On olemassa useita lakeja, jotka luonnehtivat fyysisiä prosesseja kappaleiden mekaanisten liikkeiden aikana.

Seuraavat fysiikan voimien peruslait erotetaan:

• painovoimalaki;
• universaalin painovoiman laki;
• kitkavoiman lait;
• kimmovoiman laki;
• Newtonin lait.

Painovoimalaki

Huomautus 1

Painovoima on yksi gravitaatiovoimien toiminnan ilmenemismuoto.

Painovoimaa esitetään voimana, joka vaikuttaa kehoon planeetan puolelta ja antaa sille kiihtyvyyttä painovoiman vaikutuksesta.

Vapaa pudotus voidaan katsoa muodossa $mg = G\frac(mM)(r^2)$, josta saadaan kaava vapaan pudotuksen kiihtyvyydelle:

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

Kaava painovoiman määrittämiseksi näyttää tältä:

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

Painovoimalla on tietty jakautumisvektori. Se on aina suunnattu pystysuunnassa alaspäin, eli kohti planeetan keskustaa. Keho on jatkuvasti painovoiman alainen, mikä tarkoittaa, että se on vapaassa pudotuksessa.

Liikkumisrata painovoiman vaikutuksesta riippuu:

• kohteen alkunopeuden moduuli;
• kehon nopeuden suunta.

Ihminen kohtaa tämän fyysisen ilmiön joka päivä.

Painovoima voidaan esittää myös kaavalla $P = mg$. Painovoiman vaikutuksesta kiihdytettäessä huomioidaan myös lisämäärät.

Jos tarkastelemme Isaac Newtonin muotoilemaa universaalin gravitaatiolakia, kaikilla kappaleilla on tietty massa. He houkuttelevat toisiaan voimalla. Sitä kutsutaan gravitaatiovoimaksi.

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

Tämä voima on suoraan verrannollinen kahden kappaleen massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.

$G = 6.7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, missä $G$ on gravitaatiovakio ja sillä on kansainvälisen järjestelmän mukaan SI mittaa vakioarvon.

Määritelmä 1

Paino on voima, jolla kappale vaikuttaa planeetan pintaan painovoiman syntymisen jälkeen.

Tapauksissa, joissa keho on levossa tai liikkuu tasaisesti vaakasuoraa pintaa pitkin, paino on yhtä suuri kuin voima tukireaktio ja arvo on sama kuin painovoiman suuruus:

klo tasaisesti kiihdytetty liike pystysuorassa paino eroaa painovoimasta kiihtyvyysvektorin perusteella. Kun kiihtyvyysvektori on suunnattu vastakkaiseen suuntaan, syntyy ylikuormitustila. Tapauksissa, joissa runko ja tuki liikkuvat kiihtyvyydellä $a = g$, niin paino on nolla. Nollapainotilaa kutsutaan painottomuudella.

Gravitaatiokentän voimakkuus lasketaan seuraavasti:

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

Suuruus $F$ on painovoima, joka vaikuttaa materiaaliin, jonka massa on $m$.

Runko sijoitetaan tiettyyn kohtaan kentällä.

Kahden materiaalipisteen, joiden massat ovat $m_1$ ja $m_2$, gravitaatiovuorovaikutuksen potentiaalienergian on oltava etäisyydellä $r$ toisistaan.

Gravitaatiokentän potentiaali voidaan löytää kaavalla:

$\varphi = \Pi / m$

Tässä $P$ on potentiaalienergia aineellinen kohta massalla $m$. Se sijoitetaan tiettyyn kohtaan kentällä.

Kitkan lait

Muistio 2

Kitkavoima syntyy liikkeen aikana ja kohdistuu rungon liukumista vastaan.

Staattinen kitkavoima on verrannollinen normaali reaktio. Staattinen kitkavoima ei riipu hankauspintojen muodosta ja koosta. Staattinen kitkakerroin riippuu niiden kappaleiden materiaalista, jotka tulevat kosketuksiin ja synnyttävät kitkavoiman. Kitkan lakeja ei kuitenkaan voida kutsua vakaiksi ja tarkkoiksi, koska tutkimustuloksissa havaitaan usein erilaisia ​​poikkeamia.

Perinteisessä kitkavoiman kirjoittamisessa käytetään kitkakerrointa ($\eta$), $N$ on normaali painevoima.

Myös ulkoinen kitka, vierintäkitkavoima, liukukitkavoima, viskoosi kitkavoima ja muut kitkatyypit eroavat toisistaan.

Joustovoiman laki

Elastinen voima on yhtä suuri kuin rungon jäykkyys, joka kerrotaan muodonmuutoksen määrällä:

$F = k \cdot \Delta l$

Klassisessa voimakaavassamme elastisen voiman etsimiseksi pääsijalla ovat kehon jäykkyyden ($k$) ja kehon muodonmuutoksen ($\Delta l$) arvot. Voiman yksikkö on newton (N).

Samanlainen kaava voi kuvata yksinkertaisimman muodonmuutostapauksen. Sitä kutsutaan yleisesti Hooken laiksi. Siinä sanotaan, että jos joku yrittää saavutettavalla tavalla muuttaa kehoa, kimmovoima pyrkii palauttamaan esineen muodon alkuperäiseen muotoonsa.

Ymmärtää ja kuvata prosessia tarkasti fyysinen ilmiö ottaa käyttöön lisäkäsitteitä. Elastisuuskerroin osoittaa riippuvuuden:

• materiaalin ominaisuudet;
• sauvojen koot.

Erityisesti erotetaan riippuvuus tangon mitoista tai poikkileikkausalasta ja pituudesta. Sitten kehon elastisuuskerroin kirjoitetaan muodossa:

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

Tässä kaavassa määrä $E$ on ensimmäisen tyypin kimmokerroin. Sitä kutsutaan myös Youngin moduuliksi. Se kuvastaa tietyn materiaalin mekaanisia ominaisuuksia.

Suorittaessa suorien sauvojen laskelmia Hooken laki kirjoitetaan suhteellisessa muodossa:

$\Delta l = \frac(FL)(ES)$

On huomattava, että Hooken lain soveltaminen on tehokasta vain suhteellisen pienille muodonmuutoksille. Jos suhteellisuusrajan taso ylittyy, venymien ja jännitysten välisestä suhteesta tulee epälineaarinen. Joillekin välineille Hooken lakia ei voida soveltaa edes pieniin muodonmuutoksiin.

Christian) - yksi "yhdeksästä enkelijoukosta". Pseudo-Dionysiuksen luokituksen mukaan areopagiitti on viidennellä sijalla, yhdessä dominioiden ja auktoriteettien kanssa, jotka muodostavat toisen kolmikon.

Erinomainen määritelmä

Epätäydellinen määritelmä ↓

PAKOTTAA

ei-mekaaninen, metafyysinen). Latentin absorption polykrooninen suuntaus, joka täydentää mitä tahansa rakennetta, itse tätä rakennetta. Subjektiiviselle tietoisuudelle S. voi esiintyä vain virtualiteettina. Tavoitteessa ei myöskään ole voimia. S. on aina oire leikkauksesta tai leikkauksesta, muutoksesta osan eristämisen luonteessa kokonaisuudesta.

Siten voima-aika-liike-rakennekompleksi on aina osan ja sen komplementin rajalla oleva läpäisevyyden epätäydellisyys, kokonaisuuden käsittämättömyys. Kuitenkin juuri S. on merkitykseltään suurin käsitteellinen korvike. Se osoittautuu paikallisesti tässä - nyt edustaa monien tekijöiden projektio.

Kohde ei tunne tätä tai tuota sisäistä psyykkistä voimaa, vaan jopa äärimmäisimmässä tai äärimmäisessä tapauksessa vain "voimien" painetta. Näiden paineiden hyödyntäminen tekojen ja vaikutteiden muodossa jättää myös kaikki oletetut uudet voimat piiloon.

Voimme hyvinkin siirtyä tavallisista ilmiöistä mikroilmiöihin, todellisiin, mutta tavallisten arjen ja tieteellisten ilmentymien ulkopuolella, mutta siirtyminen kaikenlaiseen mikromotoriikkaan, mikrokinesteetisyyteen on mahdotonta.

Triviaali määritelmä voimasta vaikutuksen mittana on heuristisesti mahdoton hyväksyä. Kaikki energiaan liittyvä näkyy olemattomuuden läpimurtona yhden tai toisen kieltojärjestelmän kautta, jonka määrittävät tietyn tietyn rakenteet. Samalla itse läpimurto kanavoidaan tietyllä tavalla. Kysymystä mutkistaa se, että rakenteita ei voi olla olemassa missään ominaisuudessa, elleivät ne ole jo tiettyä energian läpimurtoa. Jollain hypoteettisella absoluuttisella hetkellä ei ole rakenteita - ne ovat väliaikaisia ​​luomuksia ja sen yli

syklien reuna on inerttejä toistoja.

Erinomainen määritelmä

Epätäydellinen määritelmä ↓

1. Voima- vektori fyysinen määrä , joka mittaa tiettyyn kohtaan kohdistuvan vaikutuksen voimakkuutta kehon muut elimet sekä kentät Kiinnitetty massiiviseen kehossa oleva voima on syy sen muutokseen nopeus tai esiintyminen siinä muodonmuutoksia ja jännityksiä.

Voima vektorisuureena on karakterisoitu moduuli, suunta Ja sovelluksen "kohta". vahvuus. Viimeisellä parametrilla voiman käsite vektorina fysiikassa eroaa vektorin käsitteestä vektorialgebrassa, jossa suuruudeltaan ja suunnaltaan samansuuruisia vektoreita, riippumatta niiden soveltamispisteestä, pidetään samana vektorina. Fysiikassa näitä vektoreita kutsutaan vapaiksi vektoreiksi. Mekaniikassa on äärimmäisen yleinen ajatus kytketyistä vektoreista, joiden alku on kiinteästi tiettyyn pisteeseen avaruudessa tai voi sijaita vektorin suuntaa jatkavalla viivalla (liukuvat vektorit).

Konseptia käytetään myös voimalinja, joka tarkoittaa suoraa viivaa, joka kulkee sen voiman kohdistamispisteen kautta, jota pitkin voima on suunnattu.

Newtonin toinen laki sanoo, että inertiavertailujärjestelmissä materiaalin pisteen suunnan kiihtyvyys osuu yhteen kaikkien kehoon kohdistuvien voimien resultantin kanssa, ja suuruus on suoraan verrannollinen voiman suuruuteen ja kääntäen verrannollinen kappaleen massaan. aineellinen kohta. Tai vastaavasti materiaalipisteen liikemäärän muutosnopeus on yhtä suuri kuin käytetty voima.

Kun voima kohdistetaan rajallisten mittojen kappaleeseen, siinä syntyy mekaanisia jännityksiä, joihin liittyy muodonmuutoksia.

Hiukkasfysiikan standardimallin näkökulmasta perustavanlaatuiset vuorovaikutukset (gravitaatio, heikko, sähkömagneettinen, vahva) toteutetaan ns. mittabosonien vaihdon kautta. Korkean energian fysiikan kokeita tehtiin 70-80-luvulla. XX vuosisadalla vahvisti oletuksen, että heikko ja sähkömagneettinen vuorovaikutus ovat ilmentymiä perustavanlaatuisemmasta sähköheikosta vuorovaikutuksesta.

Voiman mitta on LMT −2, kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) mittayksikkö on newton (N, N), GHS-järjestelmässä se on dyne.

2. Newtonin ensimmäinen laki.

Newtonin ensimmäinen laki sanoo, että on olemassa viitekehystä, joissa kehot ylläpitävät lepo- tai yhtenäisyyttä suoraviivainen liike jos muut tahot eivät nosta niitä vastaan ​​tai jos nämä vaikutukset korvataan vastavuoroisesti. Tällaisia ​​referenssijärjestelmiä kutsutaan inertiaaleiksi. Newton ehdotti, että jokaisella massiivisella esineellä on tietty hitausvarasto, joka luonnehtii kohteen liikkeen "luonnollista tilaa". Tämä ajatus hylkää Aristoteleen näkemyksen, joka piti lepoa esineen "luonnollisena tilana". Newtonin ensimmäinen laki on ristiriidassa aristotelilaisen fysiikan kanssa, jonka yksi säännöksistä on väite, että kappale voi liikkua vakionopeudella vain voiman vaikutuksesta. Se tosiasia, että Newtonin mekaniikassa inertiaalisissa viitekehyksissä lepoa ei voida fyysisesti erottaa tasaisesta suoraviivaisesta liikkeestä, on syy Galileon suhteellisuusperiaatteelle. Kehojoukosta on pohjimmiltaan mahdotonta määrittää, mitkä niistä ovat "liikkeessä" ja mitkä "levossa". Voimme puhua liikkeestä vain suhteessa johonkin referenssijärjestelmään. Mekaniikan lait toteutuvat tasapuolisesti kaikissa inertiaalisissa viitekehyksessä, toisin sanoen ne ovat kaikki mekaanisesti ekvivalentteja. Jälkimmäinen on seurausta niin kutsutuista Galilean muunnoksista.

3. Newtonin toinen laki.

Newtonin toinen laki nykyaikaisessa muotoilussaan kuulostaa tältä: inertiaalisessa vertailukehyksessä materiaalin pisteen liikemäärän muutosnopeus on yhtä suuri kuin kaikkien tähän pisteeseen vaikuttavien voimien vektorisumma.

missä on aineellisen pisteen liikemäärä, on aineelliseen pisteeseen vaikuttava kokonaisvoima. Newtonin toinen laki sanoo, että epätasapainoisten voimien toiminta johtaa aineellisen pisteen liikemäärän muutokseen.

Vauhdin määritelmän mukaan:

missä on massa, on nopeus.

Klassisessa mekaniikassa paljon valonnopeutta pienemmillä nopeuksilla materiaalipisteen massa katsotaan muuttumattomaksi, mikä mahdollistaa sen poistamisen eromerkistä seuraavissa olosuhteissa:

Kun otetaan huomioon pisteen kiihtyvyyden määritelmä, Newtonin toinen laki saa muodon:

Sitä pidetään "fysiikan toiseksi tunnetuimpana kaavana", vaikka Newton itse ei koskaan nimenomaisesti kirjoittanut toista lakiaan tässä muodossa. Ensimmäistä kertaa tämä lain muoto löytyy K. Maclaurinin ja L. Eulerin teoksista.

Koska missä tahansa inertiaalisessa vertailukehyksessä kappaleen kiihtyvyys on sama eikä muutu kehyksestä toiseen siirtyessä, niin voima on muuttumaton tällaisen siirtymän suhteen.

Kaikissa luonnonilmiöissä pakottaa, alkuperästäsi riippumatta, näkyy vain mekaanisessa mielessä, eli syynä kehon tasaisen ja suoraviivaisen liikkeen rikkomiseen inertiakoordinaatistossa. Päinvastainen väite, toisin sanoen sellaisen liikkeen tosiasian toteaminen, ei osoita kehoon vaikuttavien voimien puuttumista, vaan vain sitä, että näiden voimien toimet ovat keskenään tasapainossa. Muuten: niiden vektorin summa on vektori, jonka moduuli on nolla. Tämä on perusta voiman suuruuden mittaamiselle, kun sitä kompensoidaan voimalla, jonka suuruus tunnetaan.

Newtonin toinen laki antaa meille mahdollisuuden mitata voiman suuruus. Esimerkiksi planeetan massan ja sen keskikiihtyvyyden tunteminen kiertoradalla liikkuessa antaa meille mahdollisuuden laskea tähän planeettaan Auringosta vaikuttavan vetovoiman suuruuden.

4. Newtonin kolmas laki.

Jokaiselle kahdelle kappaleelle (kutsutaanko niitä kappaleiksi 1 ja kappaleiksi 2) Newtonin kolmas laki sanoo, että kappaleen 1 vaikutusvoimaan kappaleeseen 2 liittyy voima, joka on suuruudeltaan yhtä suuri, mutta vastakkainen, ja joka vaikuttaa kehoon. 1 kappaleesta 2. Matemaattisesti laki on kirjoitettu Näin:

Tämä laki tarkoittaa, että voimat esiintyvät aina toiminta-reaktio-pareina. Jos kappale 1 ja kappale 2 ovat samassa järjestelmässä, niin näiden kappaleiden vuorovaikutuksesta johtuva kokonaisvoima järjestelmässä on nolla:

Tämä tarkoittaa, että suljetussa järjestelmässä ei ole epätasapainoisia sisäisiä voimia. Tämä johtaa siihen, että suljetun järjestelmän (eli sellaisen, johon ulkoiset voimat eivät vaikuta) massakeskus ei voi liikkua kiihtyvällä vauhdilla. Järjestelmän yksittäiset osat voivat kiihtyä, mutta vain siten, että järjestelmä kokonaisuutena pysyy levossa tai tasaisessa lineaarisessa liikkeessä. Kuitenkin, jos ulkoiset voimat vaikuttavat järjestelmään, sen massakeskus alkaa liikkua kiihtyvyydellä, joka on verrannollinen ulkoiseen resultanttivoimaan ja kääntäen verrannollinen järjestelmän massaan.

5. Painovoima.

Painovoima ( painovoima) - universaali vuorovaikutus minkä tahansa tyyppisten aineiden välillä. Klassisen mekaniikan puitteissa sitä kuvataan yleismaailmallisen painovoiman lailla, jonka Isaac Newton muotoili teoksessaan "Luonnonfilosofian matemaattiset periaatteet". Newton sai kiihtyvyyden suuruuden, jolla Kuu liikkuu Maan ympäri, olettaen laskelmissaan, että painovoima pienenee käänteisesti suhteessa gravitaatiokappaleen etäisyyden neliöön. Lisäksi hän totesi myös, että kiihtyvyys, jonka aiheuttaa yhden kappaleen vetovoima toiseen kappaleeseen, on verrannollinen näiden kappaleiden massojen tuloon. Näiden kahden johtopäätöksen perusteella muotoiltiin gravitaatiolaki: kaikki materiaalihiukkaset vetäytyvät toisiaan kohti voimalla, joka on suoraan verrannollinen massojen tuloon ( ja ) ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön:

Tässä on gravitaatiovakio, jonka arvon sai ensimmäisenä Henry Cavendish kokeissaan. Tämän lain avulla voit saada kaavoja mielivaltaisen muotoisten kappaleiden painovoiman laskemiseksi. Newtonin painovoimateoria kuvaa hyvin planeettojen liikettä aurinkokunta ja monet muut taivaankappaleet. Se perustuu kuitenkin pitkän kantaman toiminnan käsitteeseen, mikä on ristiriidassa suhteellisuusteorian kanssa. Siksi klassinen painovoimateoria ei sovellu kuvaamaan lähellä valonnopeutta liikkuvien kappaleiden liikettä, äärimmäisen massiivisten esineiden (esimerkiksi mustien aukkojen) gravitaatiokenttiä, eikä myöskään ns. liikkuvat ruumiit suurilla etäisyyksillä niistä.

Yleisempi painovoimateoria on Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria. Siinä painovoimalle ei ole ominaista vertailukehyksestä riippumaton invarianttivoima. Sen sijaan kappaleiden vapaata liikkumista gravitaatiokentässä, jonka havainnoija näkee liikkumisena kaarevia lentoratoja pitkin kolmiulotteisessa aika-avaruudessa vaihtelevalla nopeudella, pidetään inertialiikkeenä geodeettista linjaa pitkin kaarevassa neliulotteisessa aika-avaruudessa. , jossa aika virtaa eri tavalla eri pisteissä. Lisäksi tämä viiva on tietyssä mielessä "suorin" - se on sellainen, että tila-aikaväli (oikea aika) tietyn kappaleen kahden aika-avaruusaseman välillä on maksimi. Avaruuden kaarevuus riippuu kappaleiden massasta sekä kaikista järjestelmässä olevista energiatyypeistä.

6.Sähköstaattinen kenttä (kiinteiden varausten kenttä).

Fysiikan kehitys sen jälkeen, kun Newton lisäsi kolmeen perussuureen (pituus, massa, aika) sähkövaraus mitalla C. Käytännön vaatimusten perusteella ei kuitenkaan alettu käyttää päämittayksikkönä varausyksikköä, vaan sähkövirran yksikköä. Siten SI-järjestelmässä perusyksikkö on ampeeri ja varauksen yksikkö kuloni on sen johdannainen.

Koska varaus sellaisenaan ei ole olemassa sitä kantavasta kappaleesta riippumatta, ilmenee kappaleiden sähköinen vuorovaikutus saman mekaniikassa käsitellyn voiman muodossa, joka toimii kiihtyvyyden aiheuttajana. Suhteessa kahden suuruusluokan ja tyhjiössä sijaitsevan pistevarauksen sähköstaattiseen vuorovaikutukseen käytetään Coulombin lakia. SI-järjestelmää vastaavassa muodossa se näyttää tältä:

missä on voima, jolla varaus 1 vaikuttaa varaukseen 2, on vektori, joka on suunnattu varauksesta 1 varaukseen 2 ja on suuruudeltaan yhtä suuri kuin varausten välinen etäisyys, ja on sähkövakio ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . Kun varaukset asetetaan homogeeniseen ja isotrooppiseen väliaineeseen, vuorovaikutusvoima pienenee kertoimella ε, missä ε on väliaineen dielektrisyysvakio.

Voima suuntautuu pistevaraukset yhdistävää linjaa pitkin. Graafisesti sähköstaattinen kenttä on yleensä kuvattu kuvana voimalinjoista, jotka ovat kuvitteellisia lentoratoja, joita pitkin varautunut hiukkanen ilman massaa liikkuisi. Nämä linjat alkavat yhdellä latauksella ja päättyvät toiseen.

7.Sähkömagneettinen kenttä (tasavirtakenttä).

Olemassaolo magneettikenttä kiinalaiset tunnistivat sen jo keskiajalla, ja he käyttivät "rakastavaa kiveä" - magneettia - magneettisen kompassin prototyyppinä. Graafisesti magneettikenttä on yleensä kuvattu suljettujen voimalinjojen muodossa, joiden tiheys (kuten sähköstaattisen kentän tapauksessa) määrää sen voimakkuuden. Historiallisesti visuaalinen tapa visualisoida magneettikenttä oli rautaviilaus, joka oli ripoteltu esimerkiksi magneetin päälle asetetulle paperille.

Oersted totesi, että johtimen läpi kulkeva virta aiheuttaa magneettisen neulan taipumisen.

Faraday tuli siihen tulokseen, että virtaa kuljettavan johtimen ympärille muodostuu magneettikenttä.

Ampere esitti fysiikassa tunnustetun hypoteesin mallina magneettikentän syntyprosessista, joka koostuu mikroskooppisten suljettujen virtojen olemassaolosta materiaaleissa, jotka yhdessä muodostavat luonnollisen tai indusoidun magnetismin vaikutuksen.

Ampere totesi, että tyhjiössä sijaitsevassa vertailukehyksessä, johon nähden varaus on liikkeessä, eli se käyttäytyy kuin sähkövirta, syntyy magneettikenttä, jonka voimakkuuden määrää magneettinen induktiovektori. taso, joka on kohtisuorassa suuntavarauksen liikettä vastaan.

Magneettisen induktion mittayksikkö on tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Ongelman ratkaisi kvantitatiivisesti Ampere, joka mittasi kahden rinnakkaisen johtimen vuorovaikutusvoiman niiden läpi kulkevien virtojen kanssa. Toinen johtimista loi magneettikentän ympärilleen, toinen reagoi tähän kenttään lähestymällä tai poistumalla mitattavalla voimalla, tietäen mikä ja virran suuruus oli mahdollista määrittää magneettisen induktiovektorin moduuli.

Voimavuorovaikutus sähkövarausten välillä, jotka eivät ole liikkeessä toisiinsa nähden, kuvataan Coulombin lailla. Toistensa suhteen liikkeessä olevat varaukset luovat kuitenkin magneettikenttiä, joiden kautta varausten liikkeen synnyttämät virrat tulevat yleensä voimavuorovaikutustilaan.

Perimmäinen ero varausten suhteellisen liikkeen aikana syntyvän voiman ja niiden paikallaan olevan sijainnin välillä on ero näiden voimien geometriassa. Sähköstaattisen tilan tapauksessa kahden varauksen väliset vuorovaikutusvoimat on suunnattu niitä yhdistävää linjaa pitkin. Siksi tehtävän geometria on kaksiulotteinen ja tarkastelu suoritetaan tämän viivan läpi kulkevassa tasossa.

Virtojen tapauksessa virran synnyttämää magneettikenttää kuvaava voima sijaitsee tasossa, joka on kohtisuorassa virtaa vastaan. Siksi kuva ilmiöstä tulee kolmiulotteiseksi. Ensimmäisen virran äärettömän pienen elementin muodostama magneettikenttä, joka on vuorovaikutuksessa toisen virran saman elementin kanssa, muodostaa yleensä siihen vaikuttavan voiman. Lisäksi molemmille virroille tämä kuva on täysin symmetrinen siinä mielessä, että virtojen numerointi on mielivaltainen.

Virtojen vuorovaikutuksen lakia käytetään tasavirran standardointiin.

8. Vahva vuorovaikutus.

Vahva voima on perustavanlaatuinen lyhyen kantaman vuorovaikutus hadronien ja kvarkkien välillä. Atomiytimessä voimakas voima pitää yhdessä positiivisesti varautuneita (sähköstaattista repulsiota) protoneja vaihtamalla pi-mesoneja nukleonien (protonien ja neutronien) välillä. Pi-mesonien elinikä on hyvin lyhyt, niiden elinikä riittää vain tuottamaan ydinvoimia ytimen säteellä, minkä vuoksi ydinvoimia kutsutaan lyhyen kantaman. Neutronien määrän kasvu "laimentaa" ydintä vähentäen sähköstaattisia voimia ja lisäämällä ydinvoimaa, mutta suuria määriä neutronit, ne itse, fermioneina, alkavat kokea vastenmielisyyttä Paulin periaatteen vuoksi. Myös kun nukleonit tulevat liian lähelle, alkaa W-bosonien vaihto, mikä aiheuttaa repulsiota, minkä ansiosta atomiytimet eivät "lupaudu".

Itse hadroneissa vahva vuorovaikutus pitää yhdessä kvarkit - hadronien osat. Vahvat kenttäkvantit ovat gluoneja. Jokaisella kvarkilla on yksi kolmesta "väri"varauksesta, jokainen gluoni koostuu "väri"-"antiväri" -parista. Gluonit sitovat kvarkkeja ns. ”suljetus”, jonka vuoksi vapaita kvarkeja ei ole havaittu kokeessa tällä hetkellä. Kvarkien siirtyessä pois toisistaan ​​gluonisidosten energia kasvaa, eikä vähene kuten ydinvuorovaikutuksessa. Kuluttamalla paljon energiaa (törmäämällä hadroneja kiihdytin), voit katkaista kvarkki-gluonisidoksen, mutta samalla vapautuu uusien hadronien suihku. Vapaita kvarkeja voi kuitenkin esiintyä avaruudessa: jos jokin kvarkki onnistui välttämään suljetun iskun alkuräjähdyksen aikana, niin todennäköisyys tuhoutua vastaavalla antikvarkilla tai muuttua värittömäksi hadroniksi sellaiselle kvarkille on häviävän pieni.

9.Heikko vuorovaikutus.

Heikko vuorovaikutus on perustavanlaatuinen lyhyen kantaman vuorovaikutus. Alue 10 −18 m. Symmetrinen spatiaalisen inversion ja varauskonjugaation yhdistelmän suhteen. Kaikki peruselementit ovat mukana heikkossa vuorovaikutuksessa.fermionit (leptonit Ja kvarkit). Tämä on ainoa vuorovaikutus, johon liittyyneutrino(mainitsematta painovoima, merkityksetön sisällä laboratorioolosuhteet), mikä selittää näiden hiukkasten valtavan läpäisykyvyn. Heikko vuorovaikutus sallii leptonit, kvarkit ja niidenantihiukkasia vaihto energiaa, massa, sähkövaraus Ja kvanttiluvut- eli muuttuvat toisikseen. Yksi ilmenemismuodoista onbeetan hajoaminen.

Voima vektorisuureena on karakterisoitu moduuli , suunta Ja sovelluksen "kohta". vahvuus. Viimeisellä parametrilla voiman käsite vektorina fysiikassa eroaa vektorin käsitteestä vektorialgebrassa, jossa suuruudeltaan ja suunnaltaan samansuuruisia vektoreita, riippumatta niiden soveltamispisteestä, pidetään samana vektorina. Fysiikassa näitä vektoreita kutsutaan vapaiksi vektoreiksi. Mekaniikassa on äärimmäisen yleinen ajatus kytketyistä vektoreista, joiden alku on kiinteästi tiettyyn pisteeseen avaruudessa tai voi sijaita viivalla, joka jatkaa vektorin suuntaa. (liukuvat vektorit). .

Konseptia käytetään myös voimalinja, joka tarkoittaa suoraa viivaa, joka kulkee sen voiman kohdistamispisteen kautta, jota pitkin voima on suunnattu.

Voiman mitta on LMT −2, kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) mittayksikkö on newton (N, N), CGS-järjestelmässä se on dyne.

Käsitteen historia

Muinaiset tiedemiehet käyttivät voiman käsitettä staattista ja liikettä koskevissa töissään. Hän tutki voimia yksinkertaisten mekanismien rakentamisprosessissa 3. vuosisadalla. eKr e. Archimedes. Aristoteleen ajatukset voimasta, joihin liittyy perustavanlaatuisia epäjohdonmukaisuuksia, säilyivät useita vuosisatoja. Nämä erot poistettiin 1600-luvulla. Isaac Newton, joka käyttää matemaattisia menetelmiä voiman kuvaamiseen. Newtonin mekaniikka pysyi yleisesti hyväksyttynä lähes kolmesataa vuotta. 1900-luvun alkuun mennessä. Albert Einstein osoitti suhteellisuusteoriassa, että Newtonin mekaniikka on oikea vain suhteellisen alhaisilla liikenopeuksilla ja järjestelmän kappaleiden massoilla, mikä selventää kinematiikan ja dynamiikan perusperiaatteet ja kuvasi joitain uusia aika-avaruuden ominaisuuksia.

Newtonin mekaniikka

Isaac Newton päätti kuvata esineiden liikettä hitauden ja voiman käsitteillä. Tehtyään tämän hän totesi samalla, että kaikki mekaaninen liike noudattaa yleisiä säilymislakeja. Newtonissa hän julkaisi kuuluisan teoksensa "", jossa hän hahmotteli klassisen mekaniikan kolme peruslakia (Newtonin kuuluisat lait).

Newtonin ensimmäinen laki

Esimerkiksi mekaniikan lait toteutuvat täsmälleen samalla tavalla kuorma-auton takana, kun se ajaa suoraa tieosuutta tasaisella nopeudella ja seisoo paikallaan. Henkilö voi heittää pallon pystysuoraan ylöspäin ja ottaa sen kiinni jonkin ajan kuluttua samasta paikasta riippumatta siitä, liikkuuko rekka tasaisesti ja suorassa linjassa vai lepotilassa. Hänelle pallo lentää suoraan. Ulkopuoliselle tarkkailijalle maassa pallon liikerata näyttää kuitenkin paraabelilta. Tämä johtuu siitä, että pallo liikkuu suhteessa maahan lennon aikana paitsi pystysuunnassa, myös vaakasuunnassa hitauden vaikutuksesta kuorma-auton liikkeen suunnassa. Kuorma-auton perässä istuvalle henkilölle ei ole väliä, liikkuuko trukki tiellä vai maailma liikkuu tasaisella nopeudella vastakkaiseen suuntaan kuorma-auton seistessä. Siten lepotila ja tasainen suoraviivainen liike ovat fyysisesti erottamattomia toisistaan.

Newtonin toinen laki

Vauhdin määritelmän mukaan:

missä on massa, on nopeus.

Jos materiaalipisteen massa pysyy muuttumattomana, niin massan aikaderivaata on nolla ja yhtälö saa muodon:

Newtonin kolmas laki

Jokaiselle kahdelle kappaleelle (kutsutaanko niitä kappaleiksi 1 ja kappaleiksi 2) Newtonin kolmas laki sanoo, että kappaleen 1 vaikutusvoimaan kappaleeseen 2 liittyy voima, joka on suuruudeltaan yhtä suuri, mutta vastakkainen, ja joka vaikuttaa kehoon. 1 rungosta 2. Matemaattisesti laki on kirjoitettu näin:

Tämä laki tarkoittaa, että voimat esiintyvät aina toiminta-reaktio-pareina. Jos kappale 1 ja kappale 2 ovat samassa järjestelmässä, niin näiden kappaleiden vuorovaikutuksesta johtuva kokonaisvoima järjestelmässä on nolla:

Tämä tarkoittaa, että suljetussa järjestelmässä ei ole epätasapainoisia sisäisiä voimia. Tämä johtaa siihen, että suljetun järjestelmän (eli sellaisen, johon ulkoiset voimat eivät vaikuta) massakeskus ei voi liikkua kiihtyvällä vauhdilla. Järjestelmän yksittäiset osat voivat kiihtyä, mutta vain siten, että järjestelmä kokonaisuutena pysyy levossa tai tasaisessa lineaarisessa liikkeessä. Kuitenkin, jos ulkoiset voimat vaikuttavat järjestelmään, sen massakeskus alkaa liikkua kiihtyvyydellä, joka on verrannollinen ulkoiseen resultanttivoimaan ja kääntäen verrannollinen järjestelmän massaan.

Perusvuorovaikutukset

Kaikki luonnonvoimat perustuvat neljään perusvuorovaikutukseen. Suurin nopeus kaikentyyppisten vuorovaikutusten eteneminen on yhtä suuri kuin valon nopeus tyhjiössä. Sähkömagneettiset voimat vaikuttavat sähköisesti varautuneiden kappaleiden välillä, gravitaatiovoimat massiivisten kappaleiden välillä. Vahvat ja heikot näkyvät vain hyvin lyhyillä etäisyyksillä, ne ovat vastuussa subatomisten hiukkasten, mukaan lukien nukleonien, välisten vuorovaikutusten syntymisestä, joista atomiytimet koostuvat.

Vahvojen ja heikkojen vuorovaikutusten intensiteettiä mitataan energiayksiköitä(elektronivoltit), ei voimayksiköitä, ja siksi termin "voima" käyttö heihin selittyy antiikista peräisin olevalla perinteellä selittää mitä tahansa ympäröivän maailman ilmiöitä kullekin ilmiölle ominaisten "voimien" vaikutuksilla.

Voiman käsitettä ei voida soveltaa subatomisen maailman ilmiöihin. Tämä on käsite klassisen fysiikan arsenaalista, joka liittyy (vaikka vain alitajuisesti) newtonilaisiin ideoihin etäältä vaikuttavista voimista. Subatomisessa fysiikassa tällaisia ​​voimia ei enää ole: ne korvataan kenttien kautta tapahtuvilla hiukkasten välisillä vuorovaikutuksilla, toisin sanoen joidenkin muiden hiukkasten välillä. Siksi korkean energian fyysikot välttävät sanan käyttöä pakottaa, korvaa sen sanalla vuorovaikutusta.

Jokainen vuorovaikutustyyppi johtuu vastaavien vuorovaikutuksen kantajien vaihdosta: gravitaatio - gravitonien vaihto (olemassaoloa ei ole vahvistettu kokeellisesti), sähkömagneettinen - virtuaaliset fotonit, heikot - vektoribosonit, vahvat - gluonit (ja suurilla etäisyyksillä - mesonit) . Tällä hetkellä sähkömagneettiset ja heikot voimat yhdistetään perustavanlaatuisemmaksi sähköheikommaksi voimaksi. Kaikki neljä perusvuorovaikutusta yritetään yhdistää yhdeksi (ns. grand unified teoria).

Kaikki luonnossa ilmenevien voimien monimuotoisuus voidaan periaatteessa pelkistää näihin neljään perusvuorovaikutukseen. Esimerkiksi kitka on ilmentymä kahden kosketuspinnan atomien välillä vaikuttavista sähkömagneettisista voimista ja Paulin poissulkemisperiaatteesta, joka estää atomien tunkeutumisen toistensa alueelle. Hooken lain kuvaama jousen muodonmuutoksen synnyttämä voima on myös seurausta hiukkasten välisistä sähkömagneettisista voimista ja Paulin poissulkemisperiaatteesta, joka pakottaa aineen kidehilan atomit pysymään lähellä tasapainoasemaa. .

Käytännössä ei kuitenkaan osoittautunut vain sopimattomaksi, vaan myös yksinkertaisesti mahdottomaksi ongelman olosuhteissa, niin yksityiskohtainen tarkastelu voimien toiminnasta.

Painovoima

Painovoima ( painovoima) - universaali vuorovaikutus minkä tahansa tyyppisten aineiden välillä. Klassisen mekaniikan puitteissa sitä kuvataan yleismaailmallisen painovoiman lailla, jonka Isaac Newton muotoili teoksessaan "Luonnonfilosofian matemaattiset periaatteet". Newton sai kiihtyvyyden suuruuden, jolla Kuu liikkuu Maan ympäri, olettaen laskennassa, että painovoima pienenee käänteisesti suhteessa gravitaatiokappaleen etäisyyden neliöön. Lisäksi hän totesi myös, että kiihtyvyys, jonka aiheuttaa yhden kappaleen vetovoima toiseen kappaleeseen, on verrannollinen näiden kappaleiden massojen tuloon. Näiden kahden johtopäätöksen perusteella muotoiltiin gravitaatiolaki: kaikki materiaalihiukkaset vetäytyvät toisiaan kohti voimalla, joka on suoraan verrannollinen massojen tuloon ( ja ) ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön:

Tässä on gravitaatiovakio, jonka arvon sai ensimmäisenä kokeissaan Henry Cavendish. Tämän lain avulla voit saada kaavoja mielivaltaisen muotoisten kappaleiden painovoiman laskemiseksi. Newtonin painovoimateoria kuvaa hyvin aurinkokunnan planeettojen ja monien muiden taivaankappaleiden liikettä. Se perustuu kuitenkin pitkän kantaman toiminnan käsitteeseen, mikä on ristiriidassa suhteellisuusteorian kanssa. Siksi klassinen painovoimateoria ei sovellu kuvaamaan lähellä valonnopeutta liikkuvien kappaleiden liikettä, äärimmäisen massiivisten esineiden (esimerkiksi mustien aukkojen) gravitaatiokenttiä, eikä myöskään ns. liikkuvat ruumiit suurilla etäisyyksillä niistä.

Sähkömagneettinen vuorovaikutus

Sähköstaattinen kenttä (kiinteiden varausten kenttä)

Fysiikan kehitys Newtonin jälkeen lisäsi kolmeen pääsuureen (pituus, massa, aika) sähkövarauksen, jonka mitat olivat C. Mittausmukavuuteen perustuvien käytännön vaatimusten perusteella varauksen sijasta käytettiin kuitenkin usein sähkövirtaa dimensiolla I. , ja minä = CT − 1 . Varauksen määrän mittayksikkö on kuloni ja virran yksikkö on ampeeri.

Koska varaus sellaisenaan ei ole olemassa sitä kantavasta kappaleesta riippumatta, ilmenee kappaleiden sähköinen vuorovaikutus saman mekaniikassa käsitellyn voiman muodossa, joka toimii kiihtyvyyden aiheuttajana. Kahden "pistevarauksen" sähköstaattisen vuorovaikutuksen suhteen tyhjiössä käytetään Coulombin lakia:

missä on varausten välinen etäisyys ja ε 0 ≈ 8,854187817·10 −12 F/m. Tämän systeemin homogeenisessa (isotrooppisessa) aineessa vuorovaikutusvoima pienenee ε kertaa, missä ε on väliaineen dielektrisyysvakio.

Voiman suunta osuu yhteen pistevaraukset yhdistävän linjan kanssa. Graafisesti sähköstaattinen kenttä on yleensä kuvattu kuvana voimalinjoista, jotka ovat kuvitteellisia lentoratoja, joita pitkin varautunut hiukkanen ilman massaa liikkuisi. Nämä linjat alkavat yhdellä latauksella ja päättyvät toiseen.

Sähkömagneettinen kenttä (tasavirtakenttä)

Magneettikentän olemassaolon tunnistivat jo keskiajalla kiinalaiset, jotka käyttivät "rakastavaa kiveä" - magneettia - magneettisen kompassin prototyyppinä. Graafisesti magneettikenttä on yleensä kuvattu suljettujen voimalinjojen muodossa, joiden tiheys (kuten sähköstaattisen kentän tapauksessa) määrää sen voimakkuuden. Historiallisesti visuaalinen tapa visualisoida magneettikenttä oli rautaviilaus, joka oli ripoteltu esimerkiksi magneetin päälle asetetulle paperille.

Johdetut voimatyypit

Elastinen voima- voima, joka syntyy kappaleen muodonmuutoksen aikana ja vastustaa tätä muodonmuutosta. Elastisten muodonmuutosten tapauksessa se on potentiaalinen. Elastinen voima on luonteeltaan sähkömagneettinen, ja se on molekyylien välisen vuorovaikutuksen makroskooppinen ilmentymä. Elastinen voima on suunnattu siirtymää vastapäätä, kohtisuorassa pintaan nähden. Voimavektori on vastakkainen molekyylin siirtymän suunnalle.

Kitkavoima- voima, joka syntyy kiinteiden kappaleiden suhteellisen liikkeen aikana ja vastustaa tätä liikettä. Viittaa dissipatiivisiin voimiin. Kitkavoima on luonteeltaan sähkömagneettinen ja se on molekyylien välisen vuorovaikutuksen makroskooppinen ilmentymä. Kitkavoimavektori on suunnattu vastapäätä nopeusvektoria.

Keskimääräinen vastusvoima- liikkeen aikana syntyvä voima kiinteä nestemäisessä tai kaasumaisessa väliaineessa. Viittaa dissipatiivisiin voimiin. Vastusvoima on luonteeltaan sähkömagneettinen, ja se on molekyylien välisen vuorovaikutuksen makroskooppinen ilmentymä. Vastusvoimavektori on suunnattu vastapäätä nopeusvektoria.

Normaali maareaktiovoima- tuesta kehoon vaikuttava elastinen voima. Suunnattu kohtisuoraan tuen pintaan nähden.

Voimat pintajännitys - vaiheen rajapinnalla syntyvät voimat. Sillä on sähkömagneettinen luonne ja se on molekyylien välisen vuorovaikutuksen makroskooppinen ilmentymä. Vetovoima kohdistuu tangentiaalisesti rajapintaan; syntyy faasirajalla sijaitsevien molekyylien kompensoimattoman vetovoiman seurauksena molekyylien, jotka eivät sijaitse faasirajalla.

Osmoottinen paine

Van der Waalsin joukot- sähkömagneettiset molekyylien väliset voimat, jotka syntyvät molekyylien polarisaation ja dipolien muodostumisen aikana. Van der Waalsin voimat pienenevät nopeasti etäisyyden kasvaessa.

Inertiavoima- fiktiivinen voima, joka on otettu käyttöön ei-inertiaalisissa referenssijärjestelmissä niin, että Newtonin toinen laki toteutuu niissä. Erityisesti tasaisesti kiihtyvään kappaleeseen liittyvässä vertailukehyksessä inertiavoima on suunnattu vastakkain kiihtyvyyteen nähden. Mukavuuden vuoksi keskipakovoima ja Coriolis-voima voidaan erottaa kokonaisinertiavoimasta.

Tuloksena

Kun lasketaan kappaleen kiihtyvyyttä, kaikki siihen vaikuttavat voimat korvataan yhdellä voimalla, jota kutsutaan resultantiksi. Se on kaikkien kehoon vaikuttavien voimien geometrinen summa. Lisäksi kunkin voiman vaikutus ei ole riippuvainen muiden toiminnasta, toisin sanoen jokainen voima antaa keholle saman kiihtyvyyden, jonka se antaisi ilman muiden voimien toimintaa. Tätä väitettä kutsutaan voimien toiminnan riippumattomuuden periaatteeksi (superpositioperiaatteeksi).

Katso myös

Lähteet

• Grigoriev V.I., Myakishev G.Ya. - "Luonnon voimat"
• Landau, L.D., Lifshits, E.M. Mekaniikka - 5. painos, stereotyyppinen. - M.: Fizmatlit, 2004. - 224 s. - ("Teoreettinen fysiikka", osa I). - .

Huomautuksia

1. Sanasto. Maan observatorio. NASA. - "Voima - mikä tahansa ulkoinen tekijä, joka aiheuttaa muutoksen vapaan kappaleen liikkeessä tai sisäisten jännitysten esiintymistä kiinteässä kappaleessa."(Englanti)
2. Bronshtein I. N. Semendyaev K. A. Matematiikan käsikirja. M.: Kustantaja "Science" Fysikaalisen ja matemaattisen kirjallisuuden toimittaja. 1964.
3. Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. Lectures on Physics, Vol 1 - Addison-Wesley, 1963.(Englanti)

MÄÄRITELMÄ

Pakottaa on vektorisuure, joka on mitta muiden kappaleiden tai kenttien vaikutuksesta tiettyyn kappaleeseen, jonka seurauksena tämän kappaleen tilassa tapahtuu muutos. Tässä tapauksessa tilan muutos tarkoittaa muutosta tai muodonmuutosta.

Voiman käsite viittaa kahteen kehoon. Voit aina ilmoittaa kappaleen, johon voima vaikuttaa, ja kehon, josta se vaikuttaa.

Vahvuudelle on ominaista:

• moduuli;
• suunta;
• sovelluskohta.

Voiman suuruus ja suunta ovat valinnasta riippumattomia.

Voiman yksikkö C-järjestelmässä on 1 Newton.

Luonnossa ei ole aineellisia kappaleita, jotka olisivat muiden kappaleiden vaikutuksen ulkopuolella, ja siksi kaikki ruumiit ovat ulkoisten tai sisäisten voimien vaikutuksen alaisia.

Kehoon voi vaikuttaa useita voimia samanaikaisesti. Tässä tapauksessa toiminnan riippumattomuuden periaate on voimassa: kunkin voiman toiminta ei riipu muiden voimien läsnäolosta tai poissaolosta; useiden voimien yhteisvaikutus on yhtä suuri kuin yksittäisten voimien itsenäisten toimien summa.

Tuloksena oleva voima

Tässä tapauksessa kappaleen liikkeen kuvaamiseen käytetään resultanttivoiman käsitettä.

MÄÄRITELMÄ

Tuloksena oleva voima on voima, jonka toiminta korvaa kaikkien kehoon kohdistuvien voimien toiminnan. Tai toisin sanoen kaikkien kehoon kohdistettujen voimien resultantti on yhtä suuri kuin näiden voimien vektorisumma (kuva 1).

Kuva 1. Tulosvoimien määritys

Koska kappaleen liikettä tarkastellaan aina jossain koordinaattijärjestelmässä, on tarkoituksenmukaista ottaa huomioon ei itse voima, vaan sen projektiot koordinaattiakseleille (kuva 2, a). Voiman suunnasta riippuen sen projektiot voivat olla joko positiivisia (kuva 2, b) tai negatiivisia (kuva 2, c).

Kuva 2. Voiman projektiot koordinaattiakseleille: a) tasossa; b) suoralla (projektio on positiivinen);
c) suoralla viivalla (projektio on negatiivinen)

Kuva 3. Esimerkkejä, jotka kuvaavat voimien vektorilisäystä

Näemme usein esimerkkejä, jotka havainnollistavat voimien vektorilisäystä: lamppu roikkuu kahdella kaapelilla (kuva 3, a) - tässä tapauksessa tasapaino saavutetaan, koska jännitysvoimien resultantti kompensoidaan vetovoiman painolla. lamppu; lohko liukuu kaltevaa tasoa pitkin (kuva 3, b) - liike tapahtuu tuloksena olevien kitka-, painovoima- ja tukireaktion voimien vuoksi. Kuuluisia rivejä sadusta I.A. Krylov "ja kärry on edelleen siellä!" - myös esitys kolmen voiman resultantin yhtäläisyydestä nollaan (kuva 3, c).

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1