Съществуват редица закони, които характеризират физическите процеси по време на механичните движения на телата.

Различават се следните основни закони на силите във физиката:

• закон на гравитацията;
• закон на всемирното притегляне;
• закони на силата на триене;
• закон на еластичната сила;
• Законите на Нютон.

Закон за гравитацията

Бележка 1

Гравитацията е едно от проявленията на действието на гравитационните сили.

Гравитацията се представя като сила, която действа върху тялото от страната на планетата и му придава ускорение поради гравитацията.

Свободното падане може да се разглежда във формата $mg = G\frac(mM)(r^2)$, от което получаваме формулата за ускорението на свободното падане:

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

Формулата за определяне на гравитацията ще изглежда така:

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

Гравитацията има определен вектор на разпределение. Тя винаги е насочена вертикално надолу, тоест към центъра на планетата. Тялото е постоянно подложено на гравитация и това означава, че е в свободно падане.

Траекторията на движение под въздействието на гравитацията зависи от:

• модул на началната скорост на обекта;
• посока на скоростта на тялото.

Човек всеки ден се сблъсква с това физическо явление.

Гравитацията може да бъде представена и като формулата $P = mg$. При ускоряване поради гравитация се вземат предвид и допълнителни количества.

Ако разгледаме закона за всемирното привличане, който е формулиран от Исак Нютон, всички тела имат определена маса. Те се привличат един към друг със сила. Тя ще се нарича гравитационна сила.

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

Тази сила е право пропорционална на произведението от масите на две тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.

$G = 6,7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, където $G$ е гравитационната константа и има според международната система SI измерва постоянна стойност.

Определение 1

Теглото е силата, с която тялото действа върху повърхността на планетата след възникване на гравитацията.

В случаите, когато тялото е в покой или се движи равномерно по хоризонтална повърхност, тогава теглото ще бъде равно на силаопорна реакция и съвпадат по стойност с големината на гравитацията:

При равномерно ускорено движениевертикално теглото ще се различава от гравитацията въз основа на вектора на ускорението. Когато векторът на ускорението е насочен в обратна посока, възниква състояние на претоварване. В случаите, когато тялото и опората се движат с ускорение $a = g$, тогава теглото ще бъде равно на нула. Състоянието на нулево тегло се нарича безтегловност.

Силата на гравитационното поле се изчислява, както следва:

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

Величината $F$ е гравитационната сила, която действа върху материална точка с маса $m$.

Тялото се поставя в определена точка на полето.

Потенциалната енергия на гравитационното взаимодействие на две материални точки с маси $m_1$ и $m_2$ трябва да са на разстояние $r$ една от друга.

Потенциалът на гравитационното поле може да се намери по формулата:

$\varphi = \Pi / m$

Тук $P$ е потенциална енергия материална точкас маса $m$. Поставя се в определена точка на полето.

Закони на триенето

Бележка 2

Силата на триене възниква по време на движение и е насочена срещу плъзгането на тялото.

Силата на статично триене ще бъде пропорционална нормална реакция. Силата на статично триене не зависи от формата и размера на триещите се повърхности. Статичният коефициент на триене зависи от материала на телата, които влизат в контакт и генерират силата на триене. Законите на триенето обаче не могат да се нарекат стабилни и точни, тъй като в резултатите от изследванията често се наблюдават различни отклонения.

Традиционното записване на силата на триене включва използването на коефициента на триене ($\eta$), $N$ е нормалната сила на натиск.

Различават се също външно триене, сила на триене при търкаляне, сила на триене при плъзгане, сила на вискозно триене и други видове триене.

Закон за еластичната сила

Еластичната сила е равна на твърдостта на тялото, която се умножава по размера на деформацията:

$F = k \cdot \Delta l$

В нашата класическа формула за сила за търсене на еластична сила основното място заемат стойностите на твърдостта на тялото ($k$) и деформацията на тялото ($\Delta l$). Единицата за сила е нютон (N).

Подобна формула може да опише най-простия случай на деформация. Обикновено се нарича закон на Хук. В него се казва, че ако някой се опита по достъпен начиндеформира тялото, еластичната сила ще се стреми да върне формата на обекта в първоначалната му форма.

Да разберем и точно да опишем процеса физическо явлениевъведе допълнителни понятия. Коефициентът на еластичност показва зависимостта от:

• свойства на материала;
• размери на пръчките.

По-специално се разграничава зависимостта от размерите на пръта или площта и дължината на напречното сечение. Тогава коефициентът на еластичност на тялото се записва във формата:

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

В тази формула величината $E$ е еластичният модул от първи род. Нарича се още модул на Юнг. Той отразява механичните характеристики на даден материал.

