Yra keletas dėsnių, apibūdinančių fizinius procesus mechaninių kūnų judėjimo metu.

Išskiriami šie pagrindiniai fizikos jėgų dėsniai:

• gravitacijos dėsnis;
• visuotinės gravitacijos dėsnis;
• trinties jėgos dėsniai;
• tamprumo jėgos dėsnis;
• Niutono dėsniai.

Gravitacijos dėsnis

1 pastaba

Gravitacija yra viena iš gravitacijos jėgų veikimo apraiškų.

Gravitacija vaizduojama kaip jėga, kuri veikia kūną iš planetos pusės ir suteikia jam pagreitį dėl gravitacijos.

Laisvąjį kritimą galima laikyti forma $mg = G\frac(mM)(r^2)$, iš kurios gauname laisvojo kritimo pagreičio formulę:

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

Gravitacijos nustatymo formulė atrodys taip:

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

Gravitacija turi tam tikrą pasiskirstymo vektorių. Jis visada nukreiptas vertikaliai žemyn, tai yra, į planetos centrą. Kūnas yra nuolat veikiamas gravitacijos, o tai reiškia, kad jis yra laisvo kritimo metu.

Judėjimo trajektorija veikiant gravitacijai priklauso nuo:

• objekto pradinio greičio modulis;
• kūno greičio kryptis.

Su šiuo fiziniu reiškiniu žmogus susiduria kiekvieną dieną.

Gravitacija taip pat gali būti pavaizduota kaip formulė $ P = mg $. Greitėjant dėl ​​gravitacijos, atsižvelgiama ir į papildomus kiekius.

Jei atsižvelgsime į visuotinės gravitacijos dėsnį, kurį suformulavo Izaokas Niutonas, visi kūnai turi tam tikrą masę. Jie vienas prie kito traukia jėga. Tai bus vadinama gravitacijos jėga.

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

Ši jėga yra tiesiogiai proporcinga dviejų kūnų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.

$G = 6,7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, kur $G$ yra gravitacinė konstanta ir ji turi pagal tarptautinę sistemą SI matavimų pastovi vertė.

1 apibrėžimas

Svoris yra jėga, kuria kūnas veikia planetos paviršių po gravitacijos.

Tais atvejais, kai kūnas yra ramybės būsenoje arba tolygiai juda horizontaliu paviršiumi, svoris bus toks lygus jėgai palaiko reakciją ir savo verte sutampa su gravitacijos dydžiu:

At tolygiai pagreitintas judėjimas vertikaliai, svoris skirsis nuo gravitacijos pagal pagreičio vektorių. Kai pagreičio vektorius nukreipiamas priešinga kryptimi, atsiranda perkrovos sąlyga. Tais atvejais, kai kūnas ir atrama juda pagreičiu $a = g$, tada svoris bus lygus nuliui. Nulinio svorio būsena vadinama nesvarumu.

Gravitacinio lauko stipris apskaičiuojamas taip:

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

Dydis $F$ yra gravitacinė jėga, kuri veikia materialų tašką, kurio masė $m$.

Kūnas dedamas tam tikrame lauko taške.

Dviejų materialių taškų, kurių masės $m_1$ ir $m_2$, gravitacinės sąveikos potenciali energija turi būti $r$ atstumu vienas nuo kito.

Gravitacinio lauko potencialą galima rasti pagal formulę:

$\varphi = \Pi / m$

Čia $P$ yra potenciali energija materialus taškas kurių masė $m$. Jis dedamas tam tikrame lauko taške.

Trinties dėsniai

Užrašas 2

Trinties jėga atsiranda judant ir yra nukreipta prieš kūno slydimą.

Statinė trinties jėga bus proporcinga normali reakcija. Statinė trinties jėga nepriklauso nuo trinamųjų paviršių formos ir dydžio. Statinis trinties koeficientas priklauso nuo kūnų, kurie liečiasi ir sukuria trinties jėgą, medžiagos. Tačiau trinties dėsniai negali būti vadinami stabiliais ir tiksliais, nes tyrimų rezultatuose dažnai pastebimi įvairūs nukrypimai.

Tradicinis trinties jėgos rašymas apima trinties koeficiento ($\eta$) naudojimą, $N$ yra normali slėgio jėga.

Taip pat išskiriama išorinė trintis, riedėjimo trinties jėga, slydimo trinties jėga, klampios trinties jėga ir kitos trinties rūšys.

Tampriosios jėgos dėsnis

Tamprumo jėga yra lygi kūno standumui, kuris padauginamas iš deformacijos dydžio:

$F = k \cdot \Delta l$

Mūsų klasikinėje jėgos formulėje, ieškant tamprumo jėgos, pagrindinę vietą užima kūno standumo ($k$) ir kūno deformacijos ($\Delta l$) reikšmės. Jėgos vienetas yra niutonas (N).

Panaši formulė gali apibūdinti paprasčiausią deformacijos atvejį. Paprastai tai vadinama Huko dėsniu. Jame rašoma, kad jei kas pabandys prieinamu būdu deformuoti kūną, tamprumo jėga bus linkusi grąžinti objekto formą į pradinę formą.

Norėdami suprasti ir tiksliai aprašyti procesą fizinis reiškinys pristatyti papildomų sąvokų. Tamprumo koeficientas parodo priklausomybę nuo:

• medžiagos savybės;
• strypų dydžiai.

Visų pirma išskiriama priklausomybė nuo strypo matmenų arba skerspjūvio ploto ir ilgio. Tada kūno elastingumo koeficientas užrašomas tokia forma:

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

Šioje formulėje dydis $E$ yra pirmosios rūšies tamprumo modulis. Jis taip pat vadinamas Youngo moduliu. Tai atspindi tam tikros medžiagos mechanines savybes.

Atliekant tiesių strypų skaičiavimus, Huko dėsnis rašomas santykine forma:

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

Pažymima, kad Huko dėsnio taikymas bus veiksmingas tik esant santykinai mažoms deformacijoms. Jei proporcingumo ribos lygis viršijamas, tai ryšys tarp deformacijų ir įtempių tampa netiesinis. Kai kurioms terpėms Huko dėsnis negali būti taikomas net mažoms deformacijoms.

Christian) – viena iš „devynių angelų eilių“. Pagal Pseudo-Dionysius klasifikaciją Areopagitas yra penktasis rangas, kartu su dominijomis ir valdžia sudaro antrąją triadą.

Puikus apibrėžimas

Neišsamus apibrėžimas ↓

JĖGA

nemechaninis, metafizinis). Polichroninė latentinės absorbcijos orientacija, kuri papildo bet kokią struktūrą, pačią šią struktūrą. Subjektyviai sąmonei S. gali pasirodyti tik kaip virtualybė. Taip pat objektyve nėra jėgų. S. visada yra pjūvio ar pjūvio egzistavimo simptomas, dalies izoliavimo nuo visumos pobūdžio pasikeitimas.

Taigi jėgos-laiko-judesio-struktūros kompleksas visada yra pralaidumo neužbaigtumo, visumos nesuvokiamumo duotybė, esanti ant dalies ir jos papildymo ribos. Tačiau būtent S. savo prasme yra didžiausias konceptualus surogatas. Paaiškėjo, kad čia jis yra lokaliai – dabar jį reprezentuoja daugybės veiksnių projekcija.

Subjektas nejaučia tos ar kitos vidinės psichinės jėgos, o net kraštutiniu ar kraštutiniu atveju - tik „jėgų“ spaudimą. Šių spaudimų panaudojimas aktų ir afektų forma taip pat palieka paslėptas visas tariamas naujas jėgas.

Nuo įprastų reiškinių galime pereiti prie mikroreiškinių, tikrų, bet gulinčių už įprastų kasdienių ir mokslinių pasirodymų, tačiau perėjimas prie bet kokios mikromotorikos, mikrokinestetiškumo neįmanomas.

Trivialus jėgos, kaip įtakos priemonės, apibrėžimas euristiškai nepriimtinas. Viskas, kas susiję su energija, pasirodo kaip nebūties proveržis per vienokią ar kitokią draudimų sistemą, nulemtą konkrečios duotybės struktūrų. Tuo pačiu metu pats proveržis nukreipiamas tam tikru būdu. Klausimą apsunkina tai, kad struktūros negali egzistuoti jokiu būdu, jei jos dar nėra tam tikra energijos proveržio forma. Kažkuriuo hipotetiniu absoliučiu momentu struktūrų nėra – tai laikini kūriniai ir ne tik

ciklų kraštas yra inertiški pasikartojimai.

Puikus apibrėžimas

Neišsamus apibrėžimas ↓

1.Jėga- vektorius fizinis kiekis , kuris yra tam tikro poveikio intensyvumo matas kūnas kiti kūnai, taip pat laukai Tvirtinama prie masyvios jėga kūne yra jos pasikeitimo priežastis greitis ar atsiradimas joje deformacijos ir įtempimai.

Jėga kaip vektorinis dydis apibūdinamas modulis, kryptis Ir paraiškos „taškas“. jėga. Paskutiniu parametru jėgos, kaip vektoriaus, samprata fizikoje skiriasi nuo vektoriaus sampratos vektorių algebroje, kur vektoriai, vienodi pagal dydį ir kryptį, nepriklausomai nuo jų taikymo taško, laikomi tuo pačiu vektoriumi. Fizikoje šie vektoriai vadinami laisvaisiais vektoriais. Mechanikoje itin paplitusi idėja apie susietus vektorius, kurių pradžia fiksuojama tam tikrame erdvės taške arba gali būti tiesėje, kuri tęsia vektoriaus kryptį (slenkantys vektoriai).

Sąvoka taip pat naudojama jėgos linija, žymintis tiesią liniją, einančią per jėgos taikymo tašką, išilgai kurio nukreipta jėga.

Antrasis Niutono dėsnis teigia, kad inercinėse atskaitos sistemose materialaus taško pagreitis kryptimi sutampa su visų kūną veikiančių jėgų rezultantu, o dydis yra tiesiogiai proporcingas jėgos dydžiui ir atvirkščiai proporcingas kūno masei. materialus taškas. Arba, lygiaverčiai, materialaus taško impulso kitimo greitis yra lygus taikomai jėgai.

Kai baigtinių matmenų kūną veikia jėga, jame atsiranda mechaniniai įtempimai, kuriuos lydi deformacijos.

Standartinio dalelių fizikos modelio požiūriu pagrindinės sąveikos (gravitacinės, silpnosios, elektromagnetinės, stipriosios) vykdomos keičiantis vadinamaisiais matuoklio bozonais. Didelės energijos fizikos eksperimentai, atlikti 70–80 m. XX amžiuje patvirtino prielaidą, kad silpnoji ir elektromagnetinė sąveika yra esminės elektrosilpnos sąveikos apraiškos.

Jėgos matmuo LMT −2, matavimo vienetas Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) yra niutonas (N, N), GHS sistemoje – dyne.

2. Pirmasis Niutono dėsnis.

Pirmasis Niutono dėsnis teigia, kad yra atskaitos sistemos, kuriose kūnai palaiko ramybės arba vienodumo būseną tiesinis judėjimas nesant kitų organų veiksmų jiems arba esant abipusei šių įtakų kompensacijai. Tokios atskaitos sistemos vadinamos inercinėmis. Niutonas pasiūlė, kad kiekvienas masyvus objektas turi tam tikrą inercijos rezervą, kuris apibūdina to objekto „natūralią judėjimo būseną“. Ši idėja atmeta Aristotelio požiūrį, kuris poilsį laikė „natūralia objekto būsena“. Pirmasis Niutono dėsnis prieštarauja Aristotelio fizikai, kurios viena iš nuostatų yra teiginys, kad kūnas gali judėti pastoviu greičiu tik veikiamas jėgos. Tai, kad Niutono mechanikoje inercinėse atskaitos sistemose ramybė fiziškai nesiskiria nuo vienodo tiesinio judėjimo, yra Galilėjaus reliatyvumo principo pagrindas. Tarp kūnų rinkinio iš esmės neįmanoma nustatyti, kurie iš jų yra „judantys“, o kurie „ramūs“. Apie judėjimą galime kalbėti tik tam tikros atskaitos sistemos atžvilgiu. Mechanikos dėsniai tenkinami vienodai visose inercinėse atskaitos sistemose, kitaip tariant, jie visi yra mechaniškai lygiaverčiai. Pastaroji išplaukia iš vadinamųjų Galilėjos transformacijų.

3.Antrasis Niutono dėsnis.

Antrasis Niutono dėsnis šiuolaikinėje formuluotėje skamba taip: inercinėje atskaitos sistemoje materialaus taško impulso kitimo greitis yra lygus visų šį tašką veikiančių jėgų vektorinei sumai.

kur yra materialaus taško impulsas, yra visa jėga, veikianti materialųjį tašką. Antrasis Niutono dėsnis teigia, kad nesubalansuotų jėgų veikimas lemia materialaus taško impulso pasikeitimą.

Pagal impulso apibrėžimą:

kur masė, tai greitis.

Klasikinėje mechanikoje, esant daug mažesniam nei šviesos greitis, materialaus taško masė laikoma nepakitusi, o tai leidžia ištraukti jį iš diferencialo ženklo tokiomis sąlygomis:

Atsižvelgiant į taško pagreičio apibrėžimą, antrasis Niutono dėsnis yra toks:

Ji laikoma „antra garsiausia fizikos formule“, nors pats Niutonas niekada aiškiai neparašė savo antrojo dėsnio tokia forma. Pirmą kartą tokią įstatymo formą galima rasti K. Maclaurino ir L. Eulerio darbuose.

Kadangi bet kurioje inercinėje atskaitos sistemoje kūno pagreitis yra vienodas ir nekinta pereinant iš vieno kadro į kitą, tai jėga yra nekintama tokio perėjimo atžvilgiu.

Visuose gamtos reiškiniuose jėga, nepriklausomai nuo jūsų kilmės, pasirodo tik mechanine prasme, tai yra kaip vienodo ir tiesinio kūno judėjimo inercinėje koordinačių sistemoje pažeidimo priežastis. Priešingas teiginys, t.y. tokio judėjimo fakto konstatavimas, rodo ne kūną veikiančių jėgų nebuvimą, o tik tai, kad šių jėgų veiksmai yra tarpusavyje subalansuoti. Kitu atveju: jų vektorių suma yra vektorius, kurio modulis lygus nuliui. Tai yra jėgos dydžio matavimo pagrindas, kai ji kompensuojama jėga, kurios dydis yra žinomas.

Antrasis Niutono dėsnis leidžia išmatuoti jėgos dydį. Pavyzdžiui, žinios apie planetos masę ir jos įcentrinį pagreitį judant orbita leidžia apskaičiuoti gravitacinės traukos jėgos, veikiančios šią planetą nuo Saulės, dydį.

4. Trečiasis Niutono dėsnis.

Bet kuriems dviem kūnams (vadinkime juos kūnu 1 ir kūnu 2), trečiasis Niutono dėsnis teigia, kad kūno 1 poveikio kūnui 2 jėgą lydi jėga, kurios dydis yra lygus, bet priešinga kryptimi, veikiantis kūną. 1 iš kūno 2. Matematiškai dėsnis parašytas Taip:

Šis dėsnis reiškia, kad jėgos visada atsiranda veiksmo ir reakcijos poromis. Jei kūnas 1 ir kūnas 2 yra toje pačioje sistemoje, tada bendra jėga sistemoje dėl šių kūnų sąveikos yra lygi nuliui:

Tai reiškia, kad uždaroje sistemoje nėra nesubalansuotų vidines jėgas. Tai lemia tai, kad uždaros sistemos masės centras (ty tos, kurios neveikia išorinės jėgos) negali judėti su pagreičiu. Atskiros sistemos dalys gali įsibėgėti, bet tik taip, kad visa sistema išliktų ramybės būsenoje arba tolygiai judėtų tiesiškai. Tačiau jei sistemą veikia išorinės jėgos, jos masės centras pradės judėti pagreičiu, proporcingu išorinei rezultatinei jėgai ir atvirkščiai proporcinga sistemos masei.

5.Gravitacija.

Gravitacija ( gravitacija) – universali sąveika tarp bet kokių medžiagų rūšių. Klasikinės mechanikos rėmuose jį apibūdina visuotinės gravitacijos dėsnis, kurį suformulavo Isaacas Newtonas savo darbe „Matematiniai gamtos filosofijos principai“. Niutonas gavo pagreičio, kuriuo Mėnulis juda aplink Žemę, dydį, savo skaičiavimuose darydamas prielaidą, kad gravitacijos jėga mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo nuo gravituojančio kūno kvadratui. Be to, jis taip pat nustatė, kad pagreitis, kurį sukelia vieno kūno pritraukimas prie kito, yra proporcingas šių kūnų masių sandaugai. Remiantis šiomis dviem išvadomis, buvo suformuluotas gravitacijos dėsnis: bet kurios medžiagos dalelės traukiamos viena prie kitos jėga, tiesiogiai proporcinga masių sandaugai ( ir ) ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui:

Štai gravitacinė konstanta, kurios vertę pirmasis savo eksperimentuose gavo Henry Cavendish. Naudodami šį dėsnį galite gauti savavališkos formos kūnų gravitacinės jėgos apskaičiavimo formules. Niutono gravitacijos teorija gerai aprašo planetų judėjimą saulės sistema ir daugelis kitų dangaus kūnų. Tačiau jis remiasi tolimojo veiksmo samprata, kuri prieštarauja reliatyvumo teorijai. Todėl klasikinė gravitacijos teorija netinka aprašyti kūnų, judančių artimu šviesos greičiui, judėjimui, itin masyvių objektų (pavyzdžiui, juodųjų skylių) gravitaciniams laukams, taip pat kintamiems gravitaciniams laukams, kuriuos sukuria judantys kūnai dideliais atstumais nuo jų.

Bendresnė gravitacijos teorija yra Alberto Einšteino bendroji reliatyvumo teorija. Jame gravitacijai nebūdinga nekintama jėga, nepriklausoma nuo atskaitos sistemos. Vietoj to, laisvas kūnų judėjimas gravitaciniame lauke, kurį stebėtojas suvokia kaip judėjimą lenktomis trajektorijomis trimatėje erdvėlaikyje kintamu greičiu, yra laikomas inerciniu judėjimu geodezine linija lenktoje keturių dimensijų erdvėlaikyje. , kurioje laikas skirtinguose taškuose teka skirtingai. Be to, ši linija tam tikra prasme yra „tiesiogiausia“ - ji yra tokia, kad erdvės ir laiko intervalas (tinkamas laikas) tarp dviejų tam tikro kūno erdvės laiko padėčių yra maksimalus. Erdvės kreivumas priklauso nuo kūnų masės, taip pat nuo visų sistemoje esančios energijos rūšių.

6.Elektrostatinis laukas (stacionarių krūvių laukas).

Fizikos raida po Niutono pridėjimo prie trijų pagrindinių dydžių (ilgio, masės, laiko) elektros krūvis su matmeniu C. Tačiau, remdamiesi praktikos reikalavimais, pagrindiniu matavimo vienetu pradėjo naudoti ne krūvio, o elektros srovės vienetą. Taigi SI sistemoje pagrindinis vienetas yra amperas, o krūvio vienetas kulonas yra jo išvestinė.

Kadangi krūvis, kaip toks, neegzistuoja nepriklausomai nuo jį nešiojančio kūno, elektrinė kūnų sąveika pasireiškia ta pačia jėga, kuri laikoma mechanikoje, kuri yra pagreičio priežastis. Kalbant apie dviejų taškinių krūvių, esančių vakuume, elektrostatinę sąveiką, naudojamas Kulono dėsnis. Formoje, atitinkančioje SI sistemą, ji atrodo taip:

kur yra jėga, kuria 1 krūvis veikia 2 krūvį, vektorius, nukreiptas iš 1 krūvio į 2 krūvį ir yra lygus atstumui tarp krūvių, o elektrinė konstanta lygi ≈ 8,854187817 10–12 F/m . Kai įkrovimai dedami į vienalytę ir izotropinę terpę, sąveikos jėga sumažėja ε koeficientu, kur ε yra terpės dielektrinė konstanta.

Jėga nukreipta išilgai linijos, jungiančios taškinius krūvius. Grafiškai elektrostatinis laukas paprastai vaizduojamas kaip jėgos linijų vaizdas, kuris yra įsivaizduojamos trajektorijos, kuriomis judėtų įkrauta dalelė be masės. Šios linijos prasideda vienu įkrovimu ir baigiasi kitu.

7.Elektromagnetinis laukas (nuolatinės srovės laukas).

Egzistavimas magnetinis laukas dar viduramžiais atpažino kinai, kurie kaip magnetinio kompaso prototipą naudojo „mylintį akmenį“ – magnetą. Grafiškai magnetinis laukas dažniausiai vaizduojamas uždarų jėgos linijų pavidalu, kurių tankis (kaip ir elektrostatinio lauko atveju) lemia jo intensyvumą. Istoriškai vizualinis būdas vizualizuoti magnetinį lauką buvo geležies drožlės, užbarstytos, pavyzdžiui, ant popieriaus lapo, uždėto ant magneto.

Oerstedas nustatė, kad srovė, tekanti per laidininką, sukelia magnetinės adatos įlinkį.

Faradėjus padarė išvadą, kad aplink srovės laidininką susidaro magnetinis laukas.

Ampere'as iškėlė hipotezę, pripažintą fizikoje, kaip magnetinio lauko atsiradimo proceso modelį, kurį sudaro mikroskopinių uždarų srovių buvimas medžiagose, kurios kartu sukuria natūralaus arba indukuoto magnetizmo poveikį.

Ampere'as nustatė, kad atskaitos rėme, esančiame vakuume, kurio atžvilgiu krūvis juda, tai yra, jis elgiasi kaip elektros srovė, atsiranda magnetinis laukas, kurio intensyvumą lemia magnetinės indukcijos vektorius. plokštuma, esanti statmena krypties krūvio judėjimui.

Magnetinės indukcijos matavimo vienetas yra tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Problemą kiekybiškai išsprendė Amperas, išmatavęs dviejų lygiagrečių laidininkų sąveikos jėgą su jais tekančiomis srovėmis. Vienas iš laidininkų aplink save sukūrė magnetinį lauką, antrasis į šį lauką reagavo priartėdamas arba toldamas išmatuojama jėga, žinant, kokios ir kokio stiprumo srovės stiprumą buvo galima nustatyti magnetinės indukcijos vektoriaus modulį.

Jėgų sąveika tarp elektrinių krūvių, kurie nejuda vienas kito atžvilgiu, aprašyta Kulono dėsniu. Tačiau vienas kito atžvilgiu judantys krūviai sukuria magnetinius laukus, per kuriuos krūvių judėjimo sukurtos srovės paprastai patenka į jėgos sąveikos būseną.

Esminis skirtumas tarp jėgos, atsirandančios santykinio krūvių judėjimo metu, ir jų nejudančio išdėstymo atveju yra šių jėgų geometrijos skirtumas. Elektrostatikos atveju dviejų krūvių sąveikos jėgos nukreiptos išilgai juos jungiančios linijos. Todėl uždavinio geometrija yra dvimatė ir svarstoma plokštumoje, einančioje per šią liniją.

Srovių atveju jėga, apibūdinanti srovės sukuriamą magnetinį lauką, yra statmenoje srovei plokštumoje. Todėl reiškinio vaizdas tampa trimatis. Magnetinis laukas, kurį sukuria be galo mažas pirmosios srovės elementas, sąveikaujantis su tuo pačiu antrosios srovės elementu, paprastai sukuria jį veikiančią jėgą. Be to, abiem srovėms šis vaizdas yra visiškai simetriškas ta prasme, kad srovių numeracija yra savavališka.

Srovių sąveikos dėsnis naudojamas standartizuoti nuolatinę elektros srovę.

8.Stipri sąveika.

Stipri jėga yra pagrindinė trumpojo nuotolio hadronų ir kvarkų sąveika. Atomo branduolyje stipri jėga laiko kartu teigiamai įkrautus (patiriamus elektrostatinį atstūmimą) protonus, keičiantis pi mezonais tarp nukleonų (protonų ir neutronų). Pi mezonų tarnavimo laikas labai trumpas; jų gyvavimo pakanka tik branduolinėms jėgoms branduolio spinduliu suteikti, todėl branduolinės jėgos vadinamos trumpo nuotolio. Padidėjęs neutronų skaičius „skiedžia“ branduolį, sumažindamas elektrostatines jėgas ir padidindamas branduolines, tačiau dideli kiekiai neutronai, jie patys, būdami fermionai, pradeda patirti atstūmimą dėl Paulio principo. Be to, kai nukleonai priartėja per arti, prasideda W bozonų mainai, sukeldami atstūmimą, dėl kurio atomo branduoliai „nesugriūva“.

Pačiuose hadronuose stipri sąveika sulaiko kvarkus – hadronų sudedamąsias dalis. Stipraus lauko kvantai yra gliuonai. Kiekvienas kvarkas turi vieną iš trijų „spalvų“ krūvių, kiekvienas gliuonas susideda iš „spalvos“ ir „antispalvos“ poros. Gliuonai suriša kvarkus vadinamuosiuose. „uždarymas“, dėl kurio šiuo metu eksperimente laisvųjų kvarkų nepastebėta. Kvarkams tolstant vienas nuo kito gliuono jungčių energija didėja, o ne mažėja, kaip branduolinės sąveikos atveju. Išleisdami daug energijos (susidūrę hadronams akceleratoriuje), galite nutraukti kvarko-gliuono ryšį, tačiau tuo pat metu išleidžiama naujų hadronų srovė. Tačiau erdvėje gali egzistuoti laisvieji kvarkai: jei per Didįjį sprogimą kuriam nors kvarkui pavyko išvengti uždarymo, tai tikimybė, kad jis susinaikins su atitinkamu antikvarku arba virs bespalviu hadronu, tokiam kvarkui yra nykstantis.

9.Silpna sąveika.

Silpna sąveika yra pagrindinė trumpojo nuotolio sąveika. 10 diapazonas −18 m. Simetriška erdvinės inversijos ir krūvio konjugacijos derinio atžvilgiu. Visi pagrindiniai elementai yra susiję su silpna sąveika.fermionai (leptonai Ir kvarkai). Tai vienintelė sąveika, kuri apimaneutrino(jau nekalbant gravitacija, nereikšmingas laboratorinėmis sąlygomis), kuris paaiškina didžiulį šių dalelių gebėjimą prasiskverbti. Silpna sąveika leidžia leptonams, kvarkams ir jųantidalelių mainai energijos, masė, elektros krūvis Ir kvantiniai skaičiai- tai yra, pavirsti vienas kitu. Viena iš apraiškų yrabeta skilimas.

Jėga kaip vektorinis dydis apibūdinamas modulis , kryptis Ir paraiškos „taškas“. jėga. Paskutiniu parametru jėgos, kaip vektoriaus, samprata fizikoje skiriasi nuo vektoriaus sampratos vektorių algebroje, kur vektoriai, vienodi pagal dydį ir kryptį, nepriklausomai nuo jų taikymo taško, laikomi tuo pačiu vektoriumi. Fizikoje šie vektoriai vadinami laisvaisiais vektoriais.Mechanikoje itin paplitusi idėja apie susietus vektorius, kurių pradžia fiksuojama tam tikrame erdvės taške arba gali būti tiesėje, kuri tęsia vektoriaus kryptį. (slenkantys vektoriai). .

Sąvoka taip pat naudojama jėgos linija, žymintis tiesią liniją, einančią per jėgos taikymo tašką, išilgai kurio nukreipta jėga.

Jėgos matmuo LMT −2, matavimo vienetas tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) yra niutonas (N, N), CGS sistemoje – dyne.

Sąvokos istorija

Jėgos sąvoką naudojo senovės mokslininkai savo darbuose apie statiką ir judėjimą. Jis tyrinėjo jėgas kuriant paprastus mechanizmus III amžiuje. pr. Kr e. Archimedas. Aristotelio idėjos apie jėgą, apimančios esminius neatitikimus, išliko kelis šimtmečius. Šie neatitikimai buvo pašalinti XVII a. Izaokas Niutonas, naudodamas matematinius metodus jėgai apibūdinti. Niutono mechanika išliko visuotinai priimta beveik tris šimtus metų. Iki XX amžiaus pradžios. Albertas Einšteinas reliatyvumo teorijoje parodė, kad Niutono mechanika yra teisinga tik esant santykinai mažam judėjimo greičiui ir kūnų masėms sistemoje, taip išaiškindamas pagrindinius kinematikos ir dinamikos principus bei apibūdindamas kai kurias naujas erdvės ir laiko savybes.

Niutono mechanika

Isaacas Niutonas ėmėsi apibūdinti objektų judėjimą naudodamas inercijos ir jėgos sąvokas. Tai padaręs, jis kartu nustatė, kad visas mechaninis judėjimas paklūsta bendriesiems išsaugojimo dėsniams. Niutone jis paskelbė savo garsųjį veikalą „“, kuriame išdėstė tris pagrindinius klasikinės mechanikos dėsnius (garsiuosius Niutono dėsnius).

Pirmasis Niutono dėsnis

Pavyzdžiui, mechanikos dėsniai lygiai taip pat vykdomi sunkvežimio gale, kai jis važiuoja tiesia kelio atkarpa pastoviu greičiu ir stovi vietoje. Žmogus gali mesti kamuolį vertikaliai aukštyn ir po kurio laiko jį sugauti toje pačioje vietoje, nepaisant to, ar sunkvežimis juda tolygiai ir tiesia linija, ar yra ramybės būsenoje. Jam kamuolys lekia tiesia linija. Tačiau išoriniam stebėtojui ant žemės rutulio trajektorija atrodo kaip parabolė. Taip yra dėl to, kad rutulys skrydžio metu žemės atžvilgiu juda ne tik vertikaliai, bet ir horizontaliai pagal inerciją sunkvežimio judėjimo kryptimi. Sunkvežimio gale sėdinčiam žmogui nesvarbu, ar sunkvežimis juda keliu, ar pasaulis sunkvežimiui stovint pastoviu greičiu juda priešinga kryptimi. Taigi ramybės būsena ir tolygus tiesinis judėjimas fiziškai nesiskiria vienas nuo kito.

Antrasis Niutono dėsnis

Pagal impulso apibrėžimą:

kur masė, tai greitis.

Jei materialaus taško masė nesikeičia, tada masės laiko išvestinė lygi nuliui, o lygtis įgauna tokią formą:

Trečiasis Niutono dėsnis

Bet kuriems dviem kūnams (vadinkime juos kūnu 1 ir kūnu 2), trečiasis Niutono dėsnis teigia, kad kūno 1 poveikio kūnui 2 jėgą lydi jėga, kurios dydis yra lygus, bet priešinga kryptimi, veikiantis kūną. 1 iš kūno 2. Matematiškai įstatymas parašytas taip:

Šis dėsnis reiškia, kad jėgos visada atsiranda veiksmo ir reakcijos poromis. Jei kūnas 1 ir kūnas 2 yra toje pačioje sistemoje, tada bendra jėga sistemoje dėl šių kūnų sąveikos yra lygi nuliui:

Tai reiškia, kad uždaroje sistemoje nėra nesubalansuotų vidinių jėgų. Tai lemia tai, kad uždaros sistemos masės centras (ty tos, kurios neveikia išorinės jėgos) negali judėti su pagreičiu. Atskiros sistemos dalys gali įsibėgėti, bet tik taip, kad visa sistema išliktų ramybės būsenoje arba tolygiai judėtų tiesiškai. Tačiau jei sistemą veikia išorinės jėgos, jos masės centras pradės judėti pagreičiu, proporcingu išorinei rezultatinei jėgai ir atvirkščiai proporcinga sistemos masei.

Pagrindinės sąveikos

Visos gamtos jėgos yra pagrįstos keturių tipų pagrindinėmis sąveikomis. Maksimalus greitis visų rūšių sąveikos sklidimas lygus šviesos greičiui vakuume. Elektromagnetinės jėgos veikia tarp elektra įkrautų kūnų, gravitacinės jėgos – tarp masyvių objektų. Stiprūs ir silpni atsiranda tik labai nedideliais atstumais, jie yra atsakingi už subatominių dalelių, įskaitant nukleonus, iš kurių susideda atomų branduoliai, sąveikos atsiradimą.

Stiprios ir silpnos sąveikos intensyvumas matuojamas energijos vienetų(elektronvoltai), ne jėgos vienetų, todėl termino „jėga“ taikymas jiems paaiškinamas iš antikos perimta tradicija bet kokius supančio pasaulio reiškinius aiškinti kiekvienam reiškiniui būdingų „jėgų“ veikimu.

Jėgos sąvoka negali būti taikoma subatominio pasaulio reiškiniams. Tai koncepcija iš klasikinės fizikos arsenalo, siejama (net jei tik nesąmoningai) su Niutono idėjomis apie jėgas, veikiančias per atstumą. Subatominėje fizikoje tokių jėgų nebėra: jas pakeičia sąveika tarp dalelių, vykstančių per laukus, tai yra, kai kurių kitų dalelių. Todėl daug energijos turintys fizikai vengia vartoti šį žodį jėga, pakeičiant jį žodžiu sąveika.

Kiekvienas sąveikos tipas yra susijęs su atitinkamų sąveikos nešėjų mainais: gravitacinė - gravitonų mainai (egzistavimas nebuvo patvirtintas eksperimentiškai), elektromagnetinis - virtualūs fotonai, silpnieji - vektoriniai bozonai, stiprieji - gliuonai (o dideliais atstumais - mezonai) . Šiuo metu elektromagnetinės ir silpnosios jėgos yra sujungtos į pagrindinę elektrosilpną jėgą. Visas keturias pagrindines sąveikas bandoma sujungti į vieną (vadinamoji didžioji unifikuota teorija).

Visą gamtoje pasireiškiančių jėgų įvairovę iš principo galima redukuoti iki šių keturių pagrindinių sąveikų. Pavyzdžiui, trintis – tai elektromagnetinių jėgų, veikiančių tarp dviejų besiliečiančių paviršių atomų, pasireiškimas ir Pauli išskyrimo principas, neleidžiantis atomams prasiskverbti vienas į kitą. Jėga, kurią sukuria spyruoklės deformacija, aprašyta Huko dėsniu, taip pat yra elektromagnetinių jėgų tarp dalelių ir Pauli išskyrimo principo rezultatas, verčiantis medžiagos kristalinės gardelės atomus laikyti šalia pusiausvyros padėties. .

Tačiau praktikoje toks išsamus jėgų veikimo klausimo svarstymas pasirodo ne tik netinkamas, bet ir tiesiog neįmanomas problemos sąlygomis.

Gravitacija

Gravitacija ( gravitacija) – universali sąveika tarp bet kokių medžiagų rūšių. Klasikinės mechanikos rėmuose jį apibūdina visuotinės gravitacijos dėsnis, kurį suformulavo Isaacas Newtonas savo darbe „Matematiniai gamtos filosofijos principai“. Niutonas gavo pagreičio, kuriuo Mėnulis juda aplink Žemę, dydį, skaičiuodamas darydamas prielaidą, kad gravitacijos jėga mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo nuo gravituojančio kūno kvadratui. Be to, jis taip pat nustatė, kad pagreitis, kurį sukelia vieno kūno pritraukimas prie kito, yra proporcingas šių kūnų masių sandaugai. Remiantis šiomis dviem išvadomis, buvo suformuluotas gravitacijos dėsnis: bet kurios medžiagos dalelės traukiamos viena prie kitos jėga, tiesiogiai proporcinga masių sandaugai ( ir ) ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui:

Štai gravitacinė konstanta, kurios vertę pirmą kartą savo eksperimentuose sužinojo Henry Cavendish. Naudodami šį dėsnį galite gauti savavališkos formos kūnų gravitacinės jėgos apskaičiavimo formules. Niutono gravitacijos teorija gerai aprašo Saulės sistemos planetų ir daugelio kitų dangaus kūnų judėjimą. Tačiau jis remiasi tolimojo veiksmo samprata, kuri prieštarauja reliatyvumo teorijai. Todėl klasikinė gravitacijos teorija netinka aprašyti kūnų, judančių artimu šviesos greičiui, judėjimui, itin masyvių objektų (pavyzdžiui, juodųjų skylių) gravitaciniams laukams, taip pat kintamiems gravitaciniams laukams, kuriuos sukuria judantys kūnai dideliais atstumais nuo jų.

Elektromagnetinė sąveika

Elektrostatinis laukas (stacionarių krūvių laukas)

Fizikos raida po Niutono prie trijų pagrindinių dydžių (ilgio, masės, laiko) pridėjo elektros krūvį, kurio matmuo C. Tačiau, remiantis praktiniais matavimo patogumu pagrįstais reikalavimais, vietoj krūvio dažnai buvo naudojama I matmens elektros srovė. , ir aš = CT − 1 . Įkrovos dydžio matavimo vienetas yra kulonas, o srovės vienetas yra amperas.

Kadangi krūvis, kaip toks, neegzistuoja nepriklausomai nuo jį nešiojančio kūno, elektrinė kūnų sąveika pasireiškia ta pačia jėga, kuri laikoma mechanikoje, kuri yra pagreičio priežastis. Kalbant apie dviejų „taškinių krūvių“ elektrostatinę sąveiką vakuume, naudojamas Kulono dėsnis:

kur yra atstumas tarp krūvių, o ε 0 ≈ 8.854187817·10 −12 F/m. Šios sistemos vienalytėje (izotropinėje) medžiagoje sąveikos jėga sumažėja ε kartų, kur ε yra terpės dielektrinė konstanta.

Jėgos kryptis sutampa su taškinius krūvius jungiančia linija. Grafiškai elektrostatinis laukas paprastai vaizduojamas kaip jėgos linijų vaizdas, kuris yra įsivaizduojamos trajektorijos, kuriomis judėtų įkrauta dalelė be masės. Šios linijos prasideda vienu įkrovimu ir baigiasi kitu.

Elektromagnetinis laukas (nuolatinės srovės laukas)

Magnetinio lauko egzistavimą dar viduramžiais pripažino kinai, kurie kaip magnetinio kompaso prototipą naudojo „mylintį akmenį“ – magnetą. Grafiškai magnetinis laukas dažniausiai vaizduojamas uždarų jėgos linijų pavidalu, kurių tankis (kaip ir elektrostatinio lauko atveju) lemia jo intensyvumą. Istoriškai vizualinis būdas vizualizuoti magnetinį lauką buvo geležies drožlės, užbarstytos, pavyzdžiui, ant popieriaus lapo, uždėto ant magneto.

Išvestinės jėgų rūšys

Elastinė jėga- jėga, atsirandanti deformuojant kūną ir neutralizuojanti šią deformaciją. Esant tamprioms deformacijoms – potencialus. Tamprioji jėga yra elektromagnetinio pobūdžio, nes yra makroskopinis tarpmolekulinės sąveikos pasireiškimas. Tamprumo jėga nukreipta priešinga poslinkiui, statmenai paviršiui. Jėgos vektorius yra priešingas molekulinio poslinkio krypčiai.

Trinties jėga- jėga, atsirandanti santykiniam kietųjų kūnų judėjimui ir atsverianti šį judėjimą. Nurodo išsklaidymo jėgas. Trinties jėga yra elektromagnetinio pobūdžio ir yra makroskopinis tarpmolekulinės sąveikos pasireiškimas. Trinties jėgos vektorius nukreiptas priešingai nei greičio vektorius.

Vidutinė pasipriešinimo jėga- judėjimo metu sukuriama jėga kietas skystoje arba dujinėje terpėje. Nurodo išsklaidymo jėgas. Atsparumo jėga yra elektromagnetinio pobūdžio, nes yra makroskopinis tarpmolekulinės sąveikos pasireiškimas. Vilkimo jėgos vektorius nukreiptas priešais greičio vektorių.

Normali žemės reakcijos jėga- elastingumo jėga, veikianti iš atramos ant kūno. Nukreiptas statmenai atramos paviršiui.

Galios paviršiaus įtempimas - fazių sąsajos paviršiuje atsirandančios jėgos. Jis turi elektromagnetinį pobūdį, nes yra makroskopinis tarpmolekulinės sąveikos pasireiškimas. Tempimo jėga nukreipiama tangentiškai į sąsają; atsiranda dėl nekompensuoto molekulių, esančių prie fazės ribos, pritraukimo molekulėmis, esančiomis ne ties fazės riba.

Osmoso slėgis

Van der Waals pajėgos- elektromagnetinės tarpmolekulinės jėgos, atsirandančios molekulių poliarizacijos ir dipolių susidarymo metu. Van der Waals jėgos greitai mažėja didėjant atstumui.

Inercijos jėga- fiktyvi jėga, įvesta neinercinėse atskaitos sistemose, kad jose būtų patenkintas antrasis Niutono dėsnis. Visų pirma atskaitos sistemoje, susietoje su tolygiai pagreitintu kūnu, inercinė jėga nukreipta priešingai nei pagreitis. Patogumui išcentrinę jėgą ir Koriolio jėgą galima atskirti nuo visos inercijos jėgos.

Rezultatas

Skaičiuojant kūno pagreitį, visos jį veikiančios jėgos pakeičiamos viena jėga, vadinama rezultatine. Tai geometrinė visų kūną veikiančių jėgų suma. Be to, kiekvienos jėgos veikimas nepriklauso nuo kitų veiksmų, tai yra, kiekviena jėga suteikia kūnui tokį patį pagreitį, kokį ji suteiktų, jei kitos jėgos neveiktų. Šis teiginys vadinamas jėgų veikimo nepriklausomumo principu (superpozicijos principu).

taip pat žr

Šaltiniai

• Grigorjevas V.I., Myakishev G.Ya. - „Jėgos gamtoje“
• Landau, L. D., Lifshits, E. M. Mechanika – 5-asis leidimas, stereotipinis. - M.: Fizmatlit, 2004. - 224 p. - („Teorinė fizika“, I tomas). - .

Pastabos

1. Žodynėlis. Žemės observatorija. NASA. - „Jėga - bet kokia išorinis veiksnys, kuris sukelia laisvo kūno judėjimo pasikeitimą arba vidinių įtempių atsiradimą fiksuotame kūne“.(Anglų)
2. Bronšteinas I. N. Semendyajevas K. A. Matematikos vadovas. M.: Leidykla "Mokslas" Informacinės fizinės ir matematinės literatūros redakcija. 1964 m.
3. Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. Fizikos paskaitos, 1 tomas – Addison-Wesley, 1963 m.(Anglų)

APIBRĖŽIMAS

Jėga yra vektorinis dydis, kuris yra kitų kūnų ar laukų poveikio tam tikram kūnui matas, dėl kurio pasikeičia šio kūno būsena. Šiuo atveju būsenos pasikeitimas reiškia pasikeitimą arba deformaciją.

Jėgos sąvoka reiškia du kūnus. Visada galite nurodyti kūną, kurį veikia jėga, ir kūną, nuo kurio ji veikia.

Stiprumas pasižymi:

• modulis;
• kryptis;
• taikymo taškas.

Jėgos dydis ir kryptis nepriklauso nuo pasirinkimo.

Jėgos vienetas C sistemoje yra 1 Niutonas.

Gamtoje nėra materialių kūnų, kurie būtų už kitų kūnų įtakos, todėl visi kūnai yra veikiami išorinių ar vidinių jėgų.

Vienu metu kūną gali veikti kelios jėgos. Šiuo atveju galioja veikimo nepriklausomumo principas: kiekvienos jėgos veikimas nepriklauso nuo kitų jėgų buvimo ar nebuvimo; kelių jėgų bendras veikimas lygus atskirų jėgų savarankiškų veiksmų sumai.

Rezultatinė jėga

Kūno judėjimui apibūdinti šiuo atveju vartojama rezultatyviosios jėgos sąvoka.

APIBRĖŽIMAS

Rezultatinė jėga yra jėga, kurios veikimas pakeičia visų kūnui veikiančių jėgų veikimą. Arba, kitaip tariant, visų kūnui veikiančių jėgų rezultantas yra lygus šių jėgų vektorinei sumai (1 pav.).

1 pav. Rezultatinių jėgų nustatymas

Kadangi kūno judėjimas visada laikomas kokioje nors koordinačių sistemoje, patogu atsižvelgti ne į pačią jėgą, o į jos projekcijas į koordinačių ašis (2 pav., a). Priklausomai nuo jėgos krypties, jos projekcijos gali būti teigiamos (2 pav., b) arba neigiamos (2 pav., c).

2 pav. Jėgos projekcijos į koordinačių ašis: a) plokštumoje; b) tiesioje linijoje (projekcija teigiama);
c) tiesioje linijoje (projekcija neigiama)

3 pav. Pavyzdžiai, iliustruojantys vektorinį jėgų sudėjimą

Dažnai matome pavyzdžius, iliustruojančius vektorinį jėgų sudėjimą: ant dviejų kabelių kabo lempa (3 pav., a) – šiuo atveju pusiausvyra pasiekiama dėl to, kad įtempimo jėgų rezultantas kompensuojamas svoriu. lempa; blokas slysta išilgai nuožulnios plokštumos (3 pav., b) - judėjimas vyksta dėl atsirandančių trinties, gravitacijos ir atramos reakcijos jėgų. Įžymios eilutės iš pasakos I.A. Krylovas "ir vežimėlis vis dar yra!" - taip pat trijų jėgų rezultato lygybės nuliui iliustracija (3 pav., c).

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS