ישנם מספר חוקים המאפיינים תהליכים פיזיקליים במהלך תנועות מכניות של גופים.

נבדלים חוקי הכוחות הבסיסיים הבאים בפיזיקה:

• חוק הכבידה;
• חוק הכבידה האוניברסלית;
• חוקי כוח החיכוך;
• חוק כוח האלסטיות;
• חוקי ניוטון.

חוק הכבידה

הערה 1

כוח הכבידה הוא אחד הביטויים של פעולת כוחות הכבידה.

כוח הכבידה מיוצג ככוח הפועל על הגוף מהצד של הפלנטה ונותן לו את האצת הנפילה החופשית.

נפילה חופשית יכולה להיחשב בצורה $mg = G\frac(mM)(r^2)$, שממנה נקבל את נוסחת האצת הנפילה החופשית:

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

הנוסחה לקביעת כוח הכבידה תיראה כך:

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

לכוח הכבידה יש ​​וקטור התפשטות מסוים. הוא תמיד מכוון אנכית כלפי מטה, כלומר לכיוון מרכז כדור הארץ. כוח הכבידה פועל על הגוף ללא הרף וזה אומר שהוא מבצע נפילה חופשית.

מסלול התנועה תחת פעולת הכבידה תלוי ב:

• מודול של המהירות הראשונית של האובייקט;
• כיוון מהירות הגוף.

האדם פוגש את התופעה הפיזית הזו על בסיס יומי.

ניתן לייצג את כוח הכבידה גם כנוסחה $P = mg$. בעת האצת נפילה חופשית נלקחות בחשבון גם כמויות נוספות.

אם ניקח בחשבון את חוק הכבידה האוניברסלית, שנוסח על ידי אייזק ניוטון, לכל הגופים יש מסה מסוימת. הם נמשכים זה לזה בכוח. זה ייקרא כוח הכבידה.

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

כוח זה עומד ביחס ישר למכפלת המסות של שני הגופים וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם.

$G = 6.7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, כאשר $G$ הוא קבוע הכבידה ויש לו את מדידות המערכת הבינלאומיות SI ערך קבוע.

הגדרה 1

משקל הוא הכוח שבו הגוף פועל על פני כדור הארץ לאחר הופעת כוח המשיכה.

במקרים בהם הגוף במנוחה או נע בצורה אחידה על משטח אופקי, אז המשקל יהיה שווה לחוזקתומך בתגובות וחופף בערכו לערך הכבידה:

בְּ תנועה מואצת אחידהאנכית המשקל יהיה שונה מכוח הכבידה על סמך וקטור התאוצה. כאשר וקטור התאוצה מכוון לכיוון ההפוך, מתרחש מצב של עומס יתר. במקרים בהם הגוף יחד עם התמיכה נעים בתאוצה $a = g$, אז המשקל יהיה שווה לאפס. מצב האפס משקל נקרא חוסר משקל.

חוזק שדה הכבידה מחושב באופן הבא:

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

הערך של $F$ הוא כוח הכבידה הפועל על נקודה חומרית במסה של $m$.

הגוף ממוקם בנקודה מסוימת בשטח.

האנרגיה הפוטנציאלית של אינטראקציית הכבידה של שתי נקודות חומריות בעלות מסות $m_1$ ו-$m_2$ חייבת להיות במרחק $r$ זו מזו.

ניתן למצוא את הפוטנציאל של שדה הכבידה על ידי הנוסחה:

$\varphi = \Pi / m$

כאן $П$ היא האנרגיה הפוטנציאלית נקודה חומריתעם מסה $m$. הוא ממוקם בנקודה מסוימת בשטח.

חוקי כוח החיכוך

הערה 2

כוח החיכוך נוצר בזמן תנועה ומופנה נגד החלקה של הגוף.

כוח החיכוך הסטטי יהיה פרופורציונלי ל תגובה נורמלית. כוח החיכוך הסטטי אינו תלוי בצורה ובגודל של משטחי השפשוף. מקדם החיכוך הסטטי תלוי בחומר הגופים שנמצאים במגע ויוצרים כוח חיכוך. עם זאת, חוקי החיכוך אינם יכולים להיקרא יציבים ומדויקים, שכן לעתים קרובות נצפות סטיות שונות בתוצאות המחקר.

הכתיבה המסורתית של כוח החיכוך כוללת שימוש במקדם החיכוך ($\eta$), $N$ הוא כוח הלחץ הרגיל.

ישנם גם חיכוך חיצוני, כוח חיכוך מתגלגל, כוח חיכוך החלקה, כוח חיכוך צמיג וסוגים אחרים של חיכוך.

חוק הכוח האלסטי

הכוח האלסטי שווה לקשיחות הגוף, המוכפלת בכמות העיוות:

$F = k \cdot \Delta l$

בנוסחת הכוח הקלאסית שלנו למציאת הכוח האלסטי, המקום העיקרי תופס על ידי קשיחות הגוף ($k$) והדפורמציה של הגוף ($\Delta l$). יחידת הכוח היא ניוטון (N).

נוסחה כזו יכולה לתאר את המקרה הפשוט ביותר של דפורמציה. זה נקרא חוק הוק. זה אומר שאם תנסה דרך נגישהלעוות את הגוף, הכוח האלסטי יטה להחזיר את צורת האובייקט לצורתו המקורית.

להבין ולתאר במדויק את התהליך תופעה פיזיקליתלהציג מושגים נוספים. מקדם האלסטיות מראה את התלות ב:

• תכונות החומר;
• גדלי מוטות.

בפרט, התלות בממדים של המוט או בשטח החתך והאורך מובחנת. אז מקדם האלסטיות של הגוף נכתב כך:

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

בנוסחה כזו, הכמות $E$ היא מודול האלסטיות מהסוג הראשון. זה נקרא גם המודולוס של יאנג. זה משקף את המאפיינים המכניים של חומר מסוים.

בעת חישוב פסים ישרים, חוק הוק משמש בצורה יחסית:

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

יצוין כי החלת חוק הוק תהיה יעילה רק עבור עיוותים קטנים יחסית. אם חריגה מרמת מגבלת המידתיות, הקשר בין המתחים והלחצים הופך לא ליניארי. עבור חלק מהמדיה, לא ניתן ליישם את חוק הוק אפילו עם עיוותים קטנים.

משיח.) - אחד מ"תשעת סדרי המלאכים". לפי הסיווג של פסאודו-דיוניסיוס, ה-Areopagite היא הדרגה החמישית, שיחד עם שליטה וסמכויות, מהווה את השלישייה השנייה.

הגדרה נהדרת

הגדרה לא מלאה ↓

כּוֹחַ

לא מכני, מטפיזי). כיוון פוליכרוני של ספיגה סמויה, המשלימה לכל מבנה, למבנה זה עצמו. לתודעה סובייקטיבית, ש' יכולה להופיע רק בתור וירטואליות. גם ביעד אין כוחות. ס' הוא תמיד סימפטום של חתך או קטע של הקיום, שינוי באופי הבידוד של חלק מהמכלול.

לפיכך, תסביך הכוח-זמן-תנועה-מבנה הוא תמיד נתון של חוסר שלמות במונחים של חדירות, חוסר הבנה של השלם, על גבול חלק ומשלימו. עם זאת, ש' במשמעותו היא הפונדקאית הרעיונית הגדולה ביותר. מסתבר שהיא מיוצגת כאן-עכשיו מקומית על ידי השלכה של ריבוי הגורמים.

הסובייקט חש לא כוח נפשי פנימי כזה או אחר, אלא גם במקרה הקיצוני או הקיצוני ביותר – רק לחץ של "כוחות". ניצול הלחצים הללו בצורה של מעשים והשפעות מותיר גם כל כוחות חדשים כביכול מוסתרים.

אנו עשויים בהחלט לעבור מתופעות רגילות למיקרו-תופעות, אמיתיות, אבל מחוץ להופעות היומיומיות והמדעיות הרגילות, עם זאת, המעבר לכל סוג של מיקרו-מוטורי, מיקרו-קינסטיות הוא בלתי אפשרי.

ההגדרה הטריוויאלית של כוח כמדד להשפעה אינה מקובלת מבחינה היוריסטית. כל מה שקשור באנרגיה מופיע כפריצת דרך של אי-קיום באמצעות מערכת איסורים כזו או אחרת, הנקבעת על ידי מבנים של נתון קונקרטי יותר. יחד עם זאת, פריצת הדרך עצמה מתועלת בצורה מסוימת. הנושא מסובך בשל העובדה שמבנים אינם יכולים להתקיים בשום יכולת, אם הם לא כבר צורה נתונה של פריצת דרך אנרגטית. באיזשהו רגע אבסולוטי היפותטי, אין מבנים - הם יצירות זמניות, ומעבר לכך

הקצה של מחזורים הוא חזרות אינרטיות.

הגדרה נהדרת

הגדרה לא מלאה ↓

1. כוח- וקטור כמות פיסית , שהוא מדד לעוצמת ההשפעה על נתוןגוּף גופים אחרים, ושדות . מחובר למסיבי כוח הגוף הוא הגורם לשינוי שלומְהִירוּת או התרחשות בודפורמציות ומתחים.

כוח כגודל וקטור מאופיין מודול, כיווןו "נקודה" של הבקשהכוח. לפי הפרמטר האחרון, מושג הכוח כווקטור בפיזיקה שונה מהמושג של וקטור באלגברה וקטורית, כאשר וקטורים שווים בערך ובכיוון מוחלטים, ללא קשר לנקודת היישום שלהם, נחשבים לאותו וקטור. בפיזיקה, וקטורים אלו נקראים וקטורים חופשיים. במכניקה המושג וקטורים מחוברים נפוץ ביותר, שתחילתו קבועה בנקודה מסוימת במרחב או עשויה להיות על קו הממשיך את כיוון הווקטור (וקטורים מחליקים).

נעשה שימוש גם במושג קו הכוח, המציין את הקו הישר העובר דרך נקודת הפעלת הכוח, שלאורכה מכוון הכוח.

החוק השני של ניוטון קובע שבמערכות ייחוס אינרציאליות, התאוצה של נקודת חומר בכיוון עולה בקנה אחד עם התוצאה של כל הכוחות המופעלים על הגוף, ובערך המוחלט היא ביחס ישר למודול הכוח וביחס הפוך למסה של החומר. נְקוּדָה. או, באופן שווה, קצב שינוי התנע של נקודה חומרית שווה לכוח המופעל.

כאשר מפעילים כוח על גוף בעל ממדים סופיים, נוצרים בו מתחים מכניים, המלווים בעיוותים.

מנקודת המבט של המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים היסודיים, אינטראקציות בסיסיות (כבידתיות, חלשות, אלקטרומגנטיות, חזקות) מתבצעות באמצעות חילופי מה שנקרא בוזונים מד. ניסויים בפיזיקה באנרגיה גבוהה שבוצעו בשנות ה-70-80. המאה ה -20 אישר את ההנחה שהאינטראקציות החלשות והאלקטרומגנטיות הן ביטויים של אינטראקציה אלקטרו-חלשה בסיסית יותר.

מימד הכוח הוא LMT −2, יחידת המדידה במערכת היחידות הבינלאומית (SI) היא הניוטון (N, N), במערכת CGS זה הדיין.

2. החוק הראשון של ניוטון.

החוק הראשון של ניוטון קובע שישנן מסגרות התייחסות שבהן גופים שומרים על מצב של מנוחה או אחיד תנועה ישרבהעדר פעולות עליהם מגופים אחרים או בפיצוי הדדי של השפעות אלו. מסגרות התייחסות כאלה נקראות אינרציאליות. ניוטון הציע שלכל עצם מסיבי יש מידה מסוימת של אינרציה, המאפיינת את "המצב הטבעי" של התנועה של עצם זה. רעיון זה שולל את השקפתו של אריסטו, שראה במנוחה "מצב טבעי" של חפץ. החוק הראשון של ניוטון סותר את הפיזיקה האריסטוטלית, שאחת מהוראותיה היא הקביעה שגוף יכול לנוע במהירות קבועה רק בפעולת כוח. העובדה שבמכניקה הניוטונית במסגרות ייחוס אינרציאליות לא ניתן להבחין פיזית בין מנוחה לתנועה ישרה אחידה היא ההצדקה לעקרון היחסות של גלילאו. בין מכלול הגופים, אי אפשר ביסודו לקבוע מי מהם "בתנועה" ואילו "במנוחה". אפשר לדבר על תנועה רק ביחס לכל מסגרת התייחסות. חוקי המכניקה תופסים אותו הדבר בכל מסגרות ההתייחסות האינרציאליות, במילים אחרות, כולם שווים מבחינה מכנית. האחרון נובע ממה שנקרא התמורות הגליליות.

3. החוק השני של ניוטון.

החוק השני של ניוטון בניסוחו המודרני נשמע כך: במסגרת ייחוס אינרציאלית, קצב השינוי בתנע של נקודה חומרית שווה לסכום הווקטור של כל הכוחות הפועלים על נקודה זו.

איפה התנע של הנקודה החומרית, הוא הכוח הכולל הפועל על הנקודה החומרית. החוק השני של ניוטון קובע שפעולת כוחות לא מאוזנים מובילה לשינוי בתנופה של נקודה חומרית.

לפי הגדרת המומנטום:

איפה המסה, היא המהירות.

במכניקה הקלאסית, במהירויות תנועה הרבה פחות ממהירות האור, מסתה של נקודה חומרית נחשבת ללא שינוי, מה שמאפשר להוציא אותה מהסימן של הדיפרנציאל בתנאים אלה:

בהינתן ההגדרה של תאוצה של נקודה, החוק השני של ניוטון מקבל את הצורה:

אומרים שהיא "הנוסחה השנייה הכי מפורסמת בפיזיקה", אם כי ניוטון עצמו מעולם לא רשם במפורש את החוק השני שלו בצורה זו. לראשונה ניתן למצוא צורת חוק זו ביצירותיהם של ק' מקלורין ול' אוילר.

מכיוון שבכל מסגרת ייחוס אינרציאלית תאוצת הגוף זהה ואינה משתנה כאשר עוברים ממסגרת אחת לאחרת, אז הכוח אינו משתנה ביחס למעבר כזה.

בכל תופעות הטבע כּוֹחַ, ללא קשר למקורו, מופיע רק במובן מכני, כלומר, כגורם להפרה של התנועה האחידה והליווית של הגוף במערכת הקואורדינטות האינרציאלית. האמירה ההפוכה, כלומר התבססות עובדת תנועה כזו, אינה מעידה על היעדר כוחות הפועלים על הגוף, אלא רק על כך שפעולות הכוחות הללו מאוזנות הדדית. אחרת: סכום הווקטור שלהם הוא וקטור עם מודול שווה לאפס. זהו הבסיס למדידת גודלו של כוח כאשר הוא מפוצה בכוח שגודלו ידוע.

החוק השני של ניוטון מאפשר למדוד את גודל הכוח. לדוגמה, הכרת המסה של כוכב לכת והתאוצה הצנטריפטית שלו תוך כדי תנועה במסלול מאפשרת לנו לחשב את גודל כוח המשיכה הכבידה הפועל על כוכב לכת זה מהשמש.

4. החוק השלישי של ניוטון.

לגבי כל שני גופים (בואו נקרא להם גוף 1 וגוף 2), החוק השלישי של ניוטון קובע שכוח הפעולה של גוף 1 על גוף 2 מלווה בהופעת כוח שווה בערכו המוחלט, אך מנוגד בכיוון, הפועל על גוף 1 מגוף 2. מבחינה מתמטית, החוק כתוב כך:

חוק זה אומר שכוחות מתעוררים תמיד בזוגות פעולה-תגובה. אם גוף 1 וגוף 2 נמצאים באותה מערכת, אז הכוח הכולל במערכת עקב האינטראקציה של הגופים הללו הוא אפס:

זה אומר שבמערכת סגורה אין לא מאוזנים כוחות פנימיים. זה מוביל לכך שמרכז המסה של מערכת סגורה (כלומר כזו שאינה מושפעת מכוחות חיצוניים) אינו יכול לנוע בתאוצה. חלקים נפרדים של המערכת יכולים להאיץ, אבל רק כך שהמערכת בכללותה נשארת במצב של מנוחה או תנועה ישרה אחידה. עם זאת, אם כוחות חיצוניים פועלים על המערכת, אזי מרכז המסה שלה יתחיל לנוע בתאוצה פרופורציונלית לכוח החיצוני שנוצר וביחס הפוך למסת המערכת.

5. כוח המשיכה.

כוח משיכה ( כוח משיכה) - אינטראקציה אוניברסלית בין כל סוג של חומר. במסגרת המכניקה הקלאסית, הוא מתואר על ידי חוק הכבידה האוניברסלית, שנוסח על ידי אייזק ניוטון בעבודתו "העקרונות המתמטיים של הפילוסופיה הטבעית". ניוטון השיג את גודל התאוצה שבה נע הירח סביב כדור הארץ, בהנחה שבחישוב כוח הכבידה יורד הפוך לריבוע המרחק מגוף הכבידה. בנוסף, הוא גם מצא שההאצה הנובעת ממשיכה של גוף אחד על ידי אחר היא פרופורציונלית למכפלת המסות של הגופים הללו. בהתבסס על שתי המסקנות הללו, גובש חוק הכבידה: כל חלקיקי חומר נמשכים זה לזה בכוח שהוא ביחס ישר למכפלת המסות (ו) ובפרופורציה הפוך לריבוע המרחק ביניהם:

הנה קבוע הכבידה, שאת ערכו השיג לראשונה הנרי קוונדיש בניסויים שלו. באמצעות חוק זה, ניתן לקבל נוסחאות לחישוב כוח הכבידה של גופים בעלי צורה שרירותית. תורת הכבידה של ניוטון מתארת ​​היטב את תנועת כוכבי הלכת. מערכת השמשוגופים שמימיים רבים אחרים. עם זאת, היא מבוססת על תפיסת הפעולה ארוכת הטווח, הסותרת את תורת היחסות. לכן, התיאוריה הקלאסית של כוח הכבידה אינה ישימה לתיאור תנועת גופים הנעים במהירות קרובה למהירות האור, שדות כבידה של עצמים מסיביים במיוחד (לדוגמה, חורים שחורים), כמו גם את שדות הכבידה המשתנים שנוצרו. על ידי הזזת גופים במרחקים גדולים מהם.

תורת הכבידה כללית יותר היא תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. בו, כוח הכבידה אינו מאופיין בכוח בלתי משתנה שאינו תלוי במסגרת ההתייחסות. במקום זאת, התנועה החופשית של גופים בשדה כבידה, הנתפסת על ידי הצופה כתנועה לאורך מסלולים מעוקלים במרחב-זמן תלת-ממדי במהירות משתנה, נחשבת כתנועה על ידי אינרציה לאורך קו גיאודזי במרחב ארבעה-ממדי מעוקל. -זמן, שבו הזמן זורם בצורה שונה בנקודות שונות. . יתרה מכך, קו זה הוא במובן מסוים "הכי ישיר" - הוא כזה שמרווח המרחב-זמן (הזמן הנכון) בין שתי עמדות המרחב-זמן של גוף נתון הוא מקסימלי. עקמומיות החלל תלויה במסת הגופים, כמו גם בכל סוגי האנרגיה הקיימים במערכת.

6. שדה אלקטרוסטטי (שדה מטענים קבועים).

התפתחות הפיזיקה לאחר ניוטון הוסיפה לשלושת הגדלים הבסיסיים (אורך, מסה, זמן). מטען חשמליעם הממד C. עם זאת, בהתבסס על דרישות התרגול, הם החלו להשתמש לא ביחידת המטען, אלא ביחידת עוצמת הזרם החשמלי כיחידת המדידה העיקרית. אז, במערכת SI, היחידה הבסיסית היא האמפר, ויחידת המטען היא התליון, נגזרת שלו.

מכיוון שהמטען, ככזה, אינו קיים ללא תלות בגוף הנושא אותו, האינטראקציה החשמלית של הגופים באה לידי ביטוי בצורה של אותו כוח הנחשב במכניקה, הגורם לתאוצה. כפי שמיושם על האינטראקציה האלקטרוסטטית של שני מטענים נקודתיים עם ערכים וממוקמים בוואקום, נעשה שימוש בחוק הקולומב. בטופס המתאים למערכת SI, יש לו את הטופס:

היכן הכוח שבו מטען 1 פועל על מטען 2; כאשר מטענים ממוקמים בתווך הומוגני ואיזוטרופי, כוח האינטראקציה פוחת בפקטור של ε, כאשר ε הוא הפרתטיביות של המדיום.

הכוח מופנה לאורך הקו המחבר את המטענים הנקודתיים. מבחינה גרפית, שדה אלקטרוסטטי מתואר בדרך כלל כתמונה של קווי כוח, שהם מסלולים דמיוניים שלאורכם ינוע חלקיק טעון חסר מסה. קווים אלו מתחילים באחד ומסתיימים בטעינה אחרת.

7. שדה אלקטרומגנטי (שדה זרם ישר).

קִיוּם שדה מגנטיהוכר עוד בימי הביניים על ידי הסינים, שהשתמשו ב"אבן האוהבת" - מגנט, כאב טיפוס של מצפן מגנטי. מבחינה גרפית, השדה המגנטי מתואר בדרך כלל כקווי כוח סגורים, שצפיפותם (כמו במקרה של שדה אלקטרוסטטי) קובעת את עוצמתו. מבחינה היסטורית, דרך ויזואלית לדמיין את השדה המגנטי הייתה סיבי ברזל, שנשפכו, למשל, על דף נייר שהונח על מגנט.

אורסטד מצא שהזרם הזורם דרך המוליך גורם להסטה של ​​המחט המגנטית.

פאראדיי הגיע למסקנה ששדה מגנטי נוצר סביב מוליך נושא זרם.

אמפר הביע השערה, המוכרת בפיזיקה, כמודל לתהליך הופעתו של שדה מגנטי, המורכב מקיומם של זרמים סגורים מיקרוסקופיים בחומרים, המספקים יחד את ההשפעה של מגנטיות טבעית או מושרה.

אמפר מצא שבמסגרת ייחוס בוואקום, ביחס אליה המטען בתנועה, כלומר הוא מתנהג כמו זרם חשמלי, נוצר שדה מגנטי שעוצמתו נקבעת על ידי וקטור האינדוקציה המגנטי השוכן במישור. בניצב לתנועת המטען בכיוון.

יחידת האינדוקציה המגנטית היא טסלה: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
הבעיה נפתרה באופן כמותי על ידי אמפר, שמדד את כוח האינטראקציה של שני מוליכים מקבילים עם הזרמים הזורמים דרכם. אחד המוליכים יצר שדה מגנטי סביב עצמו, השני הגיב לשדה זה בהתקרבות או התרחקות עם כוח מדיד, בידיעה איזה וגודל עוצמת הזרם, ניתן היה לקבוע את המודולוס של וקטור האינדוקציה המגנטי.

אינטראקציית הכוח בין מטענים חשמליים שאינם בתנועה זה ביחס לזה מתוארת בחוק קולומב. עם זאת, מטענים שנמצאים בתנועה זה לזה יוצרים שדות מגנטיים, שדרכם מגיעים בדרך כלל הזרמים הנוצרים מתנועת המטענים למצב של אינטראקציה בין כוח.

ההבדל היסודי בין הכוח הנובע מהתנועה היחסית של מטענים למקרה של מיקומם הנייח הוא ההבדל בגיאומטריה של כוחות אלו. במקרה של אלקטרוסטטיקה, כוחות האינטראקציה של שני מטענים מופנים לאורך הקו המחבר ביניהם. לכן, הגיאומטריה של הבעיה היא דו מימדית והשיקול מתבצע במישור העובר בקו זה.

במקרה של זרמים, הכוח המאפיין את השדה המגנטי שנוצר מהזרם ממוקם במישור המאונך לזרם. לכן, תמונת התופעה הופכת לתלת מימד. השדה המגנטי שנוצר על ידי אלמנט הזרם הראשון, קטן לאין שיעור, באינטראקציה עם אותו אלמנט של הזרם השני, במקרה הכללי, יוצר כוח הפועל עליו. יתרה מכך, עבור שני הזרמים, תמונה זו היא סימטרית לחלוטין במובן זה שמספור הזרמים הוא שרירותי.

חוק האינטראקציה של זרמים משמש לסטנדרטיזציה של זרם חשמלי ישיר.

8. אינטראקציה חזקה.

האינטראקציה החזקה היא האינטראקציה הבסיסית לטווח קצר בין האדרונים וקווארקים. בגרעין האטום, הכוח החזק מחזיק יחד פרוטונים בעלי מטען חיובי (החווה דחייה אלקטרוסטטית) פרוטונים, זה קורה באמצעות חילופי פי-מזונים בין נוקלונים (פרוטונים וניוטרונים). Pi-mesons חיים מעט מאוד, משך החיים שלהם מספיק רק כדי לספק כוחות גרעיניים ברדיוס של הגרעין, ולכן כוחות גרעיניים נקראים קצרי טווח. עלייה במספר הנייטרונים "מדללת" את הגרעין, מפחיתה כוחות אלקטרוסטטיים ומגדילה את הגרעין, אך בשעה במספרים גדוליםנויטרונים, הם עצמם, בהיותם פרמיונים, מתחילים לחוות דחייה עקב עקרון פאולי. כמו כן, כאשר הגרעינים קרובים מדי זה לזה, מתחיל חילופי בוזונים W, הגורמים לדחייה, שבזכותו גרעיני האטום אינם "קורסים".

בתוך ההדרונים עצמם, הכוח החזק מחזיק את הקווארקים המרכיבים את ההדרונים. הקוונטים של השדה החזק הם גלוונים. לכל קווארק יש אחד משלושה מטענים "צבע", כל גלואון מורכב מזוג של "צבע" - "אנטי-צבע". גלוונים קושרים קווארקים במה שנקרא. "כליאה", שבגללה לא נצפו קווארקים חופשיים בניסוי כרגע. כאשר הקווארקים מתרחקים זה מזה, האנרגיה של קשרי גלואון עולה, ואינה יורדת כמו במקרה של אינטראקציה גרעינית. לאחר שבילה הרבה אנרגיה (על ידי התנגשות בהדרונים במאיץ), אפשר לשבור את קשר הקווארק-גלואון, אבל במקרה זה, נפלט סילון של האדרונים חדשים. עם זאת, קווארקים חופשיים יכולים להתקיים בחלל: אם קווארק הצליח להימנע מכליאה במהלך המפץ הגדול, אזי ההסתברות להכחיד עם האנטיקווארק המקביל או להפוך להדרון חסר צבע עבור קווארק כזה היא קטנה בהעלם.

9. אינטראקציה חלשה.

האינטראקציה החלשה היא האינטראקציה הבסיסית לטווח קצר. טווח 10 −18 מ' סימטרי ביחס לשילוב של היפוך מרחבי וצימוד מטען. האינטראקציה החלשה כוללת את כל היסודפרמיונים (הלפטוניםו קווארקים). זו האינטראקציה היחידה שכוללתנייטרינו(לא להזכיר כוח משיכה, זניח ב תנאי מעבדה), מה שמסביר את כוח החדירה האדיר של חלקיקים אלה. האינטראקציה החלשה מאפשרת ללפטונים, קווארקים ושלהםאנטי חלקיקיםלְהַחלִיף אֵנֶרְגִיָה, מִשׁקָל, מטען חשמליו מספרים קוונטיים- כלומר הופכים זה לזה. אחד הביטוייםריקבון בטא.

כוח כגודל וקטור מאופיין מודול , כיווןו "נקודה" של הבקשהכוח. לפי הפרמטר האחרון, מושג הכוח כווקטור בפיזיקה שונה מהמושג של וקטור באלגברה וקטורית, כאשר וקטורים שווים בערך ובכיוון מוחלטים, ללא קשר לנקודת היישום שלהם, נחשבים לאותו וקטור. בפיזיקה, וקטורים אלו נקראים וקטורים חופשיים. במכניקה, המושג של וקטורים קשורים, שתחילתם קבועה בנקודה מסוימת במרחב, או עשויה להיות על קו הממשיך את כיוון הווקטור (וקטורים מחליקים), נפוץ ביותר. .

נעשה שימוש גם במושג קו הכוח, המציין את הקו הישר העובר דרך נקודת הפעלת הכוח, שלאורכה מכוון הכוח.

מימד הכוח הוא LMT −2, יחידת המדידה במערכת היחידות הבינלאומית (SI) היא ניוטון (N, N), במערכת CGS - דין.

היסטוריה של המושג

מושג הכוח שימש מדענים מהעת העתיקה בעבודותיהם על סטטיקה ותנועה. הוא עסק בחקר כוחות בתהליך תכנון מנגנונים פשוטים במאה השלישית. לִפנֵי הַסְפִירָה ה. ארכימדס. רעיונות הכוח של אריסטו, הקשורים לחוסר עקביות בסיסיים, נמשכו כמה מאות שנים. חוסר עקביות אלה בוטלו במאה ה-17. אייזק ניוטון משתמש בשיטות מתמטיות לתיאור כוח. המכניקה הניוטונית נותרה מקובלת במשך כמעט שלוש מאות שנה. עד תחילת המאה העשרים. אלברט איינשטיין בתורת היחסות הראה שהמכניקה הניוטונית נכונה רק במהירויות ובמסות גופים נמוכות יחסית במערכת, ובכך הבהיר את ההוראות הבסיסיות של קינמטיקה ודינמיקה ותיאר כמה תכונות חדשות של מרחב-זמן.

מכניקה ניוטונית

אייזק ניוטון יצא לתאר את תנועתם של עצמים תוך שימוש במושגים של אינרציה וכוח. לאחר שעשה זאת, הוא קבע לאורך הדרך שכל תנועה מכנית כפופה לחוקי שימור כלליים. במר ניוטון פרסם את עבודתו המפורסמת "", שבה הוא הציג את שלושת חוקי היסוד של המכניקה הקלאסית (החוקים המפורסמים של ניוטון).

החוק הראשון של ניוטון

למשל, חוקי המכניקה זהים לחלוטין בגוף של משאית כשהיא נוסעת לאורך קטע כביש ישר במהירות קבועה וכשהיא עומדת במקום. אדם יכול לזרוק כדור אנכית כלפי מעלה ולתפוס אותו לאחר זמן מה באותו מקום, ללא קשר לשאלה אם המשאית נעה בצורה שווה וישרה או במנוחה. מבחינתו, הכדור עף בקו ישר. עם זאת, עבור צופה מבחוץ על הקרקע, מסלול הכדור נראה כמו פרבולה. זאת בשל העובדה שהכדור נע ביחס לקרקע במהלך הטיסה לא רק אנכית, אלא גם אופקית על ידי אינרציה לכיוון המשאית. לאדם בחלק האחורי של משאית, זה לא משנה אם האחרון נע לאורך הכביש, או העולםנע במהירות קבועה בכיוון ההפוך כשהמשאית עומדת. לפיכך, מצב המנוחה והתנועה הישנית האחידה אינם ניתנים להבחנה פיזית זה מזה.

החוק השני של ניוטון

לפי הגדרת המומנטום:

איפה המסה, היא המהירות.

אם המסה של נקודה חומרית נשארת ללא שינוי, נגזרת הזמן של המסה היא אפס, והמשוואה הופכת:

החוק השלישי של ניוטון

לגבי כל שני גופים (בואו נקרא להם גוף 1 וגוף 2), החוק השלישי של ניוטון קובע שכוח הפעולה של גוף 1 על גוף 2 מלווה בהופעת כוח שווה בערכו המוחלט, אך מנוגד בכיוון, הפועל על גוף 1 מגוף 2. מבחינה מתמטית, החוק כתוב כך:

חוק זה אומר שכוחות מתעוררים תמיד בזוגות פעולה-תגובה. אם גוף 1 וגוף 2 נמצאים באותה מערכת, אז הכוח הכולל במערכת עקב האינטראקציה של הגופים הללו הוא אפס:

המשמעות היא שאין כוחות פנימיים לא מאוזנים במערכת סגורה. זה מוביל לכך שמרכז המסה של מערכת סגורה (כלומר כזו שאינה מושפעת מכוחות חיצוניים) אינו יכול לנוע בתאוצה. חלקים נפרדים של המערכת יכולים להאיץ, אבל רק כך שהמערכת בכללותה נשארת במצב של מנוחה או תנועה ישרה אחידה. עם זאת, אם כוחות חיצוניים פועלים על המערכת, אזי מרכז המסה שלה יתחיל לנוע בתאוצה פרופורציונלית לכוח החיצוני שנוצר וביחס הפוך למסת המערכת.

אינטראקציות בסיסיות

כל הכוחות בטבע מבוססים על ארבעה סוגים של אינטראקציות בסיסיות. מהירות מקסימליתהתפשטות כל סוגי האינטראקציה שווה למהירות האור בוואקום. כוחות אלקטרומגנטיים פועלים בין גופים טעונים חשמלית, כוחות כבידה פועלים בין עצמים מסיביים. החזקים והחלשים מופיעים רק במרחקים קטנים מאוד ואחראים לאינטראקציה בין חלקיקים תת-אטומיים, כולל הגרעינים המרכיבים את גרעיני האטום.

עוצמת האינטראקציות החזקות והחלשות נמדדת ב יחידות אנרגיה(וולט אלקטרונים), לא יחידות כוח, ולכן היישום של המונח "כוח" עליהם מוסבר על ידי המסורת שנלקחה מהעת העתיקה כדי להסביר כל תופעה בעולם הסובב אותנו על ידי פעולת "כוחות" ספציפיים לכל תופעה.

לא ניתן ליישם את מושג הכוח על תופעות העולם התת-אטומי. זהו מושג מארסנל הפיזיקה הקלאסית, הקשור (גם אם רק בתת מודע) לרעיונות ניוטוניים לגבי כוחות הפועלים מרחוק. בפיזיקה התת-אטומית, אין יותר כוחות כאלה: הם מוחלפים באינטראקציות בין חלקיקים המתרחשים דרך שדות, כלומר חלקיקים אחרים. לכן, פיזיקאים באנרגיה גבוהה נמנעים משימוש במילה כּוֹחַ, מחליף אותו במילה אינטראקציה.

כל סוג של אינטראקציה נובעת מחילופי נושאי האינטראקציה המתאימים: כבידה - חילופי גרביטונים (הקיום לא אושר בניסוי), אלקטרומגנטיים - פוטונים וירטואליים, חלשים - בוזונים וקטוריים, חזקים - גלוונים (ובמרחקים גדולים - מיזונים ). נכון לעכשיו, האינטראקציות האלקטרומגנטיות והחלשות מתמזגות לאינטראקציה האלקטרו-חלשה הבסיסית יותר. נעשים ניסיונות לשלב את כל ארבעת האינטראקציות הבסיסיות לאחת (מה שנקרא תיאוריה מאוחדת גדולה).

את כל מגוון הכוחות המתבטאים בטבע ניתן, באופן עקרוני, להצטמצם לארבעת יחסי הגומלין הבסיסיים הללו. לדוגמה, חיכוך הוא ביטוי של הכוחות האלקטרומגנטיים הפועלים בין האטומים של שני משטחים במגע, ועקרון ההרחקה של פאולי, המונע מאטומים לחדור זה לאזור של זה. הכוח שנוצר על ידי דפורמציה של קפיץ, המתואר בחוק הוק, הוא גם תוצאה של כוחות אלקטרומגנטיים בין חלקיקים ועקרון ההרחקה של פאולי, המאלצים את האטומים של סריג הגביש של חומר להתקיים ליד מיקום שיווי משקל. .

עם זאת, בפועל מתברר לא רק לא מועיל, אלא פשוט בלתי אפשרי לפי תנאי הבעיה, שיקול כל כך מפורט של סוגיית פעולת הכוחות.

כוח משיכה

כוח משיכה ( כוח משיכה) - אינטראקציה אוניברסלית בין כל סוג של חומר. במסגרת המכניקה הקלאסית, הוא מתואר על ידי חוק הכבידה האוניברסלית, שנוסח על ידי אייזק ניוטון בעבודתו "העקרונות המתמטיים של הפילוסופיה הטבעית". ניוטון השיג את גודל התאוצה שבה נע הירח סביב כדור הארץ, בהנחה שבחישוב כוח הכבידה יורד הפוך לריבוע המרחק מגוף הכבידה. בנוסף, הוא גם מצא שההאצה הנובעת ממשיכה של גוף אחד על ידי אחר היא פרופורציונלית למכפלת המסות של הגופים הללו. בהתבסס על שתי המסקנות הללו, גובש חוק הכבידה: כל חלקיקי חומר נמשכים זה לזה בכוח שהוא ביחס ישר למכפלת המסות (ו) ובפרופורציה הפוך לריבוע המרחק ביניהם:

הנה קבוע הכבידה, שערכו הושג לראשונה בניסויים שלו על ידי הנרי קוונדיש. באמצעות חוק זה, ניתן לקבל נוסחאות לחישוב כוח הכבידה של גופים בעלי צורה שרירותית. תורת הכבידה של ניוטון מתארת ​​היטב את תנועת כוכבי הלכת של מערכת השמש וגרמי שמים רבים אחרים. עם זאת, היא מבוססת על תפיסת הפעולה ארוכת הטווח, הסותרת את תורת היחסות. לכן, תורת הכבידה הקלאסית אינה ישימה לתיאור תנועת גופים הנעים במהירות קרובה למהירות האור, שדות כבידה של עצמים מסיביים במיוחד (לדוגמה, חורים שחורים), כמו גם שדות כבידה משתנים שנוצרו על ידי מזיזים גופים במרחקים גדולים מהם.

אינטראקציה אלקטרומגנטית

שדה אלקטרוסטטי (שדה של מטענים נייחים)

התפתחות הפיזיקה לאחר ניוטון הוסיפה לשלושת הגדלים העיקריים (אורך, מסה, זמן) מטען חשמלי בעל הממד C. אולם בהתבסס על דרישות התרגול המבוססות על נוחות המדידה, זרם חשמלי בממד I היה בנוסף, משתמשים לעתים קרובות במקום מטען אני = גט − 1 . יחידת המטען היא הקולומב, ויחידת הזרם היא האמפר.

מכיוון שהמטען, ככזה, אינו קיים ללא תלות בגוף הנושא אותו, האינטראקציה החשמלית של הגופים באה לידי ביטוי בצורה של אותו כוח הנחשב במכניקה, הגורם לתאוצה. כפי שמיושם על האינטראקציה האלקטרוסטטית של שני "מטענים נקודתיים" בוואקום, נעשה שימוש בחוק קולומב:

היכן המרחק בין המטענים, ו- ε 0 ≈ 8.854187817 10 −12 F/m. בחומר הומוגני (איזוטרופי) במערכת זו, כוח האינטראקציה פוחת בפקטור של ε, כאשר ε הוא הקבוע הדיאלקטרי של המדיום.

כיוון הכוח עולה בקנה אחד עם הקו המחבר את המטענים הנקודתיים. מבחינה גרפית, שדה אלקטרוסטטי מתואר בדרך כלל כתמונה של קווי כוח, שהם מסלולים דמיוניים שלאורכם ינוע חלקיק טעון נטול מסה. שורות אלו מתחילות באחד ומסתיימות בחיובים האחרים.

שדה אלקטרומגנטי (שדה DC)

קיומו של שדה מגנטי הוכר עוד בימי הביניים על ידי הסינים, שהשתמשו ב"אבן האוהב" - מגנט, כאב טיפוס של מצפן מגנטי. מבחינה גרפית, השדה המגנטי מתואר בדרך כלל כקווי כוח סגורים, שצפיפותם (כמו במקרה של שדה אלקטרוסטטי) קובעת את עוצמתו. מבחינה היסטורית, דרך ויזואלית לדמיין את השדה המגנטי הייתה סיבי ברזל, שנשפכו, למשל, על דף נייר שהונח על מגנט.

סוגים נגזרים של כוחות

כוח אלסטי- הכוח הנובע מהדפורמציה של הגוף ומתנגד לעיוות זה. במקרה של עיוותים אלסטיים, זה פוטנציאלי. לכוח האלסטי יש אופי אלקטרומגנטי, בהיותו ביטוי מקרוסקופי של אינטראקציה בין-מולקולרית. הכוח האלסטי מופנה מול התזוזה, בניצב לפני השטח. וקטור הכוח מנוגד לכיוון העקירה של מולקולות.

כוח החיכוך- הכוח הנובע מהתנועה היחסית של גופים מוצקים ומתנגד לתנועה זו. מתייחס לכוחות פיזור. לכוח החיכוך יש אופי אלקטרומגנטי, בהיותו ביטוי מקרוסקופי של אינטראקציה בין-מולקולרית. וקטור כוח החיכוך מכוון מול וקטור המהירות.

כוח התנגדות בינוני- הכוח שנוצר מהתנועה גוף מוצקבמדיום נוזלי או גזי. מתייחס לכוחות פיזור. לכוח ההתנגדות יש אופי אלקטרומגנטי, בהיותו ביטוי מקרוסקופי של אינטראקציה בין-מולקולרית. וקטור כוח ההתנגדות מכוון מול וקטור המהירות.

כוח של תגובת תמיכה נורמלית- הכוח האלסטי הפועל מצד התמיכה על הגוף. מכוון בניצב לפני השטח של התמיכה.

כוחות מתח פנים - כוחות הנובעים על פני השטח של קטע הפאזה. יש לו אופי אלקטרומגנטי, בהיותו ביטוי מקרוסקופי של אינטראקציה בין-מולקולרית. כוח המתח מופנה באופן משיק לממשק; נוצר עקב משיכה לא מפוצה של מולקולות הממוקמות בגבול הפאזה על ידי מולקולות שאינן ממוקמות בגבול הפאזה.

לחץ אוסמוטי

כוחות ואן דר ואלס- כוחות בין-מולקולריים אלקטרומגנטיים הנובעים מקיטוב של מולקולות ויצירת דיפולים. כוחות ואן דר ואלס יורדים במהירות עם הגדלת המרחק.

כוח אינרציההוא כוח פיקטיבי המוכנס במסגרות ייחוס לא אינרציאליות על מנת להגשים בהן את החוק השני של ניוטון. בפרט, במסגרת ההתייחסות הקשורה לגוף מואץ באופן אחיד, כוח האינרציה מכוון מנוגד לתאוצה. מהכוח האינרטי הכולל, ניתן להבחין בין הכוח הצנטריפוגלי לבין כוח הקוריוליס מטעמי נוחות.

כתוצאה

כאשר מחשבים את תאוצת הגוף, כל הכוחות הפועלים עליו מוחלפים בכוח אחד, הנקרא התוצאה. זהו הסכום הגיאומטרי של כל הכוחות הפועלים על הגוף. במקרה זה, פעולתו של כל כוח אינה תלויה בפעולה של אחרים, כלומר, כל כוח מעניק לגוף תאוצה כזו שהוא יעניק בהעדר פעולת כוחות אחרים. הצהרה זו נקראת עקרון עצמאות פעולת הכוחות (עקרון הסופרפוזיציה).

ראה גם

מקורות

• Grigoriev V. I., Myakishev G. Ya. - "כוחות בטבע"
• לנדאו, ל.ד., ליפשיץ, א.מ.מכניקה - מהדורה 5, סטריאוטיפית. - מ.: Fizmatlit, 2004. - 224 עמ'. - ("פיסיקה תיאורטית", כרך א'). - .

הערות

1. מילון מונחים. מצפה כדור הארץ. נאס"א. - "כוח - כל גורם חיצוני, הגורם לשינוי בתנועה של גוף חופשי או להתרחשות של מתחים פנימיים בגוף קבוע.(אנגלית)
2. ברונשטיין I. N. Semendyaev K. A. ספר למתמטיקה. מ.: ההוצאה לאור "נאוקה" מהדורת הפניה לספרות פיזית ומתמטית. 1964.
3. Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M.הרצאות על פיזיקה, כרך 1 - אדיסון-וסלי, 1963.(אנגלית)

הַגדָרָה

כּוֹחַהיא כמות וקטורית, שהיא מדד לפעולה של גופים או שדות אחרים על גוף נתון, שכתוצאה מכך מתרחש שינוי במצבו של גוף זה. במקרה זה, שינוי במצב מובן כשינוי או דפורמציה.

המושג כוח מתייחס לשני גופים. אתה תמיד יכול לציין את הגוף שעליו פועל הכוח, ואת הגוף ממנו הוא פועל.

כוח מאופיין ב:

• מודול;
• כיוון;
• נקודת יישום.

מודול וכיוון הכוח אינם תלויים בבחירה של .

יחידת הכוח במערכת SI היא 1 ניוטון.

אין גופים חומריים בטבע שנמצאים מחוץ להשפעה של גופים אחרים עליהם, וכתוצאה מכך, כל הגופים נמצאים תחת השפעת כוחות חיצוניים או פנימיים.

מספר כוחות יכולים לפעול על גוף בו זמנית. במקרה זה, עקרון עצמאות הפעולה תקף: פעולתו של כל כוח אינה תלויה בנוכחות או היעדרם של כוחות אחרים; הפעולה המשולבת של מספר כוחות שווה לסכום הפעולות העצמאיות של כוחות בודדים.

כוח כתוצאה מכך

במקרה זה, המושג של כוח כתוצאה משמש לתיאור תנועת הגוף.

הַגדָרָה

כוח כתוצאה מכךהוא כוח שפעולתו מחליפה את פעולת כל הכוחות המופעלים על הגוף. או, במילים אחרות, התוצאה של כל הכוחות המופעלים על הגוף שווה לסכום הווקטור של הכוחות הללו (איור 1).

איור.1. הגדרה של כוחות כתוצאה

מכיוון שתנועת הגוף נחשבת תמיד במערכת קואורדינטות כלשהי, נוח להתחשב לא בכוח עצמו, אלא בהשלכות שלו על צירי הקואורדינטות (איור 2, א). בהתאם לכיוון הכוח, ההקרנות שלו יכולות להיות חיוביות (איור 2b) או שליליות (איור 2c).

איור 2. תחזיות כוח על צירי קואורדינטות: א) על מישור; ב) על קו ישר (ההקרנה חיובית);
ג) על קו ישר (ההשלכה שלילית)

איור 3. דוגמאות הממחישות תוספת וקטורית של כוחות

לעתים קרובות אנו רואים דוגמאות הממחישות את התוספת הווקטורית של כוחות: המנורה תלויה על שני כבלים (איור 3, א) - במקרה זה, האיזון מושג בשל העובדה שהתוצאה של כוחות המתח מפוצה במשקל של המנורה; המוט מחליק במורד מישור משופע (איור 3, ב) - התנועה מתרחשת עקב כוחות החיכוך, הכבידה ותגובת התמיכה הנובעת מכך. שורות מפורסמות מהאגדה של I.A. קרילוב "והדברים עדיין שם!" - גם המחשה של השוויון לאפס של התוצאה של שלושה כוחות (איור 3, ג).

דוגמאות לפתרון בעיות

דוגמה 1