Когато се извършват изчисления на прави пръти, законът на Хук се записва в относителна форма:

$\Делта l = \frac(FL)(ES)$

Отбелязва се, че прилагането на закона на Хук ще бъде ефективно само за относително малки деформации. Ако нивото на границата на пропорционалност е превишено, тогава връзката между деформациите и напреженията става нелинейна. За някои среди законът на Хук не може да се приложи дори при малки деформации.

Християн) - един от "деветте ранга на ангелите". Според класификацията на Псевдо-Дионисий, Ареопагитът е пети ранг, заедно с владения и власти, съставляващи втората триада.

Отлично определение

Непълна дефиниция ↓

СИЛА

немеханичен, метафизичен). Полихронна ориентация на латентна абсорбция, която е комплементарна към всяка структура, към самата тази структура. За субективното съзнание С. може да се яви само като виртуалност. В целта също няма сили. S. винаги е симптом на разрез или разрез в съществуването, промяна в характера на изолиране на част от цялото.

Така комплексът сила-време-движение-структура винаги е даденост на непълнотата в пропускливостта, неразбираемостта на цялото, на границата на част и нейното допълнение. Но именно S. по смисъла си е най-големият концептуален сурогат. Оказва се, че е локално тук-сега представен от проекцията на множество фактори.

Субектът не чувства тази или онази вътрешна психическа сила, но дори и в най-крайния или краен случай - само натиска на „силите“. Използването на този натиск под формата на действия и въздействия също оставя скрити всички предполагаеми нови сили.

Можем да преминем от обикновени явления към микрофеномени, реални, но лежащи извън обичайните ежедневни и научни изяви, но преходът към всякакъв вид микромоторика, микрокинестетичност е невъзможен.

Тривиалното определение на силата като мярка за влияние е евристично неприемливо. Всичко, което е свързано с енергията, се явява като пробив на небитието през една или друга система от забрани, обусловени от структурите на конкретна даденост. При това самият пробив е канализиран по определен начин. Въпросът се усложнява от факта, че структурите не могат да съществуват в каквото и да е качество, ако вече не са дадена форма на енергиен пробив. В някакъв хипотетичен абсолютен момент няма структури - те са временни творения и отвъд тях

ръбът на циклите са инертни повторения.

Отлично определение

Непълна дефиниция ↓

1.Сила- вектор физическо количество , което е мярка за интензитета на въздействие върху даденатяло други органи, както иполета Прикрепен към масивен силата в тялото е причина за нейното изменениескорост или поява в негодеформации и напрежения.

Характеризира се силата като векторна величина модул, посокаИ "точка" на приложениетосила. По последния параметър концепцията за сила като вектор във физиката се различава от концепцията за вектор във векторната алгебра, където вектори, равни по големина и посока, независимо от точката на тяхното приложение, се считат за един и същ вектор. Във физиката тези вектори се наричат ​​свободни вектори. В механиката идеята за свързани вектори е изключително разпространена, чието начало е фиксирано в определена точка в пространството или може да бъде разположено на линия, която продължава посоката на вектора (плъзгащи се вектори).

Използва се и понятието силова линия, означаваща правата линия, минаваща през точката на приложение на силата, по която е насочена силата.

Вторият закон на Нютон гласи, че в инерциалните отправни системи ускорението на материална точка по посока съвпада с резултата от всички сили, приложени към тялото, а по големина е право пропорционално на големината на силата и обратно пропорционално на масата на тялото. материална точка. Или, еквивалентно, скоростта на промяна на импулса на материална точка е равна на приложената сила.

Когато върху тяло с крайни размери се приложи сила, в него възникват механични напрежения, придружени от деформации.

От гледна точка на Стандартния модел на физиката на елементарните частици фундаменталните взаимодействия (гравитационни, слаби, електромагнитни, силни) се осъществяват чрез обмен на така наречените калибровъчни бозони. Експерименти във физиката на високите енергии, проведени през 70-80-те години. ХХ век потвърдиха предположението, че слабите и електромагнитните взаимодействия са прояви на по-фундаменталното електрослабо взаимодействие.

Размерът на силата е LMT −2, мерната единица в Международната система от единици (SI) е нютон (N, N), в системата GHS е дин.

2. Първи закон на Нютон.

Първият закон на Нютон гласи, че има референтни системи, в които телата поддържат състояние на покой или еднаквост праволинейно движениепри липса на действия върху тях от други органи или при взаимно компенсиране на тези влияния. Такива референтни системи се наричат ​​инерциални. Нютон предложи всеки масивен обект да има определен запас от инерция, който характеризира „естественото състояние“ на движение на този обект. Тази идея отхвърля възгледа на Аристотел, който смята покоя за „естествено състояние“ на даден обект. Първият закон на Нютон противоречи на аристотеловата физика, една от разпоредбите на която е твърдението, че тялото може да се движи с постоянна скорост само под въздействието на сила. Фактът, че в механиката на Нютон в инерционните отправни системи покоят е физически неразличим от равномерното праволинейно движение, е обосновката на принципа на относителността на Галилей. Сред набор от тела е принципно невъзможно да се определи кои от тях са „в движение“ и кои са „в покой“. Можем да говорим за движение само спрямо някаква отправна система. Законите на механиката се изпълняват еднакво във всички инерционни отправни системи, с други думи, всички те са механично еквивалентни. Последното следва от така наречените Галилееви трансформации.

3. Втори закон на Нютон.

Вторият закон на Нютон в съвременната му формулировка звучи така: в инерционна отправна система скоростта на промяна на импулса на материална точка е равна на векторната сума на всички сили, действащи върху тази точка.

където е импулсът на материалната точка, е общата сила, действаща върху материалната точка. Вторият закон на Нютон гласи, че действието на неуравновесени сили води до промяна в импулса на материална точка.

По дефиниция на импулса:

където е масата, е скоростта.

В класическата механика при скорости, много по-ниски от скоростта на светлината, масата на материална точка се счита за непроменена, което позволява тя да бъде извадена от диференциалния знак при следните условия:

Като се има предвид определението за ускорение на точка, вторият закон на Нютон приема формата:

Смята се за „втората най-известна формула във физиката“, въпреки че самият Нютон никога не е написал изрично втория си закон в тази форма. За първи път тази форма на закона се среща в трудовете на К. Маклорен и Л. Ойлер.

Тъй като във всяка инерционна отправна система ускорението на тялото е еднакво и не се променя при преход от една рамка към друга, тогава силата е инвариантна по отношение на такъв преход.

Във всички природни явления сила, независимо от вашия произход, се появява само в механичен смисъл, тоест като причина за нарушаване на равномерното и праволинейно движение на тялото в инерционната координатна система. Обратното твърдение, т.е. установяването на факта на такова движение, не показва липсата на сили, действащи върху тялото, а само че действията на тези сили са взаимно балансирани. В противен случай: тяхната векторна сума е вектор с модул равен на нула. Това е основата за измерване на големината на сила, когато тя се компенсира от сила, чиято величина е известна.

Вторият закон на Нютон ни позволява да измерим величината на дадена сила. Например, познаването на масата на една планета и нейното центростремително ускорение при движение в орбита ни позволява да изчислим големината на силата на гравитационно привличане, действаща върху тази планета от Слънцето.

4.Трети закон на Нютон.

За всеки две тела (да ги наречем тяло 1 и тяло 2), третият закон на Нютон гласи, че силата на действие на тяло 1 върху тяло 2 е придружена от появата на еднаква по величина, но противоположна по посока сила, действаща върху тялото 1 от тяло 2. Математически законът е написан така:

Този закон означава, че силите винаги се появяват в двойки действие-реакция. Ако тяло 1 и тяло 2 са в една и съща система, тогава общата сила в системата, дължаща се на взаимодействието на тези тела, е нула:

Това означава, че в една затворена система няма дисбаланси вътрешни сили. Това води до факта, че центърът на масата на затворена система (т.е. такава, върху която не действат външни сили) не може да се движи с ускорение. Отделни части на системата могат да се ускоряват, но само по такъв начин, че системата като цяло остава в състояние на покой или равномерно линейно движение. Въпреки това, ако върху системата действат външни сили, нейният център на масата ще започне да се движи с ускорение, пропорционално на външната резултатна сила и обратно пропорционално на масата на системата.

5. Гравитация.

Земно притегляне ( земно притегляне) - универсално взаимодействие между всякакви видове материя. В рамките на класическата механика тя се описва от закона за всемирното привличане, формулиран от Исак Нютон в неговия труд „Математически принципи на естествената философия“. Нютон получава величината на ускорението, с което Луната се движи около Земята, приемайки в своето изчисление, че силата на гравитацията намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от гравитиращото тяло. Освен това той установи също, че ускорението, причинено от привличането на едно тяло от друго, е пропорционално на произведението на масите на тези тела. Въз основа на тези две заключения беше формулиран законът за гравитацията: всички материални частици се привличат една към друга със сила, право пропорционална на произведението на масите ( и ) и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях:

Ето гравитационната константа, чиято стойност е получена за първи път от Хенри Кавендиш в неговите експерименти. Използвайки този закон, можете да получите формули за изчисляване на гравитационната сила на тела с произволна форма. Теорията на Нютон за гравитацията описва добре движението на планетите слънчева системаи много други небесни тела. Той обаче се основава на концепцията за действие на далечни разстояния, което противоречи на теорията на относителността. Следователно класическата теория на гравитацията не е приложима за описание на движението на тела, движещи се със скорости, близки до скоростта на светлината, гравитационните полета на изключително масивни обекти (например черни дупки), както и променливите гравитационни полета, създадени от движещи се тела на големи разстояния от тях.

