Obstajajo številni zakoni, ki označujejo fizične procese med mehanskimi gibi teles.

Ločimo naslednje osnovne zakone sil v fiziki:

• zakon gravitacije;
• zakon univerzalne gravitacije;
• zakoni sile trenja;
• zakon elastične sile;
• Newtonovi zakoni.

Gravitacijski zakon

Opomba 1

Gravitacija je ena od manifestacij delovanja gravitacijskih sil.

Gravitacija je predstavljena kot sila, ki deluje na telo s strani planeta in mu daje pospešek zaradi gravitacije.

Prosti pad lahko obravnavamo v obliki $mg = G\frac(mM)(r^2)$, iz katere dobimo formulo za pospešek prostega pada:

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

Formula za določanje gravitacije bo videti takole:

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

Gravitacija ima določen vektor porazdelitve. Vedno je usmerjen navpično navzdol, torej proti središču planeta. Telo je nenehno podvrženo gravitaciji in to pomeni, da je v prostem padu.

Pot gibanja pod vplivom gravitacije je odvisna od:

• modul začetne hitrosti objekta;
• smer hitrosti telesa.

Človek se vsak dan srečuje s tem fizičnim pojavom.

Gravitacijo lahko predstavimo tudi kot formulo $P = mg$. Pri pospeševanju zaradi gravitacije se upoštevajo tudi dodatne količine.

Če upoštevamo zakon univerzalne gravitacije, ki ga je oblikoval Isaac Newton, imajo vsa telesa določeno maso. Drug drugega privlačita s silo. Imenovali jo bomo gravitacijska sila.

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

Ta sila je premo sorazmerna s produktom mas dveh teles in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima.

$G = 6,7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, kjer je $G$ gravitacijska konstanta in ima po mednarodnem sistemu SI meri konstantno vrednost.

Definicija 1

Teža je sila, s katero telo deluje na površino planeta po pojavu gravitacije.

V primerih, ko telo miruje ali se enakomerno premika po vodoravni površini, bo teža enako sili podporna reakcija in po vrednosti sovpada z velikostjo gravitacije:

pri enakomerno pospešeno gibanje navpično se bo teža razlikovala od gravitacije glede na vektor pospeška. Ko je vektor pospeška usmerjen v nasprotno smer, nastopi stanje preobremenitve. V primerih, ko se telo in opora gibljeta s pospeškom $a = g$, bo teža enaka nič. Stanje ničelne teže se imenuje breztežnost.

Jakost gravitacijskega polja se izračuna na naslednji način:

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

Količina $F$ je gravitacijska sila, ki deluje na materialno točko z maso $m$.

Telo je postavljeno na določeno točko polja.

Potencialna energija gravitacijske interakcije dveh materialnih točk z masama $m_1$ in $m_2$ morata biti na razdalji $r$ druga od druge.

Potencial gravitacijskega polja je mogoče najti s formulo:

$\varphi = \Pi / m$

Tukaj je $P$ potencialna energija materialna točka z maso $m$. Postavljen je na določeno točko polja.

Zakoni trenja

Opomba 2

Sila trenja nastane med gibanjem in je usmerjena proti drsenju telesa.

Sila statičnega trenja bo sorazmerna normalna reakcija. Sila statičnega trenja ni odvisna od oblike in velikosti drgnih površin. Statični koeficient trenja je odvisen od materiala teles, ki prihajajo v stik in ustvarjajo torno silo. Vendar pa zakonov trenja ni mogoče imenovati stabilnih in natančnih, saj v rezultatih raziskav pogosto opazimo različna odstopanja.

Tradicionalno zapisovanje sile trenja vključuje uporabo koeficienta trenja ($\eta$), $N$ je normalna tlačna sila.

Ločimo še zunanje trenje, silo kotalnega trenja, silo drsnega trenja, silo viskoznega trenja in druge vrste trenja.

Zakon elastične sile

Elastična sila je enaka togosti telesa, ki je pomnožena s količino deformacije:

$F = k \cdot \Delta l$

V naši klasični formuli sile za iskanje elastične sile glavno mesto zasedajo vrednosti togosti telesa ($k$) in deformacije telesa ($\Delta l$). Enota za silo je newton (N).

