع. فيما يتعلق بالتفاعل الكهروستاتيكي لشحنتين نقطيتين من حيث الحجم وموجودتين في الفراغ، يتم استخدام قانون كولوم. في النموذج المقابل لنظام SI يبدو كما يلي:

أين هي القوة التي تؤثر بها الشحنة 1 على الشحنة 2، وهي المتجه الموجه من الشحنة 1 إلى الشحنة 2 وتساوي في الحجم المسافة بين الشحنات، والثابت الكهربائي يساوي ≈ 8.854187817 10 −12 F/m . عندما يتم وضع الشحنات في وسط متجانس ومتناحي، تنخفض قوة التفاعل بعامل ε، حيث ε هو ثابت العزل الكهربائي للوسط.

يتم توجيه القوة على طول الخط الذي يربط رسوم النقطة. بيانياً، عادة ما يتم تصوير المجال الكهروستاتيكي كصورة لخطوط القوة، وهي عبارة عن مسارات خيالية يتحرك على طولها جسيم مشحون بدون كتلة. تبدأ هذه الخطوط بشحنة واحدة وتنتهي بشحنة أخرى.

7. المجال الكهرومغناطيسي (مجال التيار المباشر).

وجود حقل مغناطيسيتم التعرف عليه في العصور الوسطى من قبل الصينيين، الذين استخدموا "حجر المحبة" - المغناطيس، كنموذج أولي للبوصلة المغناطيسية. بيانيًا، يتم تصوير المجال المغناطيسي عادةً على شكل خطوط قوة مغلقة، تحدد كثافتها (كما في حالة المجال الكهروستاتيكي) شدتها. تاريخيًا، كانت الطريقة البصرية لتصور المجال المغناطيسي هي رش برادة الحديد، على سبيل المثال، على قطعة من الورق موضوعة على مغناطيس.

أثبت أورستد أن التيار المتدفق عبر موصل يسبب انحراف الإبرة المغناطيسية.

توصل فاراداي إلى استنتاج مفاده أن المجال المغناطيسي ينشأ حول موصل يحمل تيارًا.

طرح أمبير فرضية معترف بها في الفيزياء كنموذج لعملية ظهور المجال المغناطيسي، والذي يتكون من وجود تيارات مجهرية مغلقة في المواد، والتي توفر معًا تأثير المغناطيسية الطبيعية أو المستحثة.

أثبت أمبير أنه في الإطار المرجعي الموجود في الفراغ، والذي تتحرك فيه الشحنة، أي أنها تتصرف مثل التيار الكهربائي، ينشأ مجال مغناطيسي، يتم تحديد شدته بواسطة ناقل الحث المغناطيسي الموجود فيه مستوى يقع بشكل عمودي على اتجاه حركة الشحنة.

وحدة قياس الحث المغناطيسي هي تسلا: 1 T = 1 T كجم ث −2 أ −2
تم حل المشكلة كميًا بواسطة أمبير، الذي قام بقياس قوة تفاعل موصلين متوازيين مع التيارات المتدفقة من خلالهما. أنشأ أحد الموصلات مجالًا مغناطيسيًا حول نفسه، بينما تفاعل الثاني مع هذا المجال من خلال الاقتراب أو الابتعاد بقوة قابلة للقياس، مع معرفة حجم التيار الذي كان من الممكن تحديد وحدة ناقل الحث المغناطيسي.

يتم وصف تفاعل القوة بين الشحنات الكهربائية غير المتحركة بالنسبة لبعضها البعض بواسطة قانون كولومب. ومع ذلك، فإن الشحنات المتحركة بالنسبة لبعضها البعض تخلق مجالات مغناطيسية، والتي من خلالها تدخل التيارات الناتجة عن حركة الشحنات بشكل عام في حالة تفاعل القوة.

إن الفرق الأساسي بين القوة التي تنشأ أثناء الحركة النسبية للشحنات وحالة وضعها الثابت هو الفرق في هندسة هذه القوى. في حالة الكهرباء الساكنة، يتم توجيه قوى التفاعل بين شحنتين على طول الخط الذي يربط بينهما. ولذلك فإن هندسة المشكلة ثنائية الأبعاد ويتم النظر في مستوى يمر عبر هذا الخط.

في حالة التيارات، فإن القوة التي تميز المجال المغناطيسي الناتج عن التيار تقع في مستوى متعامد مع التيار. ولذلك تصبح صورة الظاهرة ثلاثية الأبعاد. إن المجال المغناطيسي الناتج عن عنصر صغير للغاية من التيار الأول، يتفاعل مع نفس عنصر التيار الثاني، بشكل عام يخلق قوة تعمل عليه. علاوة على ذلك، فإن هذه الصورة متناظرة تمامًا لكلا التيارين، بمعنى أن ترقيم التيارات عشوائي.

يستخدم قانون تفاعل التيارات لتوحيد التيار الكهربائي المباشر.

8. التفاعل القوي.

القوة القوية هي التفاعل الأساسي قصير المدى بين الهادرونات والكواركات. في النواة الذرية، تعمل القوة القوية على تجميع البروتونات المشحونة إيجابيًا (التي تعاني من التنافر الكهروستاتيكي) من خلال تبادل ميزونات باي بين النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات). تتمتع ميزونات باي بعمر افتراضي قصير جدًا؛ فعمرها يكفي فقط لتوفير قوى نووية داخل نصف قطر النواة، ولهذا السبب تسمى القوى النووية قصيرة المدى. تؤدي الزيادة في عدد النيوترونات إلى "تخفيف" النواة، مما يقلل من القوى الكهروستاتيكية ويزيد القوى النووية، ولكن عند كميات كبيرةالنيوترونات، هي نفسها، كونها فرميونات، تبدأ في تجربة التنافر بسبب مبدأ باولي. أيضًا، عندما تقترب النيوكليونات كثيرًا، يبدأ تبادل بوزونات W، مما يتسبب في التنافر، والذي بفضله لا "تنهار" النوى الذرية.

داخل الهادرونات نفسها، يؤدي التفاعل القوي إلى تماسك الكواركات - الأجزاء المكونة للهادرونات. الكمات الميدانية القوية هي غلوونات. يحتوي كل كوارك على واحدة من ثلاث شحنات "لونية"، وكل غلوون يتكون من زوج من "اللون" و"مضاد الألوان". تربط الغلوونات الكواركات بما يسمى. "الحبس"، والذي بسببه لم يتم ملاحظة الكواركات الحرة في التجربة في الوقت الحالي. ومع ابتعاد الكواركات عن بعضها البعض، تزداد طاقة روابط الغلونات، ولا تقل كما هو الحال في التفاعل النووي. من خلال إنفاق الكثير من الطاقة (عن طريق اصطدام الهادرونات في مسرع)، يمكنك كسر رابطة الكوارك-غلوون، ولكن في نفس الوقت يتم إطلاق طائرة من الهادرونات الجديدة. ومع ذلك، يمكن أن توجد الكواركات الحرة في الفضاء: إذا تمكن بعض الكواركات من تجنب الحبس أثناء الانفجار الكبير، فإن احتمال الفناء مع الكوارك المضاد المقابل أو التحول إلى هادرون عديم اللون لمثل هذا الكوارك يكون ضئيلًا للغاية.

9. ضعف التفاعل.

التفاعل الضعيف هو تفاعل أساسي قصير المدى. النطاق 10 −18 م - متناظر فيما يتعلق بمزيج الانعكاس المكاني واقتران الشحنة. جميع العناصر الأساسية تشارك في التفاعل الضعيف.فرميونات (لبتوناتو جسيمات دون الذرية). هذا هو التفاعل الوحيد الذي ينطوي عليهالنيوترينو(ناهيك عن جاذبية، لا يذكر في ظروف المختبر)، وهو ما يفسر قدرة الاختراق الهائلة لهذه الجسيمات. التفاعل الضعيف يسمح بالليبتونات والكواركات وما شابه ذلكالجسيمات المضادةتبادل طاقة, كتلة, الشحنة الكهربائيةو عدد الكمية- أي يتحولون إلى بعضهم البعض. أحد المظاهر هواضمحلال بيتا.

تتميز القوة بأنها كمية متجهة وحدة , اتجاهو "نقطة" التطبيققوة. وبالمعامل الأخير، يختلف مفهوم القوة كمتجه في الفيزياء عن مفهوم المتجه في الجبر المتجه، حيث تعتبر المتجهات المتساوية في المقدار والاتجاه، بغض النظر عن نقطة تطبيقها، هي نفس المتجه. في الفيزياء تسمى هذه المتجهات بالنواقل الحرة، وفي الميكانيكا فكرة المتجهات المقترنة شائعة للغاية، والتي تكون بدايتها ثابتة عند نقطة معينة في الفضاء أو يمكن وضعها على خط يستمر في اتجاه المتجه (ناقلات منزلقة). .

ويستخدم هذا المفهوم أيضا خط القوة، للدلالة على الخط المستقيم الذي يمر عبر نقطة تطبيق القوة التي يتم توجيه القوة من خلالها.

بُعد القوة هو LMT −2، وحدة القياس في النظام الدولي للوحدات (SI) هي نيوتن (N، N)، وفي نظام CGS هي داين.

تاريخ المفهوم

لقد استخدم العلماء القدماء مفهوم القوة في أعمالهم المتعلقة بالسكون والحركة. درس القوى في عملية بناء آليات بسيطة في القرن الثالث. قبل الميلاد ه. أرخميدس. استمرت أفكار أرسطو حول القوة، والتي تنطوي على تناقضات أساسية، لعدة قرون. تم القضاء على هذه التناقضات في القرن السابع عشر. إسحاق نيوتن، يستخدم الطرق الرياضية لوصف القوة. ظلت الميكانيكا النيوتونية مقبولة بشكل عام لما يقرب من ثلاثمائة عام. مع بداية القرن العشرين. أظهر ألبرت أينشتاين في النظرية النسبية أن الميكانيكا النيوتونية لا تصح إلا عند سرعات الحركة المنخفضة نسبيًا وكتل الأجسام في النظام، مما يوضح المبادئ الأساسية للحركية والديناميكية ويصف بعض الخصائص الجديدة للزمكان.

الميكانيكا النيوتونية

شرع إسحاق نيوتن في وصف حركة الأجسام باستخدام مفهومي القصور الذاتي والقوة. وبعد أن فعل ذلك، أثبت في الوقت نفسه أن كل الحركات الميكانيكية تخضع لقوانين الحفظ العامة. وفي نيوتن نشر كتابه الشهير "" والذي لخص فيه القوانين الأساسية الثلاثة للميكانيكا الكلاسيكية (قوانين نيوتن الشهيرة).

قانون نيوتن الأول

على سبيل المثال، يتم تنفيذ قوانين الميكانيكا بنفس الطريقة تمامًا في الجزء الخلفي من الشاحنة عندما تسير على طول مقطع مستقيم من الطريق بسرعة ثابتة وعندما تكون واقفة. يمكن لأي شخص أن يرمي كرة عموديًا إلى أعلى ويلتقطها بعد مرور بعض الوقت في نفس المكان، بغض النظر عما إذا كانت الشاحنة تتحرك بشكل منتظم وفي خط مستقيم أو أنها في حالة سكون. بالنسبة له، الكرة تطير في خط مستقيم. ومع ذلك، بالنسبة لمراقب خارجي على الأرض، فإن مسار الكرة يبدو وكأنه قطع مكافئ. ويرجع ذلك إلى أن الكرة تتحرك بالنسبة إلى الأرض أثناء طيرانها ليس عموديًا فحسب، بل أفقيًا أيضًا بالقصور الذاتي في اتجاه حركة الشاحنة. بالنسبة للشخص الذي يجلس في الجزء الخلفي من الشاحنة، لا يهم ما إذا كانت الشاحنة تتحرك على الطريق أم لا العالمتتحرك بسرعة ثابتة في الاتجاه المعاكس بينما تقف الشاحنة ثابتة. وبالتالي، فإن حالة الراحة والحركة المستقيمة المنتظمة لا يمكن تمييزهما فيزيائيًا عن بعضهما البعض.

قانون نيوتن الثاني

حسب تعريف الزخم:

حيث الكتلة هي السرعة.

إذا ظلت كتلة نقطة مادية دون تغيير، فإن المشتق الزمني للكتلة هو صفر، وتأخذ المعادلة الشكل:

قانون نيوتن الثالث

بالنسبة لأي جسمين (لنطلق عليهما الجسم 1 والجسم 2)، ينص قانون نيوتن الثالث على أن قوة تأثير الجسم 1 على الجسم 2 يصاحبها ظهور قوة مساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه تؤثر على الجسم. 1 من الجسم 2. رياضيا القانون مكتوب هكذا:

ويعني هذا القانون أن القوى تحدث دائمًا في أزواج الفعل ورد الفعل. إذا كان الجسم 1 والجسم 2 في نفس النظام، فإن القوة الكلية في النظام بسبب تفاعل هذين الجسمين تساوي صفرًا:

وهذا يعني أنه لا توجد قوى داخلية غير متوازنة في نظام مغلق. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن مركز كتلة النظام المغلق (أي الذي لا تؤثر عليه قوى خارجية) لا يمكن أن يتحرك بتسارع. يمكن للأجزاء الفردية من النظام أن تتسارع، ولكن فقط بطريقة يظل فيها النظام ككل في حالة سكون أو حركة خطية موحدة. ومع ذلك، إذا أثرت قوى خارجية على النظام، فإن مركز كتلته سيبدأ في التحرك بتسارع يتناسب مع القوة الخارجية المحصلة ويتناسب عكسيًا مع كتلة النظام.

التفاعلات الأساسية

تعتمد جميع القوى في الطبيعة على أربعة أنواع من التفاعلات الأساسية. السرعة القصوىإن انتشار جميع أنواع التفاعلات يساوي سرعة الضوء في الفراغ. تعمل القوى الكهرومغناطيسية بين الأجسام المشحونة كهربائيًا، وتعمل قوى الجاذبية بين الأجسام الضخمة. القوي والضعيف يظهران فقط على مسافات قصيرة جداً، وهما المسؤولان عن ظهور التفاعلات بين الجسيمات دون الذرية، بما في ذلك النيوكليونات، التي تتكون منها النوى الذرية.

يتم قياس شدة التفاعلات القوية والضعيفة وحدات الطاقة(إلكترون فولت)، لا وحدات القوةولذلك فإن تطبيق مصطلح "القوة" عليهم يفسره التقليد المأخوذ من العصور القديمة لتفسير أي ظاهرة في العالم المحيط بفعل "القوى" الخاصة بكل ظاهرة.

لا يمكن تطبيق مفهوم القوة على ظواهر العالم دون الذري. هذا مفهوم من ترسانة الفيزياء الكلاسيكية، ويرتبط (حتى ولو بشكل لا شعوري) بالأفكار النيوتونية حول القوى المؤثرة عن بعد. في الفيزياء دون الذرية، لم تعد هذه القوى موجودة: فقد تم استبدالها بتفاعلات بين الجسيمات تحدث عبر الحقول، أي بعض الجسيمات الأخرى. ولذلك، فإن علماء فيزياء الطاقة العالية يتجنبون استخدام الكلمة قوة، واستبدالها بالكلمة تفاعل.

يرجع كل نوع من التفاعل إلى تبادل حاملات التفاعل المقابلة: الجاذبية - تبادل الجرافيتونات (لم يتم تأكيد وجودها تجريبيًا)، الكهرومغناطيسية - الفوتونات الافتراضية، البوزونات الضعيفة - المتجهات، القوية - الغلوونات (وعلى مسافات كبيرة - الميزونات). . حاليًا، يتم دمج القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة في القوة الكهروضعيفة الأساسية. تُبذل محاولات لدمج التفاعلات الأساسية الأربعة في تفاعل واحد (ما يسمى بالنظرية الموحدة الكبرى).

إن كل تنوع القوى التي تظهر في الطبيعة يمكن، من حيث المبدأ، اختزاله في هذه التفاعلات الأربعة الأساسية. على سبيل المثال، الاحتكاك هو مظهر من مظاهر القوى الكهرومغناطيسية التي تعمل بين ذرات سطحين متلامسين ومبدأ استبعاد باولي، الذي يمنع الذرات من اختراق منطقة بعضها البعض. القوة الناتجة عن تشوه الزنبرك، والتي وصفها قانون هوك، هي أيضًا نتيجة للقوى الكهرومغناطيسية بين الجسيمات ومبدأ استبعاد باولي، مما يجبر ذرات الشبكة البلورية لمادة ما على البقاء بالقرب من موضع التوازن. .

ومع ذلك، في الممارسة العملية، اتضح أنه ليس من غير المناسب فحسب، بل من المستحيل أيضا في ظل ظروف المشكلة، مثل هذا النظر التفصيلي لمسألة عمل القوات.

جاذبية

جاذبية ( جاذبية) - التفاعل العالمي بين أي نوع من أنواع المادة. وفي إطار الميكانيكا الكلاسيكية، يتم وصفها من خلال قانون الجاذبية العالمية، الذي صاغه إسحاق نيوتن في عمله “المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية”. حصل نيوتن على مقدار التسارع الذي يتحرك به القمر حول الأرض، مفترضًا في حساباته أن قوة الجاذبية تتناقص بشكل عكسي مع مربع المسافة من الجسم الجاذب. بالإضافة إلى ذلك، أثبت أيضًا أن التسارع الناتج عن جذب جسم إلى آخر يتناسب مع ناتج كتل هذه الأجسام. بناءً على هذين الاستنتاجين، تم صياغة قانون الجاذبية: أي جزيئات مادية تنجذب نحو بعضها البعض بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الكتل ( و ) وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما:

هذا هو ثابت الجاذبية، الذي تم الحصول على قيمته لأول مرة في تجاربه بواسطة هنري كافنديش. باستخدام هذا القانون، يمكنك الحصول على صيغ لحساب قوة الجاذبية للأجسام ذات الشكل التعسفي. تصف نظرية نيوتن للجاذبية جيدًا حركة كواكب النظام الشمسي والعديد من الأجرام السماوية الأخرى. إلا أنها تقوم على مفهوم الفعل بعيد المدى، وهو ما يتناقض مع النظرية النسبية. لذلك، فإن النظرية الكلاسيكية للجاذبية لا تنطبق على وصف حركة الأجسام التي تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء، ومجالات الجاذبية للأجسام الضخمة للغاية (على سبيل المثال، الثقوب السوداء)، بالإضافة إلى مجالات الجاذبية المتغيرة الناتجة عن الأجسام المتحركة على مسافات كبيرة منها.

التفاعل الكهرومغناطيسي

المجال الكهروستاتيكي (مجال الشحنات الثابتة)

تطور الفيزياء بعد أن أضاف نيوتن إلى الكميات الثلاث الرئيسية (الطول، الكتلة، الزمن) شحنة كهربائية ذات البعد C. ومع ذلك، واستنادا إلى المتطلبات العملية القائمة على سهولة القياس، كثيرا ما تم استخدام تيار كهربائي ذو البعد I بدلا من الشحنة ، و أنا = جت − 1 . وحدة قياس مقدار الشحنة هي الكولوم، ووحدة قياس التيار هي الأمبير.

وبما أن الشحنة، على هذا النحو، لا توجد بشكل مستقل عن الجسم الذي يحملها، فإن التفاعل الكهربائي للأجسام يتجلى في شكل نفس القوة التي تعتبر في الميكانيكا، والتي تعمل كسبب للتسارع. فيما يتعلق بالتفاعل الكهروستاتيكي بين "شحنتين نقطيتين" في الفراغ، يتم استخدام قانون كولوم:

أين هي المسافة بين الشحنات، و ε 0 ≈ 8.854187817·10 −12 F/m. في المادة المتجانسة (متناحية الخواص) في هذا النظام، تقل قوة التفاعل بمقدار ε مرات، حيث ε هو ثابت العزل الكهربائي للوسط.

يتزامن اتجاه القوة مع الخط الذي يصل بين الشحنات النقطية. بيانياً، عادة ما يتم تصوير المجال الكهروستاتيكي كصورة لخطوط القوة، وهي عبارة عن مسارات خيالية يتحرك على طولها جسيم مشحون بدون كتلة. تبدأ هذه الخطوط بشحنة واحدة وتنتهي بشحنة أخرى.

المجال الكهرومغناطيسي (مجال التيار المباشر)

تم التعرف على وجود المجال المغناطيسي في العصور الوسطى من قبل الصينيين، الذين استخدموا "حجر المحبة" - المغناطيس، كنموذج أولي للبوصلة المغناطيسية. بيانيًا، يتم تصوير المجال المغناطيسي عادةً على شكل خطوط قوة مغلقة، تحدد كثافتها (كما في حالة المجال الكهروستاتيكي) شدتها. تاريخيًا، كانت الطريقة البصرية لتصور المجال المغناطيسي هي رش برادة الحديد، على سبيل المثال، على قطعة من الورق موضوعة على مغناطيس.

أنواع القوى المشتقة

قوة مرنة- القوة التي تنشأ أثناء تشوه الجسم وتقاوم هذا التشوه. في حالة التشوهات المرنة، فمن المحتمل. القوة المرنة ذات طبيعة كهرومغناطيسية، كونها مظهرًا مجهريًا للتفاعل بين الجزيئات. يتم توجيه القوة المرنة عكس الإزاحة، بشكل عمودي على السطح. متجه القوة معاكس لاتجاه الإزاحة الجزيئية.

قوة الإحتكاك- القوة التي تنشأ أثناء الحركة النسبية للأجسام الصلبة وتتصدى لهذه الحركة. يشير إلى القوى المبددة. قوة الاحتكاك هي ذات طبيعة كهرومغناطيسية، كونها مظهرًا مجهريًا للتفاعل بين الجزيئات. يتم توجيه ناقل قوة الاحتكاك في الاتجاه المعاكس لمتجه السرعة.

قوة مقاومة متوسطة- القوة المتولدة أثناء الحركة صلبفي الوسائط السائلة أو الغازية. يشير إلى القوى المبددة. قوة المقاومة ذات طبيعة كهرومغناطيسية، كونها مظهرًا مجهريًا للتفاعل بين الجزيئات. يتم توجيه متجه قوة السحب عكسًا لمتجه السرعة.

قوة رد الفعل الأرضية العادية- القوة المرنة المؤثرة على الدعم الموجود على الجسم. موجهة بشكل عمودي على سطح الدعم.

القوى التوتر السطحي - القوى الناشئة على سطح واجهة الطور. لها طبيعة كهرومغناطيسية، كونها مظهرًا مجهريًا للتفاعل بين الجزيئات. يتم توجيه قوة الشد بشكل عرضي إلى الواجهة؛ ينشأ نتيجة للجذب غير المعوض للجزيئات الموجودة عند حدود الطور بواسطة جزيئات غير موجودة عند حدود الطور.

الضغط الاسموزي

قوات فان دير فالس- القوى الجزيئية الكهرومغناطيسية التي تنشأ أثناء استقطاب الجزيئات وتكوين ثنائيات القطب. تتناقص قوى فان دير فال بسرعة مع زيادة المسافة.

قوة القصور الذاتي- القوة الوهمية المقدمة في الأنظمة المرجعية غير القصورية بحيث يتحقق فيها قانون نيوتن الثاني. على وجه الخصوص، في الإطار المرجعي المرتبط بجسم متسارع بشكل منتظم، يتم توجيه قوة القصور الذاتي عكس التسارع. للراحة، يمكن فصل قوة الطرد المركزي وقوة كوريوليس عن إجمالي قوة القصور الذاتي.

نتيجة

عند حساب تسارع جسم ما، يتم استبدال جميع القوى المؤثرة عليه بقوة واحدة تسمى المحصلة. هو المجموع الهندسي لجميع القوى المؤثرة على الجسم. علاوة على ذلك، فإن عمل كل قوة لا يعتمد على عمل القوى الأخرى، أي أن كل قوة تضفي على الجسم نفس التسارع الذي ستعطيه في غياب عمل القوى الأخرى. يسمى هذا البيان مبدأ استقلال عمل القوى (مبدأ التراكب).

أنظر أيضا

مصادر

• غريغورييف في آي، مياكيشيف جي يا - "القوى في الطبيعة"
• لانداو، إل. دي.، ليفشيتس، إي. إم.الميكانيكا - الطبعة الخامسة، نمطية. - م: فيزماتليت، 2004. - 224 ص. - ("الفيزياء النظرية"، المجلد الأول). - .

ملحوظات

1. قائمة المصطلحات. مرصد الأرض. ناسا. - "القوة - أي عامل خارجيمما يسبب تغيراً في حركة جسم حر أو حدوث ضغوط داخلية في جسم ثابت.(إنجليزي)
2. Bronshtein I. N. Semendyaev K. A. كتيب الرياضيات. م: دار نشر "العلم" مكتب تحرير مرجع الأدبيات الفيزيائية والرياضية 1964.
3. فاينمان، آر بي، لايتون، آر بي، ساندز، إم.محاضرات في الفيزياء، المجلد الأول – أديسون ويسلي، 1963.(إنجليزي)

تعريف

قوةهي كمية متجهة تمثل مقياسًا لعمل الأجسام أو المجالات الأخرى على جسم معين، ونتيجة لذلك يحدث تغيير في حالة هذا الجسم. في هذه الحالة، التغيير في الحالة يعني التغيير أو التشوه.

يشير مفهوم القوة إلى جسمين. يمكنك دائمًا الإشارة إلى الجسم الذي تعمل عليه القوة والجسم الذي تعمل منه.

تتميز القوة بما يلي:

• وحدة؛
• اتجاه؛
• نقطة التطبيق.

إن حجم القوة واتجاهها لا يعتمدان على الاختيار.

وحدة القوة في النظام C هي 1 نيوتن.

في الطبيعة لا توجد أجسام مادية خارجة عن تأثير الأجسام الأخرى، وبالتالي فإن جميع الأجسام تقع تحت تأثير قوى خارجية أو داخلية.

يمكن لعدة قوى أن تؤثر على الجسم في نفس الوقت. في هذه الحالة، يكون مبدأ استقلال الفعل صحيحًا: عمل كل قوة لا يعتمد على وجود أو غياب القوى الأخرى؛ العمل المشترك لعدة قوى يساوي مجموع الإجراءات المستقلة للقوى الفردية.

القوة الناتجة

لوصف حركة الجسم في هذه الحالة، يتم استخدام مفهوم القوة المحصلة.

تعريف

القوة الناتجةهي القوة التي يحل عملها محل عمل جميع القوى المطبقة على الجسم. أو بمعنى آخر، فإن محصلة جميع القوى المطبقة على الجسم تساوي المجموع المتجه لهذه القوى (الشكل 1).

رسم بياني 1. تحديد القوى الناتجة

نظرًا لأن حركة الجسم يتم أخذها في الاعتبار دائمًا في بعض أنظمة الإحداثيات، فمن الملائم عدم مراعاة القوة نفسها، ولكن إسقاطاتها على محاور الإحداثيات (الشكل 2، أ). اعتمادًا على اتجاه القوة، يمكن أن تكون إسقاطاتها إيجابية (الشكل 2، ب) أو سلبية (الشكل 2، ج).

الصورة 2. إسقاطات القوة على محاور الإحداثيات: أ) على المستوى؛ ب) على خط مستقيم (الإسقاط إيجابي)؛
ج) على خط مستقيم (الإسقاط سلبي)

تين. 3. أمثلة توضح إضافة المتجهات للقوى

كثيرا ما نرى أمثلة توضح الجمع المتجه للقوى: مصباح معلق على كابلين (الشكل 3، أ) - في هذه الحالة، يتم تحقيق التوازن بسبب حقيقة أن محصلة قوى التوتر يتم تعويضها بوزن خروف؛ تنزلق الكتلة على طول مستوى مائل (الشكل 3، ب) - تحدث الحركة بسبب قوى الاحتكاك والجاذبية وتفاعل الدعم الناتجة. خطوط مشهورة من الخرافة التي كتبها أ. كريلوف "والعربة لا تزال هناك!" - أيضًا رسم توضيحي لتساوي محصلة ثلاث قوى مع الصفر (الشكل 3، ج).

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1