По-обща теория на гравитацията е общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. При него гравитацията не се характеризира с инвариантна сила, независима от отправната система. Вместо това свободното движение на тела в гравитационно поле, възприемано от наблюдателя като движение по извити траектории в триизмерно пространство-време с променлива скорост, се счита за инерционно движение по геодезическа линия в извито четириизмерно пространство-време , при което времето тече различно в различните точки . Нещо повече, тази линия е в известен смисъл „най-директната” - тя е такава, че интервалът време-пространство (собствено време) между две позиции време-пространство на дадено тяло е максимален. Кривината на пространството зависи от масата на телата, както и от всички видове енергия, присъстващи в системата.

6.Електростатично поле (поле на неподвижни заряди).

Развитието на физиката след Нютон добавя към трите основни величини (дължина, маса, време) електрически зарядс размер C. Въпреки това, въз основа на изискванията на практиката, те започнаха да използват не единицата заряд, а единицата електрически ток като основна единица за измерване. Така в системата SI основната единица е ампер, а единицата за заряд, кулон, е нейна производна.

Тъй като зарядът като такъв не съществува независимо от тялото, което го носи, електрическото взаимодействие на телата се проявява под формата на същата сила, разглеждана в механиката, която служи като причина за ускорението. Във връзка с електростатичното взаимодействие на два точкови заряда с големина и разположени във вакуум се използва законът на Кулон. Във формата, съответстваща на системата SI, изглежда така:

където е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2, векторът е насочен от заряд 1 към заряд 2 и е равен по големина на разстоянието между зарядите и електрическата константа е равна на ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . Когато зарядите се поставят в хомогенна и изотропна среда, силата на взаимодействие намалява с фактор ε, където ε е диелектричната константа на средата.

Силата е насочена по линията, свързваща точковите заряди. Графично електростатичното поле обикновено се изобразява като картина на силови линии, които са въображаеми траектории, по които би се движила заредена частица без маса. Тези линии започват с едно зареждане и завършват с друго.

7.Електромагнитно поле (правотоково поле).

Съществуване магнитно полее признат още през Средновековието от китайците, които използват „любящия камък“ - магнит, като прототип на магнитен компас. Графично магнитното поле обикновено се изобразява под формата на затворени силови линии, чиято плътност (както в случая на електростатично поле) определя неговия интензитет. Исторически, визуален начин за визуализиране на магнитно поле беше с железни стружки, поръсени например върху лист хартия, поставен върху магнит.

Ерстед установи, че токът, протичащ през проводник, причинява отклонение на магнитната стрелка.

Фарадей стигна до извода, че около проводник с ток се създава магнитно поле.

Ампер изложи хипотеза, призната във физиката, като модел на процеса на възникване на магнитно поле, който се състои в съществуването в материалите на микроскопични затворени токове, които заедно осигуряват ефекта на естествен или индуциран магнетизъм.

Ампер установява, че в референтна система, разположена във вакуум, по отношение на която зарядът се движи, т.е. държи се като електрически ток, възниква магнитно поле, чийто интензитет се определя от вектора на магнитната индукция, лежащ в равнина, разположена перпендикулярно на посоката на движение на заряда.

Единицата за измерване на магнитната индукция е тесла: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Задачата е решена количествено от Ампер, който измерва силата на взаимодействие на два успоредни проводника с токове, протичащи през тях. Един от проводниците създава магнитно поле около себе си, вторият реагира на това поле, като се приближава или отдалечава с измерима сила, знаейки коя и величината на тока, е възможно да се определи модулът на вектора на магнитната индукция.

Силовото взаимодействие между електрически заряди, които не са в движение един спрямо друг, се описва от закона на Кулон. Въпреки това, зарядите в движение един спрямо друг създават магнитни полета, през които токовете, създадени от движението на зарядите, обикновено влизат в състояние на силово взаимодействие.

Основната разлика между силата, която възниква по време на относителното движение на зарядите и случая на тяхното стационарно разположение, е разликата в геометрията на тези сили. В случай на електростатика, силите на взаимодействие между два заряда са насочени по линията, която ги свързва. Следователно геометрията на проблема е двумерна и разглеждането се извършва в равнина, минаваща през тази права.

При токовете силата, характеризираща създаденото от тока магнитно поле, е разположена в равнина, перпендикулярна на тока. Поради това картината на явлението става триизмерна. Магнитното поле, създадено от безкрайно малък елемент на първия ток, взаимодействайки със същия елемент на втория ток, обикновено създава сила, действаща върху него. Освен това и за двата тока тази картина е напълно симетрична в смисъл, че номерирането на токове е произволно.

Законът за взаимодействие на токовете се използва за стандартизиране на постоянен електрически ток.

8. Силно взаимодействие.

Силната сила е основното взаимодействие на къси разстояния между адрони и кварки. В атомното ядро ​​силната сила държи заедно положително заредените (изпитващи електростатично отблъскване) протони чрез обмен на пи-мезони между нуклони (протони и неутрони). Пи-мезоните имат много кратък живот; техният живот е достатъчен само за осигуряване на ядрени сили в радиуса на ядрото, поради което ядрените сили се наричат ​​къси. Увеличаването на броя на неутроните "разрежда" ядрото, намалявайки електростатичните сили и увеличавайки ядрените, но при големи количестванеутрони, те самите, бидейки фермиони, започват да изпитват отблъскване поради принципа на Паули. Също така, когато нуклоните се приближат твърде близо, започва обмен на W бозони, причинявайки отблъскване, благодарение на което атомните ядра не се „срутват“.

В самите адрони силното взаимодействие държи заедно кварките – съставните части на адроните. Силните полеви кванти са глуони. Всеки кварк има един от трите "цветни" заряда, всеки глуон се състои от двойка "цвят"-"антицвет". Глуоните свързват кварките в т.нар. “конфайнмент”, поради което в момента в експеримента не са наблюдавани свободни кварки. Когато кварките се отдалечават един от друг, енергията на глуоновите връзки се увеличава, а не намалява, както при ядреното взаимодействие. Като изразходвате много енергия (чрез сблъсък на адрони в ускорител), можете да разкъсате връзката кварк-глуон, но в същото време се освобождава струя от нови адрони. Свободните кварки обаче могат да съществуват в космоса: ако някой кварк е успял да избегне задържането по време на Големия взрив, тогава вероятността от анихилация със съответния антикварк или превръщането му в безцветен адрон за такъв кварк е изчезващо малка.

9.Слабо взаимодействие.

Слабото взаимодействие е основно взаимодействие с малък обсег. Диапазон 10 −18 м. Симетричен по отношение на комбинацията от пространствена инверсия и конюгиране на заряда. Всички основни елементи участват в слабо взаимодействие.фермиони (лептониИ кварки). Това е единственото взаимодействие, което включванеутрино(да не споменавам земно притегляне, пренебрежимо малко в лабораторни условия), което обяснява колосалната проникваща способност на тези частици. Слабото взаимодействие позволява лептони, кварки и технитеантичастициобмен енергия, маса, електрически зарядИ квантови числа- тоест превръщат се един в друг. Една от проявите ебета разпад.

Характеризира се силата като векторна величина модул , посокаИ "точка" на приложениетосила. По последния параметър концепцията за сила като вектор във физиката се различава от концепцията за вектор във векторната алгебра, където вектори, равни по големина и посока, независимо от точката на тяхното приложение, се считат за един и същ вектор. Във физиката тези вектори се наричат ​​свободни вектори , В механиката идеята за свързани вектори е изключително разпространена, чието начало е фиксирано в определена точка в пространството или може да бъде разположено на линия, която продължава посоката на вектора (плъзгащи се вектори). .

Използва се и понятието силова линия, означаваща правата линия, минаваща през точката на приложение на силата, по която е насочена силата.

Размерът на силата е LMT −2, мерната единица в Международната система от единици (SI) е нютон (N, N), в системата CGS е дин.

История на концепцията

Концепцията за сила е използвана от древните учени в техните трудове върху статиката и движението. Той изучава силите в процеса на конструиране на прости механизми през 3 век. пр.н.е д. Архимед. Идеите на Аристотел за силата, които включват фундаментални несъответствия, се запазиха няколко века. Тези несъответствия са елиминирани през 17 век. Исак Нютон, използвайки математически методи за описание на силата. Нютоновата механика остава общоприета почти триста години. До началото на 20в. Алберт Айнщайн показа в теорията на относителността, че Нютоновата механика е правилна само при относително ниски скорости на движение и маси на телата в системата, като по този начин изясни основните принципи на кинематиката и динамиката и описа някои нови свойства на пространство-времето.

Нютонова механика

Исак Нютон се зае да опише движението на обектите, използвайки концепциите за инерция и сила. След като направи това, той едновременно установи, че всяко механично движение се подчинява на общи закони за запазване. В Нютон той публикува известната си работа "," в която очертава трите основни закона на класическата механика (известните закони на Нютон).

Първият закон на Нютон

Например, законите на механиката се изпълняват по абсолютно същия начин в задната част на камион, когато той се движи по прав участък от пътя с постоянна скорост и когато стои неподвижен. Човек може да хвърли топка вертикално нагоре и да я хване след известно време на същото място, независимо дали камионът се движи равномерно и праволинейно или е в покой. За него топката лети по права линия. За външен наблюдател на земята обаче траекторията на топката изглежда като парабола. Това се дължи на факта, че топката се движи спрямо земята по време на своя полет не само вертикално, но и хоризонтално по инерция в посоката на движение на камиона. За човек в задната част на камион няма значение дали камионът се движи по пътя или Светътсе движи с постоянна скорост в обратна посока, докато камионът е неподвижен. По този начин състоянието на покой и равномерното праволинейно движение са физически неразличими едно от друго.

Втори закон на Нютон

По дефиниция на импулса:

където е масата, е скоростта.

Ако масата на материална точка остане непроменена, тогава времевата производна на масата е нула и уравнението приема формата:

Третият закон на Нютон

За всеки две тела (да ги наречем тяло 1 и тяло 2), третият закон на Нютон гласи, че силата на действие на тяло 1 върху тяло 2 е придружена от появата на еднаква по величина, но противоположна по посока сила, действаща върху тялото 1 от тяло 2. Математически законът е написан така:

Този закон означава, че силите винаги се появяват в двойки действие-реакция. Ако тяло 1 и тяло 2 са в една и съща система, тогава общата сила в системата, дължаща се на взаимодействието на тези тела, е нула:

Това означава, че в затворена система няма дисбалансирани вътрешни сили. Това води до факта, че центърът на масата на затворена система (т.е. такава, върху която не действат външни сили) не може да се движи с ускорение. Отделни части на системата могат да се ускоряват, но само по такъв начин, че системата като цяло остава в състояние на покой или равномерно линейно движение. Въпреки това, ако върху системата действат външни сили, нейният център на масата ще започне да се движи с ускорение, пропорционално на външната резултатна сила и обратно пропорционално на масата на системата.

Фундаментални взаимодействия

Всички сили в природата се основават на четири типа фундаментални взаимодействия. Максимална скоростразпространението на всички видове взаимодействия е равно на скоростта на светлината във вакуум. Електромагнитните сили действат между електрически заредени тела, гравитационните сили действат между масивни обекти. Силни и слаби се появяват само на много къси разстояния, те са отговорни за възникването на взаимодействия между субатомните частици, включително нуклоните, от които са съставени атомните ядра.

Интензитетът на силните и слабите взаимодействия се измерва в енергийни единици(електронволта), не единици сила, и следователно прилагането на термина „сила“ към тях се обяснява с традицията, взета от древността, да се обясняват всякакви явления в околния свят чрез действието на „сили“, специфични за всяко явление.

Концепцията за сила не може да се приложи към явления от субатомния свят. Това е концепция от арсенала на класическата физика, свързана (макар и подсъзнателно) с Нютоновите идеи за силите, действащи на разстояние. В субатомната физика такива сили вече не съществуват: те са заменени от взаимодействия между частици, възникващи чрез полета, тоест някои други частици. Следователно физиците на високите енергии избягват да използват думата сила, заменяйки го с думата взаимодействие.

Всеки вид взаимодействие се дължи на обмена на съответните носители на взаимодействие: гравитационно - обмен на гравитони (съществуването не е потвърдено експериментално), електромагнитно - виртуални фотони, слабо - векторни бозони, силно - глуони (и на големи разстояния - мезони) . В момента електромагнитните и слабите сили се комбинират в по-фундаменталната електрослаба сила. Правят се опити всичките четири фундаментални взаимодействия да се обединят в едно (т. нар. теория на голямата обединена система).

Цялото многообразие от сили, проявяващи се в природата, по принцип може да се сведе до тези четири основни взаимодействия. Например, триенето е проява на електромагнитни сили, действащи между атомите на две контактуващи повърхности и принципа на изключване на Паули, който не позволява на атомите да проникнат един в друг. Силата, генерирана от деформацията на пружина, описана от закона на Хук, също е резултат от електромагнитните сили между частиците и принципа на изключване на Паули, принуждавайки атомите на кристалната решетка на веществото да се задържат близо до равновесно положение. .

На практика обаче се оказва не само неподходящо, но и просто невъзможно при условията на проблема такова подробно разглеждане на въпроса за действието на силите.

Земно притегляне

Земно притегляне ( земно притегляне) - универсално взаимодействие между всякакви видове материя. В рамките на класическата механика тя се описва от закона за всемирното привличане, формулиран от Исак Нютон в неговия труд „Математически принципи на естествената философия“. Нютон получава величината на ускорението, с което Луната се движи около Земята, приемайки при изчислението, че силата на гравитацията намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от гравитиращото тяло. Освен това той установи също, че ускорението, причинено от привличането на едно тяло от друго, е пропорционално на произведението на масите на тези тела. Въз основа на тези две заключения беше формулиран законът за гравитацията: всички материални частици се привличат една към друга със сила, право пропорционална на произведението на масите ( и ) и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях:

Ето гравитационната константа, чиято стойност е получена за първи път в неговите експерименти от Хенри Кавендиш. Използвайки този закон, можете да получите формули за изчисляване на гравитационната сила на тела с произволна форма. Теорията на Нютон за гравитацията добре описва движението на планетите от Слънчевата система и много други небесни тела. Той обаче се основава на концепцията за действие на далечни разстояния, което противоречи на теорията на относителността. Следователно класическата теория на гравитацията не е приложима за описание на движението на тела, движещи се със скорости, близки до скоростта на светлината, гравитационните полета на изключително масивни обекти (например черни дупки), както и променливите гравитационни полета, създадени от движещи се тела на големи разстояния от тях.

Електромагнитно взаимодействие

Електростатично поле (поле на стационарни заряди)

Развитието на физиката след Нютон добави към трите основни величини (дължина, маса, време) електрически заряд с измерение C. Въпреки това, въз основа на практически изисквания, базирани на удобството на измерване, електрически ток с измерение I често се използва вместо заряд , и аз = ° СT − 1 . Мерната единица за количеството заряд е кулон, а единицата за ток е ампер.

Тъй като зарядът като такъв не съществува независимо от тялото, което го носи, електрическото взаимодействие на телата се проявява под формата на същата сила, разглеждана в механиката, която служи като причина за ускорението. Във връзка с електростатичното взаимодействие на два „точкови заряда“ във вакуум се използва законът на Кулон:

където е разстоянието между зарядите и ε 0 ≈ 8.854187817·10 −12 F/m. В хомогенно (изотропно) вещество в тази система силата на взаимодействие намалява с ε пъти, където ε е диелектричната константа на средата.

Посоката на силата съвпада с линията, свързваща точковите заряди. Графично електростатичното поле обикновено се изобразява като картина на силови линии, които са въображаеми траектории, по които би се движила заредена частица без маса. Тези линии започват с едно зареждане и завършват с друго.

Електромагнитно поле (постоянен ток)

Съществуването на магнитно поле е признато още през Средновековието от китайците, които използват „любящия камък“ - магнит, като прототип на магнитен компас. Графично магнитното поле обикновено се изобразява под формата на затворени силови линии, чиято плътност (както в случая на електростатично поле) определя неговия интензитет. Исторически, визуален начин за визуализиране на магнитно поле беше с железни стружки, поръсени например върху лист хартия, поставен върху магнит.

Производни видове сили

Еластична сила- сила, която възниква при деформация на тялото и противодейства на тази деформация. При еластичните деформации тя е потенциална. Еластичната сила е от електромагнитно естество, като е макроскопична проява на междумолекулно взаимодействие. Еластичната сила е насочена противоположно на преместването, перпендикулярно на повърхността. Векторът на силата е противоположен на посоката на молекулното изместване.

Сила на триене- сила, която възниква при относителното движение на твърди тела и противодейства на това движение. Отнася се за дисипативни сили. Силата на триене е от електромагнитно естество и е макроскопична проява на междумолекулно взаимодействие. Векторът на силата на триене е насочен противоположно на вектора на скоростта.

Средна съпротивителна сила- сила, генерирана по време на движение твърдов течна или газообразна среда. Отнася се за дисипативни сили. Съпротивителната сила е от електромагнитно естество и е макроскопично проявление на междумолекулно взаимодействие. Векторът на съпротивлението е насочен срещу вектора на скоростта.

Нормална земна противодействаща сила- еластична сила, действаща от опората върху тялото. Насочен перпендикулярно на повърхността на опората.

правомощия повърхностно напрежение - сили, възникващи на повърхността на фазовия интерфейс. Той има електромагнитна природа, като макроскопично проявление на междумолекулно взаимодействие. Силата на опън е насочена тангенциално към интерфейса; възниква в резултат на некомпенсирано привличане на молекули, разположени на фазовата граница, от молекули, които не са разположени на фазовата граница.

Осмотичното налягане

Сили на Ван дер Ваалс- електромагнитни междумолекулни сили, които възникват по време на поляризацията на молекулите и образуването на диполи. Силите на Ван дер Ваалс намаляват бързо с увеличаване на разстоянието.

Инерционна сила- фиктивна сила, въведена в неинерциални отправни системи, така че вторият закон на Нютон да е изпълнен в тях. По-специално, в отправната система, свързана с равномерно ускорено тяло, инерционната сила е насочена противоположно на ускорението. За удобство центробежната сила и силата на Кориолис могат да бъдат отделени от общата инерционна сила.

Резултат

При изчисляване на ускорението на тялото всички сили, действащи върху него, се заменят с една сила, наречена резултантна. Това е геометричната сума на всички сили, действащи върху тялото. Освен това действието на всяка сила не зависи от действието на другите, тоест всяка сила придава на тялото същото ускорение, което би придала при отсъствието на действието на други сили. Това твърдение се нарича принцип на независимост на действието на силите (принцип на суперпозиция).

Вижте също

Източници

• Григориев В. И., Мякишев Г. Я. - „Сили в природата”
• Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М.Механика - 5-то издание, стереотипно. - М.: Физматлит, 2004. - 224 с. - (“Теоретична физика”, том I). - .

Бележки

1. Терминологичен речник. Земна обсерватория. НАСА. - „Сила - всякаква външен фактор, което предизвиква промяна в движението на свободно тяло или възникване на вътрешни напрежения в неподвижно тяло.(Английски)
2. Бронщайн И. Н. Семендяев К. А. Наръчник по математика. М .: Издателство "Наука", Редакция на справочна физико-математическа литература, 1964 г.
3. Фейнман, Р. П., Лейтън, Р. Б., Сандс, М.Лекции по физика, том 1 - Адисън-Уесли, 1963 г.(Английски)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Силае векторна величина, която е мярка за действието на други тела или полета върху дадено тяло, в резултат на което настъпва промяна в състоянието на това тяло. В този случай промяна в състоянието означава промяна или деформация.

Понятието сила се отнася до две тела. Винаги можете да посочите тялото, върху което действа силата, и тялото, от което тя действа.

Силата се характеризира с:

• модул;
• посока;
• точка на приложение.

Големината и посоката на силата не зависят от избора.

Единицата за сила в системата C е 1 Нютон.

В природата няма материални тела, които да са извън влиянието на други тела, и следователно всички тела са под въздействието на външни или вътрешни сили.

Върху едно тяло могат да действат няколко сили едновременно. В този случай е валиден принципът на независимост на действието: действието на всяка сила не зависи от наличието или отсъствието на други сили; съвместното действие на няколко сили е равно на сумата от независимите действия на отделните сили.

Резултатна сила

За да се опише движението на тялото в този случай, се използва понятието резултантна сила.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Резултатна силае сила, чието действие замества действието на всички сили, приложени към тялото. Или, с други думи, резултатът от всички сили, приложени към тялото, е равен на векторната сума на тези сили (фиг. 1).

Фиг. 1. Определяне на резултантни сили

Тъй като движението на тялото винаги се разглежда в някаква координатна система, е удобно да се разглежда не самата сила, а нейните проекции върху координатните оси (фиг. 2, а). В зависимост от посоката на силата нейните проекции могат да бъдат положителни (фиг. 2, b) или отрицателни (фиг. 2, c).

Фиг.2. Проекции на сила върху координатни оси: а) върху равнина; б) на права (проекцията е положителна);
в) по права линия (проекцията е отрицателна)

Фиг.3. Примери, илюстриращи векторното събиране на сили

Често виждаме примери, илюстриращи векторното добавяне на сили: лампа виси на два кабела (фиг. 3, а) - в този случай се постига равновесие поради факта, че резултатът от силите на опън се компенсира от теглото на лампа; блокът се плъзга по наклонена равнина (фиг. 3, b) - движението се дължи на произтичащите сили на триене, гравитация и опорна реакция. Известни реплики от баснята на I.A. Крилов "и количката все още е там!" - също илюстрация на равенството на резултата от три сили на нула (фиг. 3, c).

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1