Podobna formula lahko opiše najpreprostejši primer deformacije. Običajno se imenuje Hookov zakon. Navaja, da če kdo poskusi na dostopen način telo deformira, si bo elastična sila prizadevala vrniti obliko predmeta v prvotno obliko.

Razumeti in natančno opisati postopek fizikalni pojav predstavi dodatne pojme. Koeficient elastičnosti kaže odvisnost od:

• lastnosti materiala;
• velikosti palic.

Posebej se loči odvisnost od dimenzij palice oziroma površine preseka in dolžine. Nato koeficient elastičnosti telesa zapišemo v obliki:

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

V tej formuli je količina $E$ modul elastičnosti prve vrste. Imenuje se tudi Youngov modul. Odraža mehanske lastnosti določenega materiala.

Pri izračunih ravnih palic je Hookov zakon zapisan v relativni obliki:

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

Opozoriti je treba, da bo uporaba Hookovega zakona učinkovita le pri relativno majhnih deformacijah. Če je raven meje sorazmernosti presežena, postane razmerje med deformacijami in napetostmi nelinearno. Za nekatere medije Hookovega zakona ni mogoče uporabiti niti pri majhnih deformacijah.

Christian) - eden od "devetih vrst angelov". Po Psevdo-Dionizijevi klasifikaciji je Areopagit peti rang, skupaj z dominioni in oblastmi pa sestavljajo drugo triado.

Odlična definicija

Nepopolna definicija ↓

SILA

nemehansko, metafizično). Polikrona usmerjenost latentne absorpcije, ki je komplementarna vsaki strukturi, tej strukturi sami. Za subjektivno zavest se S. lahko pojavi le kot virtualnost. Tudi v cilju ni sil. S. je vedno simptom reza ali reza v obstoju, sprememba v naravi izolacije dela od celote.

Tako je kompleks sila-čas-gibanje-struktura vedno danost nepopolnosti v prepustnosti, nerazumljivosti celote, na meji dela in njegovega dopolnila. Vendar pa je prav S. po svojem pomenu največji pojmovni nadomestek. Izkaže se, da je lokalno tukaj-zdaj predstavljen s projekcijo množice dejavnikov.

Subjekt ne čuti te ali one notranje psihične sile, ampak tudi v najbolj skrajnem ali skrajnem primeru - le pritisk "sil". Izkoriščanje teh pritiskov v obliki dejanj in afektov prav tako pušča skrite vse domnevne nove sile.

Lahko se premaknemo od običajnih pojavov k mikrofenomenom, resničnim, vendar ležečim zunaj običajnih vsakdanjih in znanstvenih pojavov, vendar je prehod v kakršno koli mikromotoriko, mikrokinestetičnost nemogoč.

Trivialna definicija sile kot merila vpliva je hevristično nesprejemljiva. Vse, kar je povezano z energijo, se kaže kot preboj neobstoja skozi tak ali drugačen sistem prepovedi, ki ga določajo strukture določene danosti. Hkrati je sam preboj kanaliziran na določen način. Vprašanje je zapleteno zaradi dejstva, da strukture ne morejo obstajati v nobeni vlogi, če niso že dana oblika energetskega preboja. V nekem hipotetično absolutnem trenutku ni nobenih struktur - so začasne stvaritve in več

rob ciklov so inertne ponovitve.

Odlična definicija

Nepopolna definicija ↓

1. Trdnost- vektor fizikalna količina , ki je merilo za intenzivnost vpliva na dano telo drugih organov, pa tudi polja Pritrjen na masiv sila v telesu je razlog za njeno spremembo hitrost ali pojav v njem deformacije in napetosti.

