Ir vairāki likumi, kas raksturo fiziskos procesus ķermeņu mehānisko kustību laikā.

Izšķir šādus spēku pamatlikumus fizikā:

• gravitācijas likums;
• universālās gravitācijas likums;
• berzes spēka likumi;
• elastības spēka likums;
• Ņūtona likumi.

Gravitācijas likums

1. piezīme

Gravitācija ir viena no gravitācijas spēku darbības izpausmēm.

Gravitācija tiek attēlota kā spēks, kas iedarbojas uz ķermeni no planētas puses un piešķir tam paātrinājumu gravitācijas dēļ.

Brīvo kritienu var aplūkot formā $mg = G\frac(mM)(r^2)$, no kuras iegūstam brīvā kritiena paātrinājuma formulu:

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

Smaguma noteikšanas formula izskatīsies šādi:

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

Gravitācijai ir noteikts sadalījuma vektors. Tas vienmēr ir vērsts vertikāli uz leju, tas ir, uz planētas centru. Ķermenis pastāvīgi ir pakļauts gravitācijai, un tas nozīmē, ka tas atrodas brīvā kritienā.

Kustības trajektorija gravitācijas ietekmē ir atkarīga no:

• objekta sākuma ātruma modulis;
• ķermeņa ātruma virziens.

Cilvēks katru dienu saskaras ar šo fizisko parādību.

Gravitāciju var attēlot arī kā formulu $P = mg$. Paātrinot gravitācijas dēļ, tiek ņemti vērā arī papildu daudzumi.

Ja ņemam vērā universālās gravitācijas likumu, kuru formulēja Īzaks Ņūtons, visiem ķermeņiem ir noteikta masa. Viņi tiek piesaistīti viens otram ar spēku. To sauks par gravitācijas spēku.

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

Šis spēks ir tieši proporcionāls divu ķermeņu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem.

$G = 6.7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, kur $G$ ir gravitācijas konstante un tai ir saskaņā ar starptautisko sistēmu SI mērījumu nemainīgā vērtība.

1. definīcija

Svars ir spēks, ar kādu ķermenis iedarbojas uz planētas virsmu pēc gravitācijas.

Gadījumos, kad ķermenis atrodas miera stāvoklī vai vienmērīgi pārvietojas pa horizontālu virsmu, tad svars būs vienāds ar spēku atbalsta reakcija un vērtība sakrīt ar gravitācijas lielumu:

Plkst vienmērīgi paātrināta kustība vertikāli, svars atšķirsies no gravitācijas, pamatojoties uz paātrinājuma vektoru. Kad paātrinājuma vektors ir vērsts pretējā virzienā, rodas pārslodzes stāvoklis. Gadījumos, kad ķermenis un balsts pārvietojas ar paātrinājumu $a = g$, tad svars būs vienāds ar nulli. Nulles svara stāvokli sauc par bezsvara stāvokli.

Gravitācijas lauka stiprumu aprēķina šādi:

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

Lielums $F$ ir gravitācijas spēks, kas iedarbojas uz materiāla punktu ar masu $m$.

Ķermenis ir novietots noteiktā lauka punktā.

Divu materiālu punktu ar masām $m_1$ un $m_2$ gravitācijas mijiedarbības potenciālajai enerģijai jāatrodas $r$ attālumā vienam no otra.

Gravitācijas lauka potenciālu var atrast, izmantojot formulu:

$\varphi = \Pi / m$

Šeit $P$ ir potenciālā enerģija materiālais punkts ar masu $m$. Tas ir novietots noteiktā lauka punktā.

Berzes likumi

2. piezīme

Berzes spēks rodas kustības laikā un ir vērsts pret ķermeņa slīdēšanu.

Statiskais berzes spēks būs proporcionāls normāla reakcija. Statiskais berzes spēks nav atkarīgs no berzes virsmu formas un izmēra. Statiskais berzes koeficients ir atkarīgs no ķermeņu materiāla, kas saskaras un rada berzes spēku. Tomēr berzes likumus nevar saukt par stabiliem un precīziem, jo ​​pētījumu rezultātos bieži tiek novērotas dažādas novirzes.

Tradicionālā berzes spēka rakstīšana ietver berzes koeficienta ($\eta$) izmantošanu, $N$ ir parastais spiediena spēks.

Izšķir arī ārējo berzi, rites berzes spēku, slīdošās berzes spēku, viskozās berzes spēku un citus berzes veidus.

Elastīgā spēka likums

Elastīgais spēks ir vienāds ar ķermeņa stingrību, kas reizināta ar deformācijas lielumu:

$F = k \cdot \Delta l$

Mūsu klasiskajā spēka formulā elastīgā spēka meklēšanai galveno vietu ieņem ķermeņa stingrības ($k$) un ķermeņa deformācijas ($\Delta l$) vērtības. Spēka mērvienība ir ņūtons (N).

Līdzīga formula var aprakstīt vienkāršāko deformācijas gadījumu. To parasti sauc par Huka likumu. Tajā teikts, ka, ja kāds mēģina pieejamā veidā deformēt ķermeni, elastīgais spēks tiecas atgriezt objekta formu tā sākotnējā formā.

Lai saprastu un precīzi aprakstītu procesu fiziska parādība ieviest papildu jēdzienus. Elastības koeficients parāda atkarību no:

• materiāla īpašības;
• stieņu izmēri.

Jo īpaši tiek izdalīta atkarība no stieņa izmēriem vai šķērsgriezuma laukuma un garuma. Tad ķermeņa elastības koeficients tiek uzrakstīts šādā formā:

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

Šajā formulā lielums $E$ ir pirmā veida elastības modulis. To sauc arī par Younga moduli. Tas atspoguļo noteikta materiāla mehāniskās īpašības.

Veicot taisnu stieņu aprēķinus, Huka likums tiek uzrakstīts relatīvā formā:

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

Tiek atzīmēts, ka Huka likuma piemērošana būs efektīva tikai salīdzinoši nelielām deformācijām. Ja tiek pārsniegts proporcionalitātes robežas līmenis, tad attiecības starp deformācijām un spriegumiem kļūst nelineāras. Dažiem medijiem Huka likumu nevar piemērot pat nelielām deformācijām.

Christian) - viena no "deviņām eņģeļu rindām". Saskaņā ar Pseidodionīsija klasifikāciju Areopagīts ir piektais rangs, kopā ar valdībām un autoritātēm, kas veido otro triādi.

Lieliska definīcija

Nepilnīga definīcija ↓

SPĒKS

nemehāniska, metafiziska). Latentās absorbcijas polihroniska orientācija, kas papildina jebkuru struktūru, pašu šo struktūru. Subjektīvajai apziņai S. var parādīties tikai kā virtualitāte. Arī objektā nav spēku. S. vienmēr ir iegriezuma vai eksistences griezuma simptoms, izmaiņas rakstura daļā, kas izolē daļu no veseluma.

Tādējādi spēka-laika-kustības-struktūras komplekss vienmēr ir caurlaidības nepabeigtības, veseluma neizprotamības dota uz daļas un tās papildinājuma robežas. Tomēr tieši S. savā nozīmē ir lielākais konceptuālais surogāts. Izrādās, ka tas ir lokāli šeit-tagad attēlots ar daudzu faktoru projekciju.

Subjekts nejūt to vai citu iekšējo psihisko spēku, bet pat ekstrēmākajā vai ekstrēmākajā gadījumā - tikai “spēku” spiedienu. Šo spiedienu izmantošana aktu un afektu veidā arī atstāj slēptus iespējamos jaunos spēkus.

Mēs labi varam pāriet no parastām parādībām uz mikroparādībām, reālām, bet guļus ārpus ierastajām ikdienas un zinātniskajām parādībām, taču pāreja uz jebkāda veida mikromotoritāti, mikrokinestētiskumu nav iespējama.

Triviālā spēka kā ietekmes mēra definīcija ir heiristiski nepieņemama. Viss, kas saistīts ar enerģiju, parādās kā neesamības izrāviens caur vienu vai otru aizliegumu sistēmu, ko nosaka konkrēta dotā struktūras. Tajā pašā laikā pats izrāviens tiek virzīts noteiktā veidā. Jautājumu sarežģī fakts, ka struktūras nevar pastāvēt nekādā veidā, ja tās jau nav noteiktas enerģijas izrāviena formas. Kādā hipotētiskā absolūtā brīdī nav nevienas struktūras - tās ir īslaicīgas radības un tālāk

ciklu mala ir inerti atkārtojumi.

Lieliska definīcija

Nepilnīga definīcija ↓

1.Spēks- vektors fiziskais daudzums , kas ir ietekmes intensitātes mērs uz dotoķermeni citas struktūras, kā arī lauki Pievienots masīvam spēks ķermenī ir iemesls tā izmaiņāmātrumu vai parādīšanās tajā deformācijas un spriegumi.

Spēku kā vektora lielumu raksturo modulis, virziens Un pieteikuma "punkts". spēks. Ar pēdējo parametru spēka kā vektora jēdziens fizikā atšķiras no vektora jēdziena vektoru algebrā, kur vektori, kas ir vienādi pēc lieluma un virziena, neatkarīgi no to pielietošanas punkta, tiek uzskatīti par vienu un to pašu vektoru. Fizikā šos vektorus sauc par brīvajiem vektoriem. Mehānikā ārkārtīgi izplatīta ir ideja par savienotiem vektoriem, kuru sākums ir fiksēts noteiktā telpas punktā vai var atrasties uz līnijas, kas turpina vektora virzienu (slīdošie vektori).

Tiek izmantots arī jēdziens spēka līnija, kas apzīmē taisnu līniju, kas iet caur spēka pielikšanas punktu, pa kuru tiek virzīts spēks.

Otrais Ņūtona likums nosaka, ka inerciālās atskaites sistēmās materiāla punkta paātrinājums virzienā sakrīt ar visu ķermenim pielikto spēku rezultantu, un pēc lieluma ir tieši proporcionāls spēka lielumam un apgriezti proporcionāls ķermeņa masai. materiālais punkts. Vai, līdzvērtīgi, materiāla punkta impulsa izmaiņu ātrums ir vienāds ar pielikto spēku.

Pieliekot spēku ierobežotu izmēru ķermenim, tajā rodas mehāniski spriegumi, ko pavada deformācijas.

No daļiņu fizikas standarta modeļa viedokļa fundamentālas mijiedarbības (gravitācijas, vājas, elektromagnētiskas, spēcīgas) tiek veiktas, apmainoties ar tā sauktajiem mērbozoniem. Eksperimenti augstas enerģijas fizikā, kas veikti 70.–80. gados. XX gadsimts apstiprināja pieņēmumu, ka vājā un elektromagnētiskā mijiedarbība ir fundamentālākas elektrovājās mijiedarbības izpausmes.

Spēka dimensija ir LMT −2, mērvienība Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) ir ņūtons (N, N), GHS sistēmā tā ir dins.

2.Ņūtona pirmais likums.

Pirmais Ņūtona likums nosaka, ka pastāv atskaites sistēmas, kurās ķermeņi uztur miera vai uniformas stāvokli taisnvirziena kustība ja citas struktūras nav vērsušās pret viņiem vai ja šīs ietekmes tiek savstarpēji kompensētas. Šādas atskaites sistēmas sauc par inerciālām. Ņūtons ierosināja, ka katram masīvajam objektam ir noteikta inerces rezerve, kas raksturo šī objekta kustības “dabisko stāvokli”. Šī ideja noraida Aristoteļa uzskatu, kurš atpūtu uzskatīja par objekta “dabisko stāvokli”. Pirmais Ņūtona likums ir pretrunā ar Aristoteļa fiziku, kuras viens no noteikumiem ir apgalvojums, ka ķermenis var pārvietoties ar nemainīgu ātrumu tikai spēka ietekmē. Fakts, ka Ņūtona mehānikā inerciālos atskaites rāmjos miers fiziski neatšķiras no vienmērīgas taisnas kustības, ir Galileja relativitātes principa pamatojums. No ķermeņu kopas būtībā nav iespējams noteikt, kuri no tiem ir “kustībā” un kuri “atpūtas stāvoklī”. Mēs varam runāt par kustību tikai attiecībā pret kādu atskaites sistēmu. Mehānikas likumi tiek izpildīti vienādi visos inerciālās atskaites sistēmās, citiem vārdiem sakot, tie visi ir mehāniski līdzvērtīgi. Pēdējais izriet no tā sauktajām Galilejas transformācijām.

3.Ņūtona otrais likums.

Otrais Ņūtona likums tā mūsdienu formulējumā izklausās šādi: inerciālā atskaites sistēmā materiāla punkta impulsa maiņas ātrums ir vienāds ar visu spēku vektoru summu, kas iedarbojas uz šo punktu.

kur ir materiālā punkta impulss, ir kopējais spēks, kas iedarbojas uz materiālo punktu. Otrais Ņūtona likums nosaka, ka nelīdzsvarotu spēku darbība noved pie materiāla punkta impulsa izmaiņām.

Pēc impulsa definīcijas:

kur ir masa, ir ātrums.

Klasiskajā mehānikā ar ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu, materiāla punkta masu uzskata par nemainīgu, kas ļauj to izņemt no diferenciālzīmes šādos apstākļos:

Ņemot vērā punkta paātrinājuma definīciju, Ņūtona otrajam likumam ir šāda forma:

To uzskata par "otro slavenāko formulu fizikā", lai gan pats Ņūtons nekad nepārprotami nav uzrakstījis savu otro likumu šādā formā. Pirmo reizi šāda likuma forma atrodama K. Maklarina un L. Eilera darbos.

Tā kā jebkurā inerciālā atskaites sistēmā ķermeņa paātrinājums ir vienāds un nemainās, pārejot no viena rāmja uz otru, tad spēks ir nemainīgs attiecībā uz šādu pāreju.

Visās dabas parādībās spēku, neatkarīgi no jūsu izcelsmes, parādās tikai mehāniskā nozīmē, tas ir, par iemeslu ķermeņa vienmērīgas un taisnas kustības pārkāpumam inerciālajā koordinātu sistēmā. Pretējs apgalvojums, t.i., šādas kustības fakta konstatēšana, neliecina par spēku neesamību, kas iedarbojas uz ķermeni, bet tikai uz to, ka šo spēku darbības ir savstarpēji līdzsvarotas. Pretējā gadījumā: to vektoru summa ir vektors, kura modulis ir vienāds ar nulli. Tas ir pamats spēka lieluma mērīšanai, kad to kompensē spēks, kura lielums ir zināms.

Otrais Ņūtona likums ļauj izmērīt spēka lielumu. Piemēram, zināšanas par planētas masu un tās centripetālo paātrinājumu, pārvietojoties orbītā, ļauj aprēķināt gravitācijas pievilkšanas spēka lielumu, kas uz šo planētu iedarbojas no Saules.

4.Ņūtona trešais likums.

Jebkuriem diviem ķermeņiem (sauksim tos par ķermeni 1 un ķermeni 2) Ņūtona trešais likums nosaka, ka ķermeņa 1 iedarbības spēku uz ķermeni 2 pavada tāda spēka parādīšanās, kas ir vienāds pēc lieluma, bet pretējā virzienā un iedarbojas uz ķermeni. 1 no ķermeņa 2. Matemātiski likums ir uzrakstīts Tātad:

Šis likums nozīmē, ka spēki vienmēr notiek darbības un reakcijas pāros. Ja ķermenis 1 un ķermenis 2 atrodas vienā sistēmā, tad kopējais spēks sistēmā šo ķermeņu mijiedarbības dēļ ir nulle:

Tas nozīmē, ka slēgtā sistēmā nav nelīdzsvarotu iekšējie spēki. Tas noved pie tā, ka slēgtas sistēmas (tas ir, tādas, uz kuru neiedarbojas ārējie spēki) masas centrs nevar pārvietoties ar paātrinājumu. Atsevišķas sistēmas daļas var paātrināties, bet tikai tādā veidā, ka sistēma kopumā paliek miera stāvoklī vai vienmērīgā lineārā kustībā. Tomēr, ja uz sistēmu iedarbojas ārēji spēki, tās masas centrs sāks kustēties ar paātrinājumu, kas ir proporcionāls ārējam rezultējošajam spēkam un apgriezti proporcionāls sistēmas masai.

5.Gravitācija.

Gravitācija ( smagums) - universāla mijiedarbība starp jebkura veida matērijām. Klasiskās mehānikas ietvaros to raksturo universālās gravitācijas likums, ko savā darbā “Dabas filozofijas matemātiskie principi” formulējis Īzaks Ņūtons. Ņūtons ieguva paātrinājuma lielumu, ar kādu Mēness pārvietojas ap Zemi, savā aprēķinā pieņemot, ka gravitācijas spēks samazinās apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam no gravitējošā ķermeņa. Turklāt viņš arī konstatēja, ka paātrinājums, ko izraisa viena ķermeņa piesaiste citam, ir proporcionāls šo ķermeņu masu reizinājumam. Pamatojoties uz šiem diviem secinājumiem, tika formulēts gravitācijas likums: jebkuras materiāla daļiņas tiek pievilktas viena pret otru ar spēku, kas ir tieši proporcionāls masu reizinājumam ( un ) un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tām:

Šeit ir gravitācijas konstante, kuras vērtību savos eksperimentos pirmais ieguva Henrijs Kavendišs. Izmantojot šo likumu, jūs varat iegūt formulas patvaļīgas formas ķermeņu gravitācijas spēka aprēķināšanai. Ņūtona gravitācijas teorija labi apraksta planētu kustību Saules sistēma un daudzi citi debess ķermeņi. Tomēr tā pamatā ir liela attāluma darbības jēdziens, kas ir pretrunā ar relativitātes teoriju. Tāpēc klasiskā gravitācijas teorija nav piemērojama, lai aprakstītu ķermeņu kustību, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam, īpaši masīvu objektu (piemēram, melno caurumu) gravitācijas laukus, kā arī mainīgos gravitācijas laukus, ko rada kustīgi ķermeņi lielos attālumos no tiem.

Vispārīgāka gravitācijas teorija ir Alberta Einšteina vispārējā relativitātes teorija. Tajā gravitāciju neraksturo nemainīgs spēks, kas nav atkarīgs no atskaites rāmja. Tā vietā ķermeņu brīva kustība gravitācijas laukā, ko novērotājs uztver kā kustību pa izliektām trajektorijām trīsdimensiju laiktelpā ar mainīgu ātrumu, tiek uzskatīta par inerciālu kustību pa ģeodēzisko līniju izliektā četrdimensiju laiktelpā. , kurā laiks dažādos punktos plūst atšķirīgi. Turklāt šī līnija savā ziņā ir "vistiešākā" - tā ir tāda, ka telpas-laika intervāls (īstais laiks) starp divām noteiktā ķermeņa telplaika pozīcijām ir maksimālais. Telpas izliekums ir atkarīgs no ķermeņu masas, kā arī no visiem sistēmā esošajiem enerģijas veidiem.

6.Elektrostatiskais lauks (stacionāro lādiņu lauks).

Fizikas attīstība pēc Ņūtona pievienošanas trim pamatlielumiem (garums, masa, laiks) elektriskais lādiņš ar izmēru C. Tomēr, pamatojoties uz prakses prasībām, viņi kā galveno mērvienību sāka izmantot nevis lādiņa, bet gan elektriskās strāvas vienību. Tādējādi SI sistēmā pamatvienība ir ampērs, un lādiņa vienība kulons ir tā atvasinājums.

Tā kā lādiņš kā tāds neeksistē neatkarīgi no ķermeņa, kas to nes, tad ķermeņu elektriskā mijiedarbība izpaužas tāda paša spēka veidā, ko uzskata mehānikā, kas kalpo par paātrinājuma cēloni. Saistībā ar divu punktveida lādiņu elektrostatisko mijiedarbību, kas atrodas vakuumā, tiek izmantots Kulona likums. Formā, kas atbilst SI sistēmai, tas izskatās šādi:

kur ir spēks, ar kādu lādiņš 1 iedarbojas uz lādiņu 2, vektors ir vērsts no lādiņa 1 uz lādiņu 2 un ir vienāds ar attālumu starp lādiņiem, un elektriskā konstante ir vienāda ar ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . Ievietojot lādiņus viendabīgā un izotropā vidē, mijiedarbības spēks samazinās par koeficientu ε, kur ε ir vides dielektriskā konstante.

Spēks ir vērsts pa līniju, kas savieno punktveida lādiņus. Grafiski elektrostatisko lauku parasti attēlo kā spēka līniju attēlu, kas ir iedomātas trajektorijas, pa kurām pārvietotos lādēta daļiņa bez masas. Šīs līnijas sākas ar vienu uzlādi un beidzas ar citu.

7.Elektromagnētiskais lauks (līdzstrāvas lauks).

Esamība magnētiskais lauks to jau viduslaikos atpazina ķīnieši, kuri kā magnētiskā kompasa prototipu izmantoja “mīlestības akmeni” - magnētu. Grafiski magnētiskais lauks parasti tiek attēlots slēgtu spēka līniju veidā, kuru blīvums (tāpat kā elektrostatiskā lauka gadījumā) nosaka tā intensitāti. Vēsturiski vizuāls veids, kā vizualizēt magnētisko lauku, bija ar dzelzs skaidām, kas tika uzkaisītas, piemēram, uz papīra lapas, kas novietota uz magnēta.

Oersted konstatēja, ka strāva, kas plūst caur vadītāju, izraisa magnētiskās adatas novirzi.

Faradejs nonāca pie secinājuma, ka ap strāvu nesošo vadītāju tiek izveidots magnētiskais lauks.

Ampere izvirzīja fizikā atzītu hipotēzi kā magnētiskā lauka rašanās procesa modeli, kas sastāv no mikroskopisku slēgtu strāvu esamības materiālos, kas kopā nodrošina dabiskā vai inducētā magnētisma efektu.

Ampērs konstatēja, ka atskaites rāmī, kas atrodas vakuumā, attiecībā pret kuru lādiņš kustas, tas ir, tas uzvedas kā elektriskā strāva, rodas magnētiskais lauks, kura intensitāti nosaka magnētiskās indukcijas vektors. plakne, kas atrodas perpendikulāri lādiņa kustības virzienam.

Magnētiskās indukcijas mērvienība ir tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Problēmu kvantitatīvi atrisināja Ampere, kurš izmērīja divu paralēlu vadītāju mijiedarbības spēku ar strāvām, kas plūst caur tiem. Viens no vadītājiem radīja sev apkārt magnētisko lauku, otrs reaģēja uz šo lauku, tuvojoties vai attālinoties ar izmērāmu spēku, zinot, kuru un cik lielu strāvas stiprumu bija iespējams noteikt magnētiskās indukcijas vektora moduli.

Spēku mijiedarbību starp elektriskajiem lādiņiem, kas nekustas viens pret otru, apraksta Kulona likums. Tomēr lādiņi kustībā viens pret otru rada magnētiskos laukus, caur kuriem lādiņu kustības radītās strāvas parasti nonāk spēka mijiedarbības stāvoklī.

Būtiskā atšķirība starp spēku, kas rodas lādiņu relatīvās kustības laikā, un to stacionāra novietojuma gadījumu ir šo spēku ģeometrijas atšķirība. Elektrostatikas gadījumā divu lādiņu mijiedarbības spēki ir vērsti pa līniju, kas tos savieno. Tāpēc uzdevuma ģeometrija ir divdimensiju, un tā tiek izskatīta plaknē, kas iet caur šo līniju.

Strāvu gadījumā spēks, kas raksturo strāvas radīto magnētisko lauku, atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra strāvai. Tāpēc parādības attēls kļūst trīsdimensionāls. Magnētiskais lauks, ko rada bezgalīgi mazs pirmās strāvas elements, mijiedarbojoties ar to pašu otrās strāvas elementu, kopumā rada spēku, kas uz to iedarbojas. Turklāt abām strāvām šis attēls ir pilnīgi simetrisks tādā nozīmē, ka strāvu numerācija ir patvaļīga.

Tiešās elektriskās strāvas standartizēšanai tiek izmantots strāvu mijiedarbības likums.

8.Spēcīga mijiedarbība.

Spēcīgais spēks ir fundamentāla neliela darbības rādiusa mijiedarbība starp hadroniem un kvarkiem. Atomu kodolā spēcīgais spēks satur kopā pozitīvi lādētus (piedzīvo elektrostatisko atgrūšanos) protonus, apmainoties ar pi mezoniem starp nukleoniem (protoniem un neitroniem). Pi mezonu kalpošanas laiks ir ļoti īss; to kalpošanas laiks ir pietiekams, lai nodrošinātu kodolspēkus kodola rādiusā, tāpēc kodolspēkus sauc par maza darbības rādiusa. Neitronu skaita pieaugums “atšķaida” kodolu, samazinot elektrostatiskos spēkus un palielinot kodolenerģijas spēkus, bet plkst. lielos daudzumos neitroni, tie paši, būdami fermioni, sāk izjust atgrūšanos Pauli principa dēļ. Arī tad, kad nukloni nonāk pārāk tuvu, sākas W bozonu apmaiņa, izraisot atgrūšanos, pateicoties kam atomu kodoli “nesabrūk”.

Pašos hadronos spēcīga mijiedarbība satur kopā kvarkus - hadronu sastāvdaļas. Spēcīgi lauka kvanti ir gluoni. Katram kvarkam ir viens no trim “krāsu” lādiņiem, katrs gluons sastāv no “krāsas” – “pretkrāsas” pāra. Gluoni saista kvarkus t.s. “ieslodzījums”, kura dēļ brīvie kvarki eksperimentā šobrīd nav novēroti. Kvarkiem attālinoties vienam no otra, gluona saišu enerģija palielinās un nesamazinās, kā notiek kodola mijiedarbībā. Patērējot daudz enerģijas (saduroties hadroniem akseleratorā), var saraut kvarka-gluona saiti, bet tajā pašā laikā tiek atbrīvota jaunu hadronu strūkla. Taču brīvie kvarki var pastāvēt kosmosā: ja kādam kvarkam Lielā sprādziena laikā izdevās izvairīties no ieslodzījuma, tad iespējamība, ka ar atbilstošo antikvarku iznīcināsies vai pārvērtīsies par bezkrāsainu hadronu šādam kvarkam ir izzūdoši maza.

9.Vāja mijiedarbība.

Vāja mijiedarbība ir fundamentāla maza attāluma mijiedarbība. Diapazons 10 −18 m. Simetrisks attiecībā uz telpiskās inversijas un lādiņa konjugācijas kombināciju. Visi pamatelementi ir iesaistīti vājā mijiedarbībā.fermions (leptoni Un kvarki). Šī ir vienīgā mijiedarbība, kas ietverneitrīno(nemaz nepieminot smagums, niecīgs iekšā laboratorijas apstākļi), kas izskaidro šo daļiņu milzīgo iespiešanās spēju. Vāja mijiedarbība pieļauj leptonus, kvarkus un tosantidaļiņas maiņa enerģiju, masa, elektriskais lādiņš Un kvantu skaitļi- tas ir, pārvērsties viens par otru. Viena no izpausmēm irbeta sabrukšana.

Spēku kā vektora lielumu raksturo modulis , virziens Un pieteikuma "punkts". spēks. Ar pēdējo parametru spēka kā vektora jēdziens fizikā atšķiras no vektora jēdziena vektoru algebrā, kur vektori, kas ir vienādi pēc lieluma un virziena, neatkarīgi no to pielietošanas punkta, tiek uzskatīti par vienu un to pašu vektoru. Fizikā šos vektorus sauc par brīvajiem vektoriem.Mehānikā ārkārtīgi izplatīta ir ideja par savienotiem vektoriem, kuru sākums ir fiksēts noteiktā telpas punktā vai var atrasties uz līnijas, kas turpina vektora virzienu. (slīdošie vektori). .

Tiek izmantots arī jēdziens spēka līnija, kas apzīmē taisnu līniju, kas iet caur spēka pielikšanas punktu, pa kuru tiek virzīts spēks.

Spēka dimensija ir LMT −2, mērvienība Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) ir ņūtons (N, N), CGS sistēmā tā ir dins.

Jēdziena vēsture

Spēka jēdzienu izmantoja senie zinātnieki savos darbos par statiku un kustību. Viņš pētīja spēkus vienkāršu mehānismu konstruēšanas procesā 3. gadsimtā. BC e. Arhimēds. Aristoteļa idejas par spēku, kas ietver fundamentālas pretrunas, saglabājās vairākus gadsimtus. Šīs neatbilstības tika novērstas 17. gadsimtā. Īzaks Ņūtons, izmantojot matemātiskas metodes, lai aprakstītu spēku. Ņūtona mehānika palika vispārpieņemta gandrīz trīs simtus gadu. Līdz 20. gadsimta sākumam. Alberts Einšteins relativitātes teorijā parādīja, ka Ņūtona mehānika ir pareiza tikai pie salīdzinoši zemiem kustības ātrumiem un ķermeņu masām sistēmā, tādējādi precizējot kinemātikas un dinamikas pamatprincipus un aprakstot dažas jaunas telpas-laika īpašības.

Ņūtona mehānika

Īzaks Ņūtons nolēma aprakstīt objektu kustību, izmantojot inerces un spēka jēdzienus. To paveicis, viņš vienlaikus konstatēja, ka visa mehāniskā kustība pakļaujas vispārējiem saglabāšanas likumiem. Ņūtonā viņš publicēja savu slaveno darbu “”, kurā viņš izklāstīja trīs klasiskās mehānikas pamatlikumus (slavenos Ņūtona likumus).

Ņūtona pirmais likums

Piemēram, mehānikas likumi tiek izpildīti tieši tādā pašā veidā kravas automašīnas aizmugurē, kad tā brauc pa taisnu ceļa posmu nemainīgā ātrumā un stāv uz vietas. Cilvēks var mest bumbu vertikāli uz augšu un pēc kāda laika to noķert tajā pašā vietā neatkarīgi no tā, vai kravas automašīna pārvietojas vienmērīgi un taisnā līnijā vai atrodas miera stāvoklī. Viņam bumba lido taisnā līnijā. Tomēr ārējam novērotājam uz zemes bumbas trajektorija izskatās kā parabola. Tas ir saistīts ar faktu, ka bumba lidojuma laikā pārvietojas attiecībā pret zemi ne tikai vertikāli, bet arī horizontāli ar inerci kravas automašīnas kustības virzienā. Personai, kas atrodas kravas automašīnas aizmugurē, nav nozīmes tam, vai kravas automašīna pārvietojas pa ceļu vai pasaule pārvietojas ar nemainīgu ātrumu pretējā virzienā, kamēr kravas automašīna stāv uz vietas. Tādējādi miera stāvoklis un vienmērīga taisnvirziena kustība fiziski neatšķiras viens no otra.

Ņūtona otrais likums

Pēc impulsa definīcijas:

kur ir masa, ir ātrums.

Ja materiāla punkta masa paliek nemainīga, tad masas laika atvasinājums ir nulle, un vienādojums iegūst šādu formu:

Ņūtona trešais likums

Jebkuriem diviem ķermeņiem (sauksim tos par ķermeni 1 un ķermeni 2) Ņūtona trešais likums nosaka, ka ķermeņa 1 iedarbības spēku uz ķermeni 2 pavada tāda spēka parādīšanās, kas ir vienāds pēc lieluma, bet pretējā virzienā un iedarbojas uz ķermeni. 1 no ķermeņa 2. Matemātiski likums ir uzrakstīts šādi:

Šis likums nozīmē, ka spēki vienmēr notiek darbības un reakcijas pāros. Ja ķermenis 1 un ķermenis 2 atrodas vienā sistēmā, tad kopējais spēks sistēmā šo ķermeņu mijiedarbības dēļ ir nulle:

Tas nozīmē, ka slēgtā sistēmā nav nelīdzsvarotu iekšējo spēku. Tas noved pie tā, ka slēgtas sistēmas (tas ir, tādas, uz kuru neiedarbojas ārējie spēki) masas centrs nevar pārvietoties ar paātrinājumu. Atsevišķas sistēmas daļas var paātrināties, bet tikai tādā veidā, ka sistēma kopumā paliek miera stāvoklī vai vienmērīgā lineārā kustībā. Tomēr, ja uz sistēmu iedarbojas ārēji spēki, tās masas centrs sāks kustēties ar paātrinājumu, kas ir proporcionāls ārējam rezultējošajam spēkam un apgriezti proporcionāls sistēmas masai.

Fundamentālās mijiedarbības

Visi dabas spēki balstās uz četru veidu fundamentālām mijiedarbībām. Maksimālais ātrums visu veidu mijiedarbības izplatība ir vienāda ar gaismas ātrumu vakuumā. Elektromagnētiskie spēki darbojas starp elektriski lādētiem ķermeņiem, gravitācijas spēki darbojas starp masīviem objektiem. Spēcīgi un vāji parādās tikai ļoti nelielos attālumos, tie ir atbildīgi par mijiedarbības rašanos starp subatomiskām daļiņām, tostarp nukleoniem, no kuriem sastāv atomu kodoli.

Spēcīgas un vājas mijiedarbības intensitāte tiek mērīta enerģijas vienības(elektronvolti), nevis spēka vienības, un tāpēc jēdziena “spēks” piemērošanu tiem skaidro no senatnes pārņemtā tradīcija jebkuras apkārtējās pasaules parādības izskaidrot ar katrai parādībai raksturīgo “spēku” darbību.

Spēka jēdzienu nevar attiecināt uz subatomiskās pasaules parādībām. Šis ir jēdziens no klasiskās fizikas arsenāla, kas saistīts (pat ja tikai zemapziņā) ar Ņūtona idejām par spēkiem, kas darbojas no attāluma. Subatomiskajā fizikā šādi spēki vairs nepastāv: tos aizstāj mijiedarbība starp daļiņām, kas notiek caur laukiem, tas ir, dažām citām daļiņām. Tāpēc augstas enerģijas fiziķi izvairās lietot šo vārdu spēku, aizstājot to ar vārdu mijiedarbība.

Katrs mijiedarbības veids ir saistīts ar atbilstošo mijiedarbības nesēju apmaiņu: gravitācijas - gravitonu apmaiņa (eksperimentāli nav apstiprināta), elektromagnētiskie - virtuālie fotoni, vājie - vektorbozoni, spēcīgie - gluoni (un lielos attālumos - mezoni) . Pašlaik elektromagnētiskie un vājie spēki ir apvienoti fundamentālākā elektrovājā spēkā. Tiek mēģināts apvienot visas četras fundamentālās mijiedarbības vienā (tā sauktā lielā vienotā teorija).

Visu spēku daudzveidību, kas izpaužas dabā, principā var reducēt līdz šīm četrām fundamentālajām mijiedarbībām. Piemēram, berze ir elektromagnētisko spēku izpausme, kas darbojas starp divu saskarē esošo virsmu atomiem, un Pauli izslēgšanas princips, kas neļauj atomiem iekļūt vienam otra zonā. Spēks, ko rada atsperes deformācija, ko raksturo Huka likums, ir arī elektromagnētisko spēku rezultāts starp daļiņām un Pauli izslēgšanas principu, liekot vielas kristāliskā režģa atomiem atrasties līdzsvara stāvokļa tuvumā. .

Taču praksē tik detalizēta jautājuma par spēku rīcības izskatīšana izrādās ne tikai nepiemērota, bet arī vienkārši neiespējama problēmas apstākļos.

Gravitācija

Gravitācija ( smagums) - universāla mijiedarbība starp jebkura veida matērijām. Klasiskās mehānikas ietvaros to raksturo universālās gravitācijas likums, ko savā darbā “Dabas filozofijas matemātiskie principi” formulējis Īzaks Ņūtons. Ņūtons ieguva paātrinājuma lielumu, ar kādu Mēness pārvietojas ap Zemi, aprēķinos pieņemot, ka gravitācijas spēks samazinās apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam no gravitējošā ķermeņa. Turklāt viņš arī konstatēja, ka paātrinājums, ko izraisa viena ķermeņa piesaiste citam, ir proporcionāls šo ķermeņu masu reizinājumam. Pamatojoties uz šiem diviem secinājumiem, tika formulēts gravitācijas likums: jebkuras materiāla daļiņas tiek pievilktas viena pret otru ar spēku, kas ir tieši proporcionāls masu reizinājumam ( un ) un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tām:

Šeit ir gravitācijas konstante, kuras vērtību savos eksperimentos pirmais ieguva Henrijs Kavendišs. Izmantojot šo likumu, jūs varat iegūt formulas patvaļīgas formas ķermeņu gravitācijas spēka aprēķināšanai. Ņūtona gravitācijas teorija labi apraksta Saules sistēmas planētu un daudzu citu debess ķermeņu kustību. Tomēr tā pamatā ir liela attāluma darbības jēdziens, kas ir pretrunā ar relativitātes teoriju. Tāpēc klasiskā gravitācijas teorija nav piemērojama, lai aprakstītu ķermeņu kustību, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam, īpaši masīvu objektu (piemēram, melno caurumu) gravitācijas laukus, kā arī mainīgos gravitācijas laukus, ko rada kustīgi ķermeņi lielos attālumos no tiem.

Elektromagnētiskā mijiedarbība

Elektrostatiskais lauks (stacionāro lādiņu lauks)

Fizikas attīstība pēc Ņūtona trīs galvenajiem lielumiem (garums, masa, laiks) pievienoja elektrisko lādiņu ar izmēru C. Tomēr, balstoties uz praktiskām prasībām, kas balstītas uz mērīšanas ērtību, lādiņa vietā bieži tika izmantota elektriskā strāva ar izmēru I. , un es = CT − 1 . Uzlādes daudzuma mērvienība ir kulons, bet strāvas mērvienība ir ampērs.

Tā kā lādiņš kā tāds neeksistē neatkarīgi no ķermeņa, kas to nes, tad ķermeņu elektriskā mijiedarbība izpaužas tāda paša spēka veidā, ko uzskata mehānikā, kas kalpo par paātrinājuma cēloni. Attiecībā uz divu “punktveida lādiņu” elektrostatisko mijiedarbību vakuumā tiek izmantots Kulona likums:

kur ir attālums starp lādiņiem un ε 0 ≈ 8,854187817·10 −12 F/m. Homogēnā (izotropā) vielā šajā sistēmā mijiedarbības spēks samazinās par koeficientu ε, kur ε ir vides dielektriskā konstante.

Spēka virziens sakrīt ar līniju, kas savieno punktveida lādiņus. Grafiski elektrostatisko lauku parasti attēlo kā spēka līniju attēlu, kas ir iedomātas trajektorijas, pa kurām pārvietotos lādēta daļiņa bez masas. Šīs līnijas sākas ar vienu uzlādi un beidzas ar citu.

Elektromagnētiskais lauks (līdzstrāvas lauks)

Magnētiskā lauka esamību jau viduslaikos atpazina ķīnieši, kuri kā magnētiskā kompasa prototipu izmantoja “mīlošo akmeni” - magnētu. Grafiski magnētiskais lauks parasti tiek attēlots slēgtu spēka līniju veidā, kuru blīvums (tāpat kā elektrostatiskā lauka gadījumā) nosaka tā intensitāti. Vēsturiski vizuāls veids, kā vizualizēt magnētisko lauku, bija ar dzelzs skaidām, kas tika uzkaisītas, piemēram, uz papīra lapas, kas novietota uz magnēta.

Atvasinātie spēku veidi

Elastīgais spēks- spēks, kas rodas ķermeņa deformācijas laikā un neitralizē šo deformāciju. Elastīgo deformāciju gadījumā tas ir potenciāls. Elastīgajam spēkam ir elektromagnētisks raksturs, kas ir makroskopiska starpmolekulārās mijiedarbības izpausme. Elastīgais spēks ir vērsts pretēji pārvietojumam, perpendikulāri virsmai. Spēka vektors ir pretējs molekulārās nobīdes virzienam.

Berzes spēks- spēks, kas rodas cieto ķermeņu relatīvās kustības laikā un neitralizē šo kustību. Attiecas uz izkliedējošiem spēkiem. Berzes spēkam ir elektromagnētisks raksturs, kas ir makroskopiska starpmolekulārās mijiedarbības izpausme. Berzes spēka vektors ir vērsts pretēji ātruma vektoram.

Vidēja pretestības spēks- kustības laikā radītais spēks cietsšķidrā vai gāzveida vidē. Attiecas uz izkliedējošiem spēkiem. Pretestības spēkam ir elektromagnētisks raksturs, kas ir makroskopiska starpmolekulārās mijiedarbības izpausme. Vilces spēka vektors ir vērsts pretēji ātruma vektoram.

Normāls zemes reakcijas spēks- elastīgais spēks, kas iedarbojas no atbalsta uz ķermeni. Virzīts perpendikulāri atbalsta virsmai.

Pilnvaras virsmas spraigums - spēki, kas rodas uz fāzes saskarnes virsmas. Tam ir elektromagnētisks raksturs, kas ir makroskopiska starpmolekulārās mijiedarbības izpausme. Stiepes spēks ir vērsts tangenciāli uz saskarni; rodas molekulu, kas atrodas uz fāzes robežas, nekompensētas pievilkšanās rezultātā ar molekulām, kas neatrodas pie fāzes robežas.

Osmotiskais spiediens

Van der Vālsa spēki- elektromagnētiskie starpmolekulārie spēki, kas rodas molekulu polarizācijas un dipolu veidošanās laikā. Van der Waals spēki strauji samazinās, palielinoties attālumam.

Inerces spēks- fiktīvs spēks, kas ieviests neinerciālās atskaites sistēmās, lai tajās tiktu izpildīts Ņūtona otrais likums. Jo īpaši atskaites sistēmā, kas saistīta ar vienmērīgi paātrinātu ķermeni, inerces spēks ir vērsts pretēji paātrinājumam. Ērtības labad centrbēdzes spēku un Koriolisa spēku var atdalīt no kopējā inerces spēka.

Rezultāts

Aprēķinot ķermeņa paātrinājumu, visi spēki, kas uz to iedarbojas, tiek aizstāti ar vienu spēku, ko sauc par rezultatīvo. Tā ir visu spēku ģeometriskā summa, kas iedarbojas uz ķermeni. Turklāt katra spēka darbība nav atkarīga no citu spēku darbības, tas ir, katrs spēks piešķir ķermenim tādu pašu paātrinājumu, kādu tas radītu, ja nebūtu citu spēku darbības. Šo apgalvojumu sauc par spēku darbības neatkarības principu (superpozīcijas principu).

Skatīt arī

Avoti

• Grigorjevs V.I., Mjakiševs G.Ja. - “Spēki dabā”
• Landau, L.D., Lifšits, E.M. Mehānika - 5. izdevums, stereotipisks. - M.: Fizmatlit, 2004. - 224 lpp. - (“Teorētiskā fizika”, I sējums). - .

Piezīmes

1. Glosārijs. Zemes observatorija. NASA. - "Spēks - jebkurš ārējais faktors, kas izraisa izmaiņas brīvā ķermeņa kustībā vai iekšējo spriegumu rašanos fiksētā ķermenī.”(Angļu)
2. Bronšteins I. N. Semendjajevs K. A. Matemātikas rokasgrāmata. M.: Izdevniecība "Zinātne" Fizikālās un matemātiskās uzziņu literatūras redakcija.1964.
3. Feinmens, R. P., Leitons, R. B., Sandss, M. Lectures on Physics, 1. sējums - Addison-Wesley, 1963. gads.(Angļu)

DEFINĪCIJA

Spēks ir vektora lielums, kas ir citu ķermeņu vai lauku darbības mērs uz doto ķermeni, kā rezultātā notiek šī ķermeņa stāvokļa izmaiņas. Šajā gadījumā stāvokļa maiņa nozīmē izmaiņas vai deformāciju.

Spēka jēdziens attiecas uz diviem ķermeņiem. Jūs vienmēr varat norādīt ķermeni, uz kuru darbojas spēks, un ķermeni, no kura tas darbojas.

Spēku raksturo:

• modulis;
• virziens;
• pieteikšanās punkts.

Spēka lielums un virziens nav atkarīgs no izvēles.

Spēka mērvienība C sistēmā ir 1 Ņūtons.

Dabā nav materiālo ķermeņu, kas būtu ārpus citu ķermeņu ietekmes, un tāpēc visi ķermeņi atrodas ārējo vai iekšējo spēku ietekmē.

Uz ķermeni vienlaikus var iedarboties vairāki spēki. Šajā gadījumā ir spēkā darbības neatkarības princips: katra spēka darbība nav atkarīga no citu spēku klātbūtnes vai neesamības; vairāku spēku apvienotā darbība ir vienāda ar atsevišķu spēku neatkarīgo darbību summu.

Iegūtais spēks

Lai aprakstītu ķermeņa kustību šajā gadījumā, tiek izmantots rezultējošā spēka jēdziens.

DEFINĪCIJA

Iegūtais spēks ir spēks, kura darbība aizstāj visu ķermenim pielikto spēku darbību. Vai, citiem vārdiem sakot, visu ķermenim pielikto spēku rezultants ir vienāds ar šo spēku vektoru summu (1. att.).

1. att. Rezultējošo spēku noteikšana

Tā kā ķermeņa kustība vienmēr tiek aplūkota kādā koordinātu sistēmā, ir ērti ņemt vērā nevis pašu spēku, bet gan tā projekcijas uz koordinātu asīm (2. att., a). Atkarībā no spēka virziena tā projekcijas var būt pozitīvas (2. att., b) vai negatīvas (2. att., c).

2. att. Spēka projekcijas uz koordinātu asīm: a) uz plaknes; b) uz taisnes (projekcija ir pozitīva);
c) uz taisnas līnijas (projekcija ir negatīva)

3. att. Piemēri, kas ilustrē spēku vektora pievienošanu

Mēs bieži redzam piemērus, kas ilustrē spēku vektora pievienošanu: lampa karājas uz diviem kabeļiem (3. att., a) - šajā gadījumā līdzsvars tiek sasniegts tāpēc, ka spriegojuma spēku rezultāts tiek kompensēts ar spriegojuma spēku svaru. lampa; bloks slīd pa slīpu plakni (3. att., b) - kustība notiek berzes, gravitācijas un atbalsta reakcijas rezultējošo spēku ietekmē. Slavenas rindas no fabulas I.A. Krilovs "un rati joprojām ir!" - arī ilustrācija trīs spēku rezultanta vienādībai ar nulli (3. att., c).

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS