Esistono numerose leggi che caratterizzano i processi fisici durante i movimenti meccanici dei corpi.

Si distinguono le seguenti leggi fondamentali delle forze in fisica:

• legge di gravità;
• legge di gravitazione universale;
• leggi della forza di attrito;
• legge della forza elastica;
• Le leggi di Newton.

Legge di gravità

Nota 1

La gravità è una delle manifestazioni dell'azione delle forze gravitazionali.

La gravità è rappresentata come una forza che agisce su un corpo dal lato del pianeta e gli conferisce l'accelerazione dovuta alla gravità.

La caduta libera può essere considerata nella forma $mg = G\frac(mM)(r^2)$, da cui si ottiene la formula per l'accelerazione della caduta libera:

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

La formula per determinare la gravità sarà simile a questa:

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

La gravità ha un certo vettore di distribuzione. È sempre diretto verticalmente verso il basso, cioè verso il centro del pianeta. Il corpo è costantemente soggetto alla gravità e questo significa che è in caduta libera.

La traiettoria del movimento sotto l'influenza della gravità dipende da:

• modulo della velocità iniziale dell'oggetto;
• direzione della velocità del corpo.

Una persona incontra questo fenomeno fisico ogni giorno.

La gravità può anche essere rappresentata con la formula $P = mg$. Quando si accelera a causa della gravità, vengono prese in considerazione anche quantità aggiuntive.

Se consideriamo la legge di gravitazione universale, formulata da Isaac Newton, tutti i corpi hanno una certa massa. Sono attratti l'uno dall'altro con forza. Si chiamerà forza gravitazionale.

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

Questa forza è direttamente proporzionale al prodotto delle masse di due corpi e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.

$G = 6.7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, dove $G$ è la costante gravitazionale e ha secondo il sistema internazionale Il SI misura il valore costante.

Definizione 1

Il peso è la forza con cui un corpo agisce sulla superficie del pianeta dopo che si è verificata la gravità.

Nei casi in cui il corpo è a riposo o si muove uniformemente lungo una superficie orizzontale, il peso lo sarà uguale alla forza supportano la reazione e coincidono in valore con l'entità della gravità:

A moto uniformemente accelerato verticalmente, il peso differirà dalla gravità in base al vettore accelerazione. Quando il vettore accelerazione è diretto nella direzione opposta, si verifica una condizione di sovraccarico. Nei casi in cui il corpo e il supporto si muovono con accelerazione $a = g$, allora il peso sarà pari a zero. Uno stato di peso zero è chiamato assenza di gravità.

L’intensità del campo gravitazionale si calcola come segue:

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

La quantità $F$ è la forza gravitazionale che agisce su un punto materiale di massa $m$.

Il corpo viene posizionato in un certo punto del campo.

L'energia potenziale dell'interazione gravitazionale di due punti materiali con masse $m_1$ e $m_2$ deve trovarsi ad una distanza $r$ l'uno dall'altro.

Il potenziale del campo gravitazionale può essere trovato utilizzando la formula:

$\varphi = \Pi / m$

Qui $P$ è l'energia potenziale punto materiale con massa $m$. Viene posizionato ad un certo punto del campo.

Leggi dell'attrito

Nota 2

La forza di attrito si genera durante il movimento ed è diretta contro lo scorrimento del corpo.

La forza di attrito statico sarà proporzionale reazione normale. La forza di attrito statico non dipende dalla forma e dalle dimensioni delle superfici di sfregamento. Il coefficiente di attrito statico dipende dal materiale dei corpi che entrano in contatto e generano la forza di attrito. Tuttavia, le leggi dell'attrito non possono essere definite stabili e precise, poiché nei risultati della ricerca si osservano spesso varie deviazioni.

La scrittura tradizionale della forza di attrito prevede l'utilizzo del coefficiente di attrito ($\eta$), $N$ è la forza di pressione normale.

Si distinguono anche l'attrito esterno, la forza di attrito volvente, la forza di attrito radente, la forza di attrito viscoso e altri tipi di attrito.

Legge della forza elastica

La forza elastica è uguale alla rigidità del corpo, che viene moltiplicata per l'entità della deformazione:

$F = k \cdot \Delta l$

Nella nostra formula classica per la ricerca della forza elastica, il posto principale è occupato dai valori di rigidità del corpo ($k$) e deformazione del corpo ($\Delta l$). L'unità di forza è il newton (N).

Una formula simile può descrivere il caso più semplice di deformazione. Viene comunemente chiamata legge di Hooke. Si afferma che se qualcuno ci prova in modo accessibile deformare il corpo, la forza elastica tenderà a riportare la forma dell'oggetto alla sua forma originale.

Comprendere e descrivere accuratamente il processo fenomeno fisico introdurre ulteriori concetti. Il coefficiente di elasticità mostra la dipendenza da:

• proprietà dei materiali;
• dimensioni dell'asta.

In particolare, si distingue la dipendenza dalle dimensioni dell'asta o dall'area della sezione trasversale e dalla lunghezza. Quindi il coefficiente di elasticità del corpo viene scritto nella forma:

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

In questa formula la quantità $E$ è il modulo elastico del primo tipo. È chiamato anche modulo di Young. Riflette le caratteristiche meccaniche di un determinato materiale.

Quando si eseguono calcoli su aste diritte, la legge di Hooke è scritta in forma relativa:

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

Si noti che l'applicazione della legge di Hooke sarà efficace solo per deformazioni relativamente piccole. Se il livello del limite di proporzionalità viene superato, la relazione tra deformazioni e sollecitazioni diventa non lineare. Per alcuni mezzi la legge di Hooke non è applicabile nemmeno per piccole deformazioni.

Cristiano) – uno dei “nove ranghi degli angeli”. Secondo la classificazione dello Pseudo-Dionigi, l'Areopagita è il quinto rango, insieme ai domini e alle autorità che compongono la seconda triade.

Ottima definizione

Definizione incompleta ↓

FORZA

non meccanico, metafisico). Orientamento policronico dell'assorbimento latente, che è complementare a qualsiasi struttura, a questa stessa struttura. Per la coscienza soggettiva S. può apparire solo come virtualità. Inoltre non ci sono forze nell'obiettivo. S. è sempre sintomo di un taglio o di un taglio nell'esistenza, di un cambiamento nella natura isolando una parte dal tutto.

Così il complesso forza-tempo-movimento-struttura è sempre un dato di incompletezza nella permeabilità, di incomprensibilità del tutto, al confine tra una parte e il suo complemento. Tuttavia è S., nel suo significato, il più grande surrogato concettuale. Essa risulta essere localmente qui-ora rappresentata dalla proiezione di una molteplicità di fattori.

Il soggetto non sente questa o quella forza psichica interna, ma anche nel caso più estremo o estremo - solo la pressione delle “forze”. L'utilizzo di queste pressioni sotto forma di atti e affetti lascia nascoste anche le presunte nuove forze.

Possiamo benissimo passare da fenomeni ordinari a microfenomeni, reali, ma fuori dalle consuete apparenze quotidiane e scientifiche, ma il passaggio a qualsiasi tipo di micromotorietà, microcinestetismo è impossibile.

La banale definizione di forza come misura di influenza è euristicamente inaccettabile. Tutto ciò che è connesso all'energia appare come uno sfondamento della non esistenza attraverso l'uno o l'altro sistema di divieti, determinato dalle strutture di un dato specifico. Allo stesso tempo, la svolta stessa viene incanalata in un certo modo. La questione è complicata dal fatto che le strutture non possono esistere in alcun modo se non sono già una data forma di svolta energetica. In un ipotetico momento assoluto non ci sono strutture: sono creazioni temporanee e oltre

il limite dei cicli sono ripetizioni inerti.

Ottima definizione

Definizione incompleta ↓

1.Forza- vettore quantità fisica , che è una misura dell'intensità dell'impatto su un dato corpo anche altri enti campi Attaccato al massiccio la forza nel corpo è la ragione del suo cambiamento velocità o avvenimento in esso deformazioni e sollecitazioni.

La forza è caratterizzata come quantità vettoriale modulo, direzione E "punto" della domanda forza. Per l'ultimo parametro, il concetto di forza come vettore in fisica differisce dal concetto di vettore nell'algebra vettoriale, dove i vettori uguali in grandezza e direzione, indipendentemente dal punto della loro applicazione, sono considerati lo stesso vettore. In fisica, questi vettori sono chiamati vettori liberi. In meccanica è estremamente comune l'idea dei vettori accoppiati, il cui inizio è fissato in un certo punto dello spazio o può trovarsi su una linea che continua la direzione del vettore (vettori scorrevoli).

Viene utilizzato anche il concetto linea di forza, che indica la retta passante per il punto di applicazione della forza lungo la quale è diretta la forza.

La seconda legge di Newton afferma che nei sistemi di riferimento inerziali, l'accelerazione di un punto materiale nella direzione coincide con la risultante di tutte le forze applicate al corpo, e in intensità è direttamente proporzionale all'entità della forza e inversamente proporzionale alla massa del corpo. punto materiale. Oppure, equivalentemente, la velocità di variazione della quantità di moto di un punto materiale è uguale alla forza applicata.

Quando una forza viene applicata a un corpo di dimensioni finite, in esso si verificano sollecitazioni meccaniche, accompagnate da deformazioni.

Dal punto di vista del Modello Standard della fisica delle particelle, le interazioni fondamentali (gravitazionali, deboli, elettromagnetiche, forti) si realizzano attraverso lo scambio dei cosiddetti bosoni di gap. Esperimenti di fisica delle alte energie condotti negli anni 70-80. XX secolo ha confermato l'ipotesi che le interazioni deboli ed elettromagnetiche siano manifestazioni della più fondamentale interazione elettrodebole.

La dimensione della forza è LMT −2, l'unità di misura nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è newton (N, N), nel sistema GHS è dyne.

2.Prima legge di Newton.

La prima legge di Newton afferma che esistono sistemi di riferimento in cui i corpi mantengono uno stato di riposo o uniforme moto rettilineo in assenza di azioni su di essi da parte di altri organi o nel caso di reciproca compensazione di tali influenze. Tali sistemi di riferimento sono detti inerziali. Newton propose che ogni oggetto massiccio abbia una certa riserva di inerzia, che caratterizza lo “stato naturale” di movimento di quell’oggetto. Questa idea rifiuta la visione di Aristotele, che considerava il riposo lo “stato naturale” di un oggetto. La prima legge di Newton contraddice la fisica aristotelica, una delle cui disposizioni è l'affermazione che un corpo può muoversi a velocità costante solo sotto l'influenza della forza. Il fatto che nella meccanica newtoniana nei sistemi di riferimento inerziali il riposo sia fisicamente indistinguibile dal movimento rettilineo uniforme è la base logica del principio di relatività di Galileo. Tra un insieme di corpi è fondamentalmente impossibile determinare quali di essi siano “in movimento” e quali siano “a riposo”. Possiamo parlare di movimento solo rispetto a qualche sistema di riferimento. Le leggi della meccanica sono soddisfatte allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento inerziali, in altre parole sono tutte meccanicamente equivalenti. Quest'ultima deriva dalle cosiddette trasformazioni galileiane.

3.Seconda legge di Newton.

La seconda legge di Newton nella sua formulazione moderna suona così: in un sistema di riferimento inerziale, la velocità di variazione della quantità di moto di un punto materiale è uguale alla somma vettoriale di tutte le forze che agiscono su questo punto.

dove è la quantità di moto del punto materiale, è la forza totale che agisce sul punto materiale. La seconda legge di Newton afferma che l'azione di forze sbilanciate porta ad una variazione della quantità di moto di un punto materiale.

Per definizione di quantità di moto:

dove è la massa, è la velocità.

Nella meccanica classica, a velocità molto inferiori a quella della luce, la massa di un punto materiale è considerata invariata, il che consente di toglierlo dal segno differenziale in queste condizioni:

Data la definizione di accelerazione di un punto, la seconda legge di Newton assume la forma:

È considerata "la seconda formula più famosa della fisica", sebbene lo stesso Newton non abbia mai scritto esplicitamente la sua seconda legge in questa forma. Per la prima volta questa forma di diritto si trova nelle opere di K. Maclaurin e L. Euler.

Poiché in qualsiasi sistema di riferimento inerziale l'accelerazione del corpo è la stessa e non cambia durante la transizione da un sistema all'altro, la forza è invariante rispetto a tale transizione.

In tutti i fenomeni naturali forza, indipendentemente dalla tua origine, appare solo in senso meccanico, cioè come motivo della violazione del movimento uniforme e rettilineo del corpo nel sistema di coordinate inerziali. L'affermazione opposta, cioè stabilire il fatto di tale movimento, non indica l'assenza di forze che agiscono sul corpo, ma solo che le azioni di queste forze sono reciprocamente equilibrate. Altrimenti: la loro somma vettoriale è un vettore con modulo uguale a zero. Questa è la base per misurare l'entità di una forza quando è compensata da una forza di cui si conosce l'entità.

La seconda legge di Newton ci permette di misurare l'entità di una forza. Ad esempio, la conoscenza della massa di un pianeta e della sua accelerazione centripeta quando si muove in orbita ci consente di calcolare l'entità della forza di attrazione gravitazionale che agisce su questo pianeta dal Sole.

4.Terza legge di Newton.

Per due corpi qualsiasi (chiamiamoli corpo 1 e corpo 2), la terza legge di Newton afferma che la forza d'azione del corpo 1 sul corpo 2 è accompagnata dall'apparizione di una forza uguale in grandezza, ma opposta in direzione, che agisce sul corpo 1 dal corpo 2. Matematicamente la legge è scritta così:

Questa legge significa che le forze si verificano sempre in coppie di azione-reazione. Se il corpo 1 e il corpo 2 si trovano nello stesso sistema, allora la forza totale nel sistema dovuta all'interazione di questi corpi è zero:

Ciò significa che in un sistema chiuso non esistono squilibri forze interne. Ciò porta al fatto che il centro di massa di un sistema chiuso (cioè su cui non agiscono forze esterne) non può muoversi con accelerazione. Le singole parti del sistema possono accelerare, ma solo in modo tale che il sistema nel suo insieme rimanga in uno stato di riposo o di movimento lineare uniforme. Tuttavia, se sul sistema agiscono forze esterne, il suo centro di massa inizierà a muoversi con un'accelerazione proporzionale alla forza risultante esterna e inversamente proporzionale alla massa del sistema.

5.Gravità.

Gravità ( gravità) - interazione universale tra qualsiasi tipo di materia. Nell'ambito della meccanica classica, è descritta dalla legge di gravitazione universale, formulata da Isaac Newton nella sua opera “Principi matematici della filosofia naturale”. Newton ottenne l'entità dell'accelerazione con cui la Luna si muove attorno alla Terra, assumendo nel suo calcolo che la forza di gravità diminuisca in proporzione inversa al quadrato della distanza dal corpo gravitante. Inoltre stabilì anche che l'accelerazione causata dall'attrazione di un corpo da parte di un altro è proporzionale al prodotto delle masse di questi corpi. Sulla base di queste due conclusioni fu formulata la legge di gravitazione: eventuali particelle materiali sono attratte tra loro con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle masse ( e ) e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro:

Ecco la costante gravitazionale, il cui valore fu ottenuto per la prima volta da Henry Cavendish nei suoi esperimenti. Usando questa legge, puoi ottenere formule per calcolare la forza gravitazionale di corpi di forma arbitraria. La teoria della gravità di Newton descrive bene il movimento dei pianeti sistema solare e molti altri corpi celesti. Tuttavia, si basa sul concetto di azione a lungo raggio, che contraddice la teoria della relatività. Pertanto, la teoria classica della gravità non è applicabile per descrivere il movimento dei corpi che si muovono a velocità prossime a quella della luce, i campi gravitazionali di oggetti estremamente massicci (ad esempio i buchi neri), così come i campi gravitazionali variabili creati da corpi in movimento a grande distanza da essi.

Una teoria più generale della gravità è la teoria generale della relatività di Albert Einstein. In esso la gravità non è caratterizzata da una forza invariante indipendente dal sistema di riferimento. Invece il libero movimento dei corpi in un campo gravitazionale, percepito dall'osservatore come movimento lungo traiettorie curve nello spazio-tempo tridimensionale con velocità variabile, è considerato come movimento inerziale lungo una linea geodetica in uno spazio-tempo curvo quadridimensionale. , in cui il tempo scorre diversamente in punti diversi. Inoltre, questa linea è in un certo senso “la più diretta” - è tale che l'intervallo spazio-temporale (tempo proprio) tra due posizioni spazio-temporali di un dato corpo è massimo. La curvatura dello spazio dipende dalla massa dei corpi, nonché da tutti i tipi di energia presenti nel sistema.

6.Campo elettrostatico (campo di cariche stazionarie).

Lo sviluppo della fisica dopo Newton aggiunse alle tre quantità fondamentali (lunghezza, massa, tempo) carica elettrica con dimensione C. Tuttavia, in base ai requisiti della pratica, hanno iniziato a utilizzare non l'unità di carica, ma l'unità di corrente elettrica come unità di misura principale. Pertanto, nel sistema SI, l'unità di base è l'ampere e l'unità di carica, il coulomb, ne è un derivato.

Poiché la carica in quanto tale non esiste indipendentemente dal corpo che la trasporta, l'interazione elettrica dei corpi si manifesta sotto forma della stessa forza considerata in meccanica, che funge da causa dell'accelerazione. In relazione all'interazione elettrostatica di due cariche puntiformi di grandezza e situate nel vuoto, viene utilizzata la legge di Coulomb. Nella forma corrispondente al sistema SI, appare come:

dove è la forza con cui la carica 1 agisce sulla carica 2, è il vettore diretto dalla carica 1 alla carica 2 ed è uguale in modulo alla distanza tra le cariche, ed è la costante elettrica pari a ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . Quando le cariche sono collocate in un mezzo omogeneo e isotropo, la forza di interazione diminuisce di un fattore ε, dove ε è la costante dielettrica del mezzo.

La forza è diretta lungo la linea che collega le cariche puntiformi. Graficamente, il campo elettrostatico è solitamente rappresentato come un’immagine di linee di forza, che sono traiettorie immaginarie lungo le quali si muoverebbe una particella carica senza massa. Queste linee iniziano con una carica e terminano con un'altra.

7.Campo elettromagnetico (campo di corrente continua).

Esistenza campo magnetico fu riconosciuto nel Medioevo dai cinesi, che usarono la "pietra dell'amore" - un magnete, come prototipo di una bussola magnetica. Graficamente, un campo magnetico viene solitamente rappresentato sotto forma di linee di forza chiuse, la cui densità (come nel caso di un campo elettrostatico) ne determina l'intensità. Storicamente, un modo visivo per visualizzare un campo magnetico era cosparso di limatura di ferro, ad esempio, su un pezzo di carta posizionato su un magnete.

Oersted stabilì che la corrente che scorre attraverso un conduttore provoca una deflessione dell'ago magnetico.

Faraday giunse alla conclusione che attorno a un conduttore percorso da corrente si crea un campo magnetico.

Ampere ha avanzato un'ipotesi, riconosciuta in fisica, come modello del processo di comparsa di un campo magnetico, che consiste nell'esistenza nei materiali di correnti microscopiche chiuse, che insieme forniscono l'effetto del magnetismo naturale o indotto.

Ampere ha stabilito che in un sistema di riferimento situato nel vuoto, rispetto al quale la carica è in movimento, cioè si comporta come una corrente elettrica, nasce un campo magnetico, la cui intensità è determinata dal vettore di induzione magnetica che giace in un piano situato perpendicolare alla direzione del movimento della carica.

L'unità di misura dell'induzione magnetica è tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Il problema è stato risolto quantitativamente da Ampere, che ha misurato la forza di interazione di due conduttori paralleli con le correnti che li attraversano. Uno dei conduttori creava attorno a sé un campo magnetico, il secondo reagiva a questo campo avvicinandosi o allontanandosi con una forza misurabile, conoscendo quale e l'entità della corrente era possibile determinare il modulo del vettore di induzione magnetica.

L'interazione della forza tra cariche elettriche che non sono in movimento l'una rispetto all'altra è descritta dalla legge di Coulomb. Tuttavia, le cariche in movimento l'una rispetto all'altra creano campi magnetici, attraverso i quali le correnti create dal movimento delle cariche generalmente entrano in uno stato di interazione di forza.

La differenza fondamentale tra la forza che emerge durante il movimento relativo delle cariche e il caso della loro posizione stazionaria è la differenza nella geometria di queste forze. Nel caso dell'elettrostatica, le forze di interazione tra due cariche sono dirette lungo la linea che le collega. Pertanto la geometria del problema è bidimensionale e la considerazione viene effettuata su un piano passante per questa retta.

Nel caso delle correnti, la forza che caratterizza il campo magnetico creato dalla corrente si trova in un piano perpendicolare alla corrente. Pertanto, l'immagine del fenomeno diventa tridimensionale. Il campo magnetico creato da un elemento infinitamente piccolo della prima corrente, interagendo con lo stesso elemento della seconda corrente, crea generalmente una forza agente su di esso. Inoltre, per entrambe le correnti questo quadro è completamente simmetrico, nel senso che la numerazione delle correnti è arbitraria.

La legge di interazione delle correnti viene utilizzata per standardizzare la corrente elettrica continua.

8. Forte interazione.

La forza forte è l'interazione fondamentale a corto raggio tra adroni e quark. Nel nucleo atomico, la forza forte tiene insieme i protoni carichi positivamente (sperimentando repulsione elettrostatica) attraverso lo scambio di mesoni pi tra nucleoni (protoni e neutroni). I mesoni Pi hanno una durata di vita molto breve; la loro durata è sufficiente solo a fornire forze nucleari entro il raggio del nucleo, motivo per cui le forze nucleari sono chiamate a corto raggio. Un aumento del numero di neutroni “diluisce” il nucleo, riducendo le forze elettrostatiche e aumentando quelle nucleari, ma a grandi quantità i neutroni, essi stessi, essendo fermioni, iniziano a sperimentare la repulsione a causa del principio di Pauli. Inoltre, quando i nucleoni si avvicinano troppo, inizia uno scambio di bosoni W, che provoca la repulsione, grazie alla quale i nuclei atomici non “collassano”.

All'interno degli adroni stessi, l'interazione forte tiene insieme i quark, le parti costitutive degli adroni. I quanti di campo forti sono gluoni. Ogni quark ha una delle tre cariche “colore”, ogni gluone è costituito da una coppia “colore”-“anticolore”. I gluoni legano i quark nel cosiddetto. “confinamento”, a causa del quale al momento non sono stati osservati quark liberi nell’esperimento. Quando i quark si allontanano gli uni dagli altri, l'energia dei legami gluonici aumenta e non diminuisce come nell'interazione nucleare. Spendendo molta energia (facendo collidere gli adroni in un acceleratore), è possibile rompere il legame quark-gluone, ma allo stesso tempo viene rilasciato un getto di nuovi adroni. Tuttavia, nello spazio possono esistere quark liberi: se qualche quark è riuscito a evitare il confinamento durante il Big Bang, allora la probabilità di annientamento con l'antiquark corrispondente o di trasformarsi in un adrone incolore per un tale quark è incredibilmente piccola.

9.Interazione debole.

L'interazione debole è un'interazione fondamentale a corto raggio. Gamma 10 −18 m) Simmetrico rispetto alla combinazione di inversione spaziale e coniugazione di carica. Tutti gli elementi fondamentali sono coinvolti nell'interazione debole.fermioni (leptoni E quark). Questa è l'unica interazione che comportaneutrino(per non parlare di gravità, trascurabile in condizioni di laboratorio), il che spiega la colossale capacità di penetrazione di queste particelle. L'interazione debole consente i leptoni, i quark e loroantiparticelle scambio energia, massa, carica elettrica E numeri quantici- cioè trasformarsi l'uno nell'altro. Una delle manifestazioni èdecadimento beta.

La forza è caratterizzata come quantità vettoriale modulo , direzione E "punto" della domanda forza. Per l'ultimo parametro, il concetto di forza come vettore in fisica differisce dal concetto di vettore nell'algebra vettoriale, dove i vettori uguali in grandezza e direzione, indipendentemente dal punto della loro applicazione, sono considerati lo stesso vettore. In fisica questi vettori sono chiamati vettori liberi, in meccanica è estremamente comune l'idea dei vettori accoppiati, il cui inizio è fissato in un certo punto dello spazio o può trovarsi su una linea che continua la direzione del vettore (vettori scorrevoli). .

Viene utilizzato anche il concetto linea di forza, che indica la retta passante per il punto di applicazione della forza lungo la quale è diretta la forza.

La dimensione della forza è LMT −2, l'unità di misura nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è newton (N, N), nel sistema CGS è dyne.

Storia del concetto

Il concetto di forza veniva utilizzato dagli antichi scienziati nei loro lavori sulla statica e sul movimento. Ha studiato le forze nel processo di costruzione di meccanismi semplici nel 3° secolo. AVANTI CRISTO e. Archimede. Le idee di Aristotele sulla forza, che comportano incoerenze fondamentali, persistettero per diversi secoli. Queste discrepanze furono eliminate nel XVII secolo. Isaac Newton, utilizzando metodi matematici per descrivere la forza. La meccanica newtoniana rimase generalmente accettata per quasi trecento anni. Entro l'inizio del 20 ° secolo. Albert Einstein ha mostrato nella teoria della relatività che la meccanica newtoniana è corretta solo a velocità di movimento e masse dei corpi nel sistema relativamente basse, chiarendo così i principi di base della cinematica e della dinamica e descrivendo alcune nuove proprietà dello spazio-tempo.

Meccanica newtoniana

Isaac Newton iniziò a descrivere il movimento degli oggetti utilizzando i concetti di inerzia e forza. Fatto ciò, stabilì contemporaneamente che ogni movimento meccanico obbedisce a leggi generali di conservazione. In Newton pubblicò la sua famosa opera”, in cui delineò le tre leggi fondamentali della meccanica classica (le famose leggi di Newton).

La prima legge di Newton

Ad esempio, le leggi della meccanica vengono rispettate esattamente allo stesso modo nel retro di un camion quando percorre un tratto di strada rettilineo a velocità costante e quando è fermo. Una persona può lanciare una palla verticalmente verso l'alto e riprenderla dopo un certo tempo nello stesso punto, indipendentemente dal fatto che il camion si muova uniformemente e in linea retta o sia fermo. Per lui la palla vola in linea retta. Tuttavia, per un osservatore esterno a terra, la traiettoria della palla sembra una parabola. Ciò è dovuto al fatto che la palla si muove rispetto al suolo durante il suo volo non solo verticalmente, ma anche orizzontalmente per inerzia nella direzione del movimento del camion. Per una persona nel retro di un camion, non ha importanza se il camion si muove su strada o il mondo si muove a velocità costante nella direzione opposta mentre il camion è fermo. Pertanto, lo stato di riposo e il moto rettilineo uniforme sono fisicamente indistinguibili l'uno dall'altro.

Seconda legge di Newton

Per definizione di quantità di moto:

dove è la massa, è la velocità.

Se la massa di un punto materiale rimane invariata, la derivata temporale della massa è zero e l'equazione assume la forma:

La terza legge di Newton

Per due corpi qualsiasi (chiamiamoli corpo 1 e corpo 2), la terza legge di Newton afferma che la forza d'azione del corpo 1 sul corpo 2 è accompagnata dall'apparizione di una forza uguale in grandezza, ma opposta in direzione, che agisce sul corpo 1 dal corpo 2. Matematicamente la legge è scritta così:

Questa legge significa che le forze si verificano sempre in coppie di azione-reazione. Se il corpo 1 e il corpo 2 si trovano nello stesso sistema, allora la forza totale nel sistema dovuta all'interazione di questi corpi è zero:

Ciò significa che in un sistema chiuso non esistono forze interne sbilanciate. Ciò porta al fatto che il centro di massa di un sistema chiuso (cioè su cui non agiscono forze esterne) non può muoversi con accelerazione. Le singole parti del sistema possono accelerare, ma solo in modo tale che il sistema nel suo insieme rimanga in uno stato di riposo o di movimento lineare uniforme. Tuttavia, se sul sistema agiscono forze esterne, il suo centro di massa inizierà a muoversi con un'accelerazione proporzionale alla forza risultante esterna e inversamente proporzionale alla massa del sistema.

Interazioni fondamentali

Tutte le forze in natura si basano su quattro tipi di interazioni fondamentali. Velocità massima la propagazione di tutti i tipi di interazione è uguale alla velocità della luce nel vuoto. Le forze elettromagnetiche agiscono tra corpi elettricamente carichi, le forze gravitazionali agiscono tra oggetti massicci. Forte e debole compaiono solo a distanze molto brevi, sono responsabili dell'emergere di interazioni tra le particelle subatomiche, compresi i nucleoni, di cui sono composti i nuclei atomici.

Viene misurata l'intensità delle interazioni forti e deboli unità di energia(elettronvolt), no unità di forza, e quindi l'applicazione del termine "forza" ad essi è spiegata dalla tradizione presa dall'antichità di spiegare qualsiasi fenomeno nel mondo circostante mediante l'azione di "forze" specifiche per ciascun fenomeno.

Il concetto di forza non può essere applicato ai fenomeni del mondo subatomico. Questo è un concetto dell'arsenale della fisica classica, associato (anche se solo inconsciamente) alle idee newtoniane sulle forze che agiscono a distanza. Nella fisica subatomica tali forze non esistono più: sono sostituite dalle interazioni tra particelle che avvengono attraverso i campi, cioè alcune altre particelle. Pertanto, i fisici delle alte energie evitano di usare la parola forza, sostituendolo con la parola interazione.

Ogni tipo di interazione è dovuta allo scambio dei corrispondenti portatori di interazione: gravitazionale - scambio di gravitoni (l'esistenza non è stata confermata sperimentalmente), elettromagnetico - fotoni virtuali, debole - bosoni vettoriali, forte - gluoni (e a grandi distanze - mesoni) . Attualmente, le forze elettromagnetica e debole sono combinate nella più fondamentale forza elettrodebole. Si stanno facendo tentativi per combinare tutte e quattro le interazioni fondamentali in una sola (la cosiddetta teoria della grande unificazione).

Tutta la diversità delle forze che si manifestano in natura può, in linea di principio, essere ridotta a queste quattro interazioni fondamentali. Ad esempio, l'attrito è una manifestazione delle forze elettromagnetiche che agiscono tra gli atomi di due superfici a contatto e del principio di esclusione di Pauli, che impedisce agli atomi di penetrare l'uno nell'area dell'altro. La forza generata dalla deformazione di una molla, descritta dalla legge di Hooke, è anche il risultato delle forze elettromagnetiche tra le particelle e del principio di esclusione di Pauli, che costringono gli atomi del reticolo cristallino di una sostanza a mantenersi vicino ad una posizione di equilibrio. .

Tuttavia, in pratica risulta non solo inappropriato, ma anche semplicemente impossibile, date le condizioni del problema, una considerazione così dettagliata della questione dell'azione delle forze.

Gravità

Gravità ( gravità) - interazione universale tra qualsiasi tipo di materia. Nell'ambito della meccanica classica, è descritta dalla legge di gravitazione universale, formulata da Isaac Newton nella sua opera “Principi matematici della filosofia naturale”. Newton ottenne l'entità dell'accelerazione con cui la Luna si muove attorno alla Terra, assumendo nel calcolo che la forza di gravità diminuisca in proporzione inversa al quadrato della distanza dal corpo gravitante. Inoltre stabilì anche che l'accelerazione causata dall'attrazione di un corpo da parte di un altro è proporzionale al prodotto delle masse di questi corpi. Sulla base di queste due conclusioni fu formulata la legge di gravitazione: eventuali particelle materiali sono attratte tra loro con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle masse ( e ) e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro:

Ecco la costante gravitazionale, il cui valore fu ottenuto per la prima volta nei suoi esperimenti da Henry Cavendish. Usando questa legge, puoi ottenere formule per calcolare la forza gravitazionale di corpi di forma arbitraria. La teoria della gravità di Newton descrive bene il movimento dei pianeti del sistema solare e di molti altri corpi celesti. Tuttavia, si basa sul concetto di azione a lungo raggio, che contraddice la teoria della relatività. Pertanto, la teoria classica della gravità non è applicabile per descrivere il movimento dei corpi che si muovono a velocità prossime a quella della luce, i campi gravitazionali di oggetti estremamente massicci (ad esempio i buchi neri), così come i campi gravitazionali variabili creati da corpi in movimento a grande distanza da essi.

Interazione elettromagnetica

Campo elettrostatico (campo di cariche stazionarie)

Lo sviluppo della fisica dopo Newton aggiunse alle tre quantità principali (lunghezza, massa, tempo) una carica elettrica di dimensione C. Tuttavia, in base a requisiti pratici basati sulla comodità della misurazione, al posto della carica veniva spesso utilizzata corrente elettrica di dimensione I , E IO = CT − 1 . L'unità di misura della quantità di carica è il coulomb, mentre l'unità di misura della corrente è l'ampere.

Poiché la carica in quanto tale non esiste indipendentemente dal corpo che la trasporta, l'interazione elettrica dei corpi si manifesta sotto forma della stessa forza considerata in meccanica, che funge da causa dell'accelerazione. In relazione all’interazione elettrostatica di due “cariche puntiformi” nel vuoto, viene utilizzata la legge di Coulomb:

dove è la distanza tra le cariche, e ε 0 ≈ 8,854187817·10 −12 F/m. In una sostanza omogenea (isotropa) in questo sistema, la forza di interazione diminuisce di ε volte, dove ε è la costante dielettrica del mezzo.

La direzione della forza coincide con la linea che collega le cariche puntiformi. Graficamente, il campo elettrostatico è solitamente rappresentato come un’immagine di linee di forza, che sono traiettorie immaginarie lungo le quali si muoverebbe una particella carica senza massa. Queste linee iniziano con una carica e terminano con un'altra.

Campo elettromagnetico (campo di corrente continua)

L'esistenza di un campo magnetico fu riconosciuta già nel Medioevo dai cinesi, che usarono la "pietra dell'amore" - un magnete, come prototipo di una bussola magnetica. Graficamente, un campo magnetico viene solitamente rappresentato sotto forma di linee di forza chiuse, la cui densità (come nel caso di un campo elettrostatico) ne determina l'intensità. Storicamente, un modo visivo per visualizzare un campo magnetico era cosparso di limatura di ferro, ad esempio, su un pezzo di carta posizionato su un magnete.

Tipi di forze derivati

Forza elastica- una forza che si genera durante la deformazione di un corpo e si oppone a questa deformazione. Nel caso delle deformazioni elastiche è potenziale. La forza elastica è di natura elettromagnetica, essendo una manifestazione macroscopica dell'interazione intermolecolare. La forza elastica è diretta in direzione opposta allo spostamento, perpendicolare alla superficie. Il vettore forza è opposto alla direzione dello spostamento molecolare.

Forza di attrito- una forza che nasce durante il movimento relativo dei corpi solidi e si oppone a questo movimento. Si riferisce alle forze dissipative. La forza di attrito è di natura elettromagnetica, essendo una manifestazione macroscopica dell'interazione intermolecolare. Il vettore della forza di attrito è diretto in modo opposto al vettore della velocità.

Forza di resistenza media- forza generata durante il movimento solido in mezzi liquidi o gassosi. Si riferisce alle forze dissipative. La forza di resistenza è di natura elettromagnetica, essendo una manifestazione macroscopica dell'interazione intermolecolare. Il vettore della forza di trascinamento è diretto in modo opposto al vettore della velocità.

Forza di reazione al suolo normale- forza elastica agente dall'appoggio sul corpo. Diretto perpendicolarmente alla superficie del supporto.

Poteri tensione superficiale - forze che si generano sulla superficie dell'interfaccia di fase. Ha una natura elettromagnetica, essendo una manifestazione macroscopica dell'interazione intermolecolare. La forza di trazione è diretta tangenzialmente all'interfaccia; nasce come risultato dell'attrazione non compensata di molecole situate al confine di fase da parte di molecole non situate al confine di fase.

Pressione osmotica

Forze di Van der Waals- forze intermolecolari elettromagnetiche che sorgono durante la polarizzazione delle molecole e la formazione di dipoli. Le forze di Van der Waals diminuiscono rapidamente con l'aumentare della distanza.

Forza d'inerzia- forza fittizia introdotta in sistemi di riferimento non inerziali affinché in essi sia soddisfatta la seconda legge di Newton. In particolare, nel sistema di riferimento associato ad un corpo uniformemente accelerato, la forza inerziale è diretta in senso opposto all'accelerazione. Per comodità, la forza centrifuga e la forza di Coriolis possono essere separate dalla forza inerziale totale.

Risultante

Quando si calcola l'accelerazione di un corpo, tutte le forze che agiscono su di esso vengono sostituite da una forza, chiamata risultante. È la somma geometrica di tutte le forze che agiscono su un corpo. Inoltre l'azione di ciascuna forza non dipende dall'azione delle altre, cioè ciascuna forza imprime al corpo la stessa accelerazione che impartirebbe in assenza dell'azione delle altre forze. Questa affermazione è chiamata principio di indipendenza dell'azione delle forze (principio di sovrapposizione).

Guarda anche

Fonti

• Grigoriev V.I., Myakishev G.Ya. - “Forze nella natura”
• Landau, L. D., Lifshits, E. M. Meccanica - 5a edizione, stereotipata. - M.: Fizmatlit, 2004. - 224 p. - (“Fisica Teorica”, Volume I). - .

Appunti

1. Glossario. Osservatorio della Terra. NASA. - “Forza - qualsiasi fattore esterno, che provoca un cambiamento nel movimento di un corpo libero o il verificarsi di tensioni interne in un corpo fisso”.(Inglese)
2. Bronshtein I. N. Semendyaev K. A. Manuale di matematica. M.: Casa editrice "Science" Redazione di riferimento della letteratura fisica e matematica. 1964.
3. Feynman, R.P., Leighton, R.B., Sands, M. Lezioni di fisica, vol 1 - Addison-Wesley, 1963.(Inglese)

DEFINIZIONE

Forzaè una quantità vettoriale che è una misura dell'azione di altri corpi o campi su un dato corpo, a seguito della quale si verifica un cambiamento nello stato di questo corpo. In questo caso, un cambiamento di stato significa un cambiamento o una deformazione.

Il concetto di forza si riferisce a due corpi. Puoi sempre indicare il corpo su cui agisce la forza e il corpo da cui agisce.

La forza è caratterizzata da:

• modulo;
• direzione;
• punto di applicazione.

L'entità e la direzione della forza sono indipendenti dalla scelta.

L'unità di forza nel sistema C è 1 Newton.

In natura non esistono corpi materiali che siano al di fuori dell'influenza di altri corpi e, quindi, tutti i corpi sono sotto l'influenza di forze esterne o interne.

Su un corpo possono agire contemporaneamente più forze. In questo caso vale il principio di indipendenza dell'azione: l'azione di ciascuna forza non dipende dalla presenza o assenza di altre forze; l'azione combinata di più forze è uguale alla somma delle azioni indipendenti delle singole forze.

Forza risultante

Per descrivere il moto di un corpo in questo caso si utilizza il concetto di forza risultante.

DEFINIZIONE

Forza risultanteè una forza la cui azione sostituisce l'azione di tutte le forze applicate al corpo. O, in altre parole, la risultante di tutte le forze applicate al corpo è uguale alla somma vettoriale di queste forze (Fig. 1).

Fig. 1. Determinazione delle forze risultanti

Poiché il movimento del corpo è sempre considerato in un sistema di coordinate, è conveniente considerare non la forza stessa, ma le sue proiezioni sugli assi delle coordinate (Fig. 2, a). A seconda della direzione della forza, le sue proiezioni possono essere positive (Fig. 2, b) o negative (Fig. 2, c).

Fig.2. Proiezioni di forza sugli assi coordinati: a) su un piano; b) su una retta (la proiezione è positiva);
c) su una linea retta (la proiezione è negativa)

Fig.3. Esempi che illustrano la somma vettoriale delle forze

Vediamo spesso esempi che illustrano la somma vettoriale delle forze: una lampada è appesa a due cavi (Fig. 3, a) - in questo caso l'equilibrio è raggiunto grazie al fatto che la risultante delle forze di tensione è compensata dal peso della lampada; il blocco scorre lungo un piano inclinato (Fig. 3, b) - il movimento avviene a causa delle forze risultanti di attrito, gravità e reazione del supporto. Linee famose della favola di I.A. Krylov "e il carro è ancora lì!" - anche un'illustrazione dell'uguaglianza della risultante di tre forze a zero (Fig. 3, c).

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1