Označena je sila kot vektorska veličina modul, smer in »točka« aplikacije moč. Po zadnjem parametru se koncept sile kot vektorja v fiziki razlikuje od koncepta vektorja v vektorski algebri, kjer vektorji, ki so enaki po velikosti in smeri, ne glede na točko njihove uporabe, veljajo za isti vektor. V fiziki se ti vektorji imenujejo prosti vektorji. V mehaniki je zelo pogosta ideja sklopljenih vektorjev, katerih začetek je fiksiran na določeni točki v prostoru ali pa se nahaja na črti, ki nadaljuje smer vektorja (drsni vektorji).

Uporablja se tudi koncept linija sile, ki označuje ravno črto, ki poteka skozi točko uporabe sile, vzdolž katere je sila usmerjena.

Newtonov drugi zakon pravi, da v inercialnih referenčnih sistemih pospešek materialne točke v smeri sovpada z rezultanto vseh sil, ki delujejo na telo, in je po velikosti neposredno sorazmeren z velikostjo sile in obratno sorazmeren z maso telesa. materialna točka. Ali, enakovredno, hitrost spremembe gibalne količine materialne točke je enaka uporabljeni sili.

Ko na telo končnih dimenzij deluje sila, se v njem pojavijo mehanske napetosti, ki jih spremljajo deformacije.

Z vidika standardnega modela fizike delcev se temeljne interakcije (gravitacijske, šibke, elektromagnetne, močne) izvajajo z izmenjavo tako imenovanih merilnih bozonov. Eksperimenti v fiziki visokih energij, izvedeni v 70–80-ih. XX stoletje potrdil predpostavko, da so šibke in elektromagnetne interakcije manifestacije bolj temeljne elektrošibke interakcije.

Dimenzija sile je LMT −2, merska enota v mednarodnem sistemu enot (SI) je newton (N, N), v sistemu GHS pa dyne.

2.Prvi Newtonov zakon.

Prvi Newtonov zakon navaja, da obstajajo referenčni okviri, v katerih telesa ohranjajo stanje mirovanja ali enotnosti pravokotno gibanje v odsotnosti ukrepov drugih organov ali v primeru medsebojne kompenzacije teh vplivov. Takšni referenčni sistemi se imenujejo inercialni. Newton je predlagal, da ima vsak masivni predmet določeno rezervo vztrajnosti, ki označuje "naravno stanje" gibanja tega predmeta. Ta ideja zavrača pogled Aristotela, ki je smatral počitek za "naravno stanje" predmeta. Newtonov prvi zakon je v nasprotju z aristotelovsko fiziko, katere ena od določb je izjava, da se telo lahko giblje s konstantno hitrostjo le pod vplivom sile. Dejstvo, da se v Newtonovi mehaniki mirovanja v inercialnih referenčnih sistemih fizično ne razlikuje od enakomernega premočrtnega gibanja, je razlog za Galilejevo načelo relativnosti. Med nizom teles je načeloma nemogoče določiti, katera od njih so "v gibanju" in katera "mirujejo". O gibanju lahko govorimo le glede na nek referenčni sistem. Zakoni mehanike so enako izpolnjeni v vseh inercialnih referenčnih sistemih, z drugimi besedami, vsi so mehansko enakovredni. Slednje izhaja iz tako imenovanih Galilejevih transformacij.

3. Newtonov drugi zakon.

Newtonov drugi zakon v sodobni formulaciji zveni takole: v inercialnem referenčnem okviru je hitrost spremembe gibalne količine materialne točke enaka vektorski vsoti vseh sil, ki delujejo na to točko.

kjer je gibalna količina materialne točke, je skupna sila, ki deluje na materialno točko. Newtonov drugi zakon pravi, da delovanje neuravnoteženih sil povzroči spremembo gibalne količine materialne točke.

Po definiciji zagona:

kjer je masa, je hitrost.

V klasični mehaniki pri hitrostih, ki so precej nižje od hitrosti svetlobe, velja, da je masa materialne točke nespremenjena, kar omogoča, da se pod temi pogoji odstrani iz diferencialnega predznaka:

Glede na definicijo pospeška točke ima Newtonov drugi zakon obliko:

Velja za "drugo najbolj znano formulo v fiziki", čeprav Newton sam ni nikoli izrecno zapisal svojega drugega zakona v tej obliki. Prvič je to obliko zakona mogoče najti v delih K. Maclaurina in L. Eulerja.

Ker je v katerem koli inercialnem referenčnem sistemu pospešek telesa enak in se pri prehodu iz enega okvira v drugega ne spreminja, je sila glede na tak prehod invariantna.

V vseh naravnih pojavih sila, ne glede na vaš izvor, se pojavi samo v mehanskem smislu, to je kot razlog za kršitev enakomernega in premočrtnega gibanja telesa v inercialnem koordinatnem sistemu. Nasprotna izjava, to je ugotovitev dejstva takega gibanja, ne kaže na odsotnost sil, ki delujejo na telo, ampak le na to, da so delovanja teh sil medsebojno uravnotežena. Drugače: njihova vektorska vsota je vektor z modulom enakim nič. To je osnova za merjenje velikosti sile, kadar je kompenzirana s silo, katere velikost je znana.

Newtonov drugi zakon nam omogoča merjenje velikosti sile. Na primer, poznavanje mase planeta in njegovega centripetalnega pospeška pri gibanju po orbiti nam omogoča, da izračunamo velikost gravitacijske sile privlačnosti, ki na ta planet deluje od Sonca.

4.Tretji Newtonov zakon.

Za kateri koli dve telesi (imenujmo ju telo 1 in telo 2) Newtonov tretji zakon pravi, da silo delovanja telesa 1 na telo 2 spremlja pojav sile enake velikosti, vendar nasprotne smeri, ki deluje na telo 1 iz telesa 2. Matematično je zakon zapisan tako:

Ta zakon pomeni, da se sile vedno pojavljajo v parih akcija-reakcija. Če sta telo 1 in telo 2 v istem sistemu, potem je skupna sila v sistemu zaradi interakcije teh teles enaka nič:

To pomeni, da v zaprtem sistemu ni neuravnoteženih notranje sile. To vodi do dejstva, da se središče mase zaprtega sistema (to je tistega, na katerega ne delujejo zunanje sile) ne more premikati s pospeškom. Posamezni deli sistema lahko pospešijo, vendar le tako, da sistem kot celota ostane v stanju mirovanja ali enakomernega premotočnega gibanja. Če pa na sistem delujejo zunanje sile, se bo njegovo masno središče začelo premikati s pospeškom, ki je sorazmeren zunanji rezultantni sili in obratno sorazmeren z maso sistema.

5. Gravitacija.

Gravitacija ( gravitacija) - univerzalna interakcija med vsemi vrstami snovi. V okviru klasične mehanike ga opisuje zakon univerzalne gravitacije, ki ga je oblikoval Isaac Newton v svojem delu "Matematični principi naravne filozofije". Newton je dobil velikost pospeška, s katerim se Luna giblje okoli Zemlje, pri čemer je v svojem izračunu predpostavil, da se sila težnosti zmanjšuje v obratnem sorazmerju s kvadratom oddaljenosti od gravitirajočega telesa. Poleg tega je tudi ugotovil, da je pospešek, ki ga povzroči privlačnost enega telesa z drugim, sorazmeren zmnožku mas teh teles. Na podlagi teh dveh zaključkov je bil oblikovan gravitacijski zakon: kateri koli materialni delci se privlačijo drug proti drugemu s silo, ki je neposredno sorazmerna zmnožku mas ( in ) in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi:

Tukaj je gravitacijska konstanta, katere vrednost je prvi dobil Henry Cavendish v svojih poskusih. S pomočjo tega zakona lahko dobite formule za izračun gravitacijske sile teles poljubne oblike. Newtonova teorija gravitacije dobro opisuje gibanje planetov solarni sistem in mnoga druga nebesna telesa. Vendar pa temelji na konceptu delovanja na velike razdalje, kar je v nasprotju s teorijo relativnosti. Zato klasična teorija gravitacije ni uporabna za opis gibanja teles, ki se gibljejo s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti, gravitacijskih polj izjemno masivnih objektov (na primer črnih lukenj), pa tudi spremenljivih gravitacijskih polj, ki jih ustvarja premikajoča se telesa na velike razdalje od njih.

Splošnejša teorija gravitacije je splošna teorija relativnosti Alberta Einsteina. V njej gravitacija ni označena z invariantno silo, neodvisno od referenčnega sistema. Namesto tega se prosto gibanje teles v gravitacijskem polju, ki ga opazovalec zaznava kot gibanje vzdolž ukrivljenih tirnic v tridimenzionalnem prostoru-času s spremenljivo hitrostjo, obravnava kot vztrajnostno gibanje vzdolž geodetske črte v ukrivljenem štiridimenzionalnem prostoru-času. , v katerem čas na različnih točkah teče različno. Poleg tega je ta linija v nekem smislu "najbolj neposredna" - taka je, da je prostorsko-časovni interval (pravi čas) med dvema prostorsko-časovnima položajema danega telesa največji. Ukrivljenost prostora je odvisna od mase teles, pa tudi od vseh vrst energije, ki so prisotne v sistemu.

6.Elektrostatično polje (polje mirujočih nabojev).

Razvoj fizike po Newtonu je trem osnovnim količinam (dolžina, masa, čas) dodal električni naboj z dimenzijo C. Vendar pa so na podlagi zahtev prakse kot glavno mersko enoto začeli uporabljati ne enoto naboja, temveč enoto električnega toka. Tako je v sistemu SI osnovna enota amper, enota za naboj kulon pa je njegova izpeljanka.

Ker naboj kot tak ne obstaja neodvisno od telesa, ki ga nosi, se električna interakcija teles kaže v obliki iste sile, ki jo obravnava mehanika, ki služi kot vzrok za pospešek. V zvezi z elektrostatično interakcijo dveh točkovnih nabojev velikosti in lociranih v vakuumu se uporablja Coulombov zakon. V obliki, ki ustreza sistemu SI, je videti takole:

kjer je sila, s katero naboj 1 deluje na naboj 2, ali je vektor usmerjen od naboja 1 proti naboju 2 in je po velikosti enak razdalji med nabojema, in ali je električna konstanta enaka ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . Ko so naboji nameščeni v homogenem in izotropnem mediju, se interakcijska sila zmanjša za faktor ε, kjer je ε dielektrična konstanta medija.

Sila je usmerjena vzdolž premice, ki povezuje točkaste naboje. Grafično je elektrostatično polje običajno prikazano kot slika silnic, ki so namišljene trajektorije, po katerih bi se gibal nabit delec brez mase. Te črte se začnejo na enem naboju in končajo na drugem.

7.Elektromagnetno polje (polje enosmernega toka).

Obstoj magnetno polje so že v srednjem veku prepoznali Kitajci, ki so uporabili "ljubeči kamen" - magnet, kot prototip magnetnega kompasa. Grafično je magnetno polje običajno prikazano v obliki sklenjenih silnic, katerih gostota (kot v primeru elektrostatičnega polja) določa njegovo intenziteto. Zgodovinsko gledano je bil vizualni način za vizualizacijo magnetnega polja z železnimi opilki, posutimi na primer na kos papirja, položen na magnet.

Oersted je ugotovil, da tok, ki teče skozi prevodnik, povzroči odklon magnetne igle.

Faraday je prišel do zaključka, da okoli vodnika, po katerem teče tok, nastane magnetno polje.

Ampere je postavil hipotezo, priznano v fiziki, kot model procesa nastanka magnetnega polja, ki je sestavljen iz obstoja mikroskopskih zaprtih tokov v materialih, ki skupaj zagotavljajo učinek naravnega ali induciranega magnetizma.

Ampere je ugotovil, da v referenčnem okviru, ki se nahaja v vakuumu, glede na katerega se naboj giblje, to je, da se obnaša kot električni tok, nastane magnetno polje, katerega intenziteta je določena z vektorjem magnetne indukcije, ki leži v ravnina, ki se nahaja pravokotno na smer gibanja naboja.

Merska enota magnetne indukcije je tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Problem je kvantitativno rešil Ampere, ki je izmeril silo medsebojnega delovanja dveh vzporednih vodnikov, po katerih tečejo tokovi. Eden od prevodnikov je okoli sebe ustvaril magnetno polje, drugi se je na to polje odzval s približevanjem ali oddaljevanjem z merljivo silo, pri čemer je bilo mogoče določiti modul vektorja magnetne indukcije, vedoč katero in velikost toka.

Interakcija sil med električnimi naboji, ki se drug glede na drugega ne gibljejo, opisuje Coulombov zakon. Vendar naboji, ki se gibljejo relativno drug proti drugemu, ustvarjajo magnetna polja, skozi katera tokovi, ustvarjeni z gibanjem nabojev, na splošno pridejo v stanje interakcije sil.

Temeljna razlika med silo, ki nastane med relativnim gibanjem nabojev, in primerom njihove stacionarne postavitve je razlika v geometriji teh sil. V primeru elektrostatike so sile interakcije med dvema nabojema usmerjene vzdolž premice, ki ju povezuje. Zato je geometrija problema dvodimenzionalna in obravnava poteka v ravnini, ki poteka skozi to premico.

V primeru tokov se sila, ki označuje magnetno polje, ki ga ustvari tok, nahaja v ravnini, ki je pravokotna na tok. Zato postane slika pojava tridimenzionalna. Magnetno polje, ki ga ustvari neskončno majhen element prvega toka, ki medsebojno deluje z istim elementom drugega toka, na splošno ustvari silo, ki deluje nanj. Poleg tega je za oba toka ta slika popolnoma simetrična v smislu, da je številčenje tokov poljubno.

Za standardizacijo enosmernega električnega toka se uporablja zakon interakcije tokov.

8. Močna interakcija.

Močna sila je temeljna interakcija kratkega dosega med hadroni in kvarki. V atomskem jedru močna sila drži skupaj pozitivno nabite (z elektrostatičnim odbojem) protone z izmenjavo pi mezonov med nukleoni (protoni in nevtroni). Pi mezoni imajo zelo kratko življenjsko dobo, njihova življenjska doba je dovolj le za zagotavljanje jedrskih sil v polmeru jedra, zato imenujemo jedrske sile kratkega dosega. Povečanje števila nevtronov "razredči" jedro, zmanjša elektrostatične sile in poveča jedrske, vendar pri velike količine nevtroni sami kot fermioni začnejo doživljati odboj zaradi Paulijevega principa. Prav tako, ko se nukleoni preveč približajo, se začne izmenjava W bozonov, kar povzroči odboj, zaradi česar se atomska jedra ne "sesedejo".

Znotraj samih hadronov močna interakcija drži skupaj kvarke – sestavne dele hadronov. Kvanti močnega polja so gluoni. Vsak kvark ima enega od treh "barvnih" nabojev, vsak gluon je sestavljen iz para "barva"-"protibarva". Gluoni vežejo kvarke v ti. “confinement”, zaradi katerega prostih kvarkov trenutno v eksperimentu še nismo opazili. Ko se kvarki oddaljujejo drug od drugega, se energija gluonskih vezi poveča in ne zmanjša kot pri jedrski interakciji. Z veliko porabo energije (s trkom hadronov v pospeševalniku) lahko prekineš vez kvark-gluon, a se hkrati sprosti curek novih hadronov. Vendar prosti kvarki lahko obstajajo v vesolju: če se je nekemu kvarku uspelo izogniti zaprtju med velikim pokom, potem je verjetnost anihilacije z ustreznim antikvarkom ali pretvorbe v brezbarvni hadron za tak kvark izginotno majhna.

9. Šibka interakcija.

Šibka interakcija je temeljna interakcija kratkega dosega. Razpon 10 −18 m Simetrično glede na kombinacijo prostorske inverzije in konjugacije naboja. Vsi temeljni elementi so vključeni v šibko interakcijo.fermioni (leptoni in kvarki). To je edina interakcija, ki vključujenevtrino(da ne omenjam gravitacija, zanemarljivo v laboratorijske razmere), kar pojasnjuje ogromno prodorno sposobnost teh delcev. Šibka interakcija omogoča leptone, kvarke in njihoveantidelci izmenjava energija, masa, električni naboj in kvantna števila- to pomeni, da se spremenijo drug v drugega. Ena od manifestacij jebeta razpad.

Označena je sila kot vektorska veličina modul , smer in »točka« aplikacije moč. Po zadnjem parametru se koncept sile kot vektorja v fiziki razlikuje od koncepta vektorja v vektorski algebri, kjer vektorji, ki so enaki po velikosti in smeri, ne glede na točko njihove uporabe, veljajo za isti vektor. V fiziki se ti vektorji imenujejo prosti vektorji.V mehaniki je zelo pogosta ideja sklopljenih vektorjev, katerih začetek je fiksiran na določeni točki v prostoru ali pa se nahaja na črti, ki nadaljuje smer vektorja (drseči vektorji). .

Uporablja se tudi koncept linija sile, ki označuje ravno črto, ki poteka skozi točko uporabe sile, vzdolž katere je sila usmerjena.

Dimenzija sile je LMT −2, merska enota v mednarodnem sistemu enot (SI) je newton (N, N), v sistemu CGS pa dyne.

Zgodovina koncepta

Koncept sile so uporabljali starodavni znanstveniki v svojih delih o statiki in gibanju. Preučeval je sile v procesu konstruiranja preprostih mehanizmov v 3. st. pr. n. št e. Arhimed. Aristotelove ideje o sili, ki vključujejo temeljna nedoslednosti, so se ohranile več stoletij. Ta neskladja so bila odpravljena v 17. stoletju. Isaac Newton z uporabo matematičnih metod za opis sile. Newtonova mehanika je ostala splošno sprejeta skoraj tristo let. Do začetka 20. stol. Albert Einstein je v teoriji relativnosti pokazal, da je Newtonova mehanika pravilna le pri relativno nizkih hitrostih gibanja in mas teles v sistemu, s čimer je razjasnil osnovne principe kinematike in dinamike ter opisal nekatere nove lastnosti prostora-časa.

Newtonova mehanika

Isaac Newton se je lotil opisa gibanja predmetov z uporabo konceptov vztrajnosti in sile. Ko je to storil, je hkrati ugotovil, da je vse mehansko gibanje podrejeno splošnim ohranitvenim zakonom. V Newtonu je objavil svoje znamenito delo "," v katerem je orisal tri temeljne zakone klasične mehanike (slavni Newtonovi zakoni).

Newtonov prvi zakon

Zakoni mehanike se na primer izvajajo na popolnoma enak način v zadnjem delu tovornjaka, ko se vozi po ravnem odseku ceste s konstantno hitrostjo in ko stoji. Človek lahko vrže žogo navpično navzgor in jo čez nekaj časa ujame na istem mestu, ne glede na to, ali se tovornjak giblje enakomerno in premočrtno ali pa miruje. Zanj žoga leti v ravni črti. Vendar pa je za zunanjega opazovalca na tleh pot žoge videti kot parabola. To je posledica dejstva, da se žogica med letom premika glede na tla ne samo navpično, ampak tudi vodoravno po vztrajnosti v smeri gibanja tovornjaka. Za osebo v zadnjem delu tovornega vozila ni pomembno, ali se tovorno vozilo premika po cesti oz svet premika s konstantno hitrostjo v nasprotni smeri, medtem ko tovornjak miruje. Tako sta stanje mirovanja in enakomerno premočrtno gibanje med seboj fizično nerazločljiva.

Newtonov drugi zakon

Po definiciji zagona:

kjer je masa, je hitrost.

Če masa materialne točke ostane nespremenjena, je časovni odvod mase enak nič in enačba ima obliko:

Newtonov tretji zakon

Za kateri koli dve telesi (imenujmo ju telo 1 in telo 2) Newtonov tretji zakon pravi, da silo delovanja telesa 1 na telo 2 spremlja pojav sile enake velikosti, vendar nasprotne smeri, ki deluje na telo 1 iz telesa 2. Matematično je zakon zapisan takole:

Ta zakon pomeni, da se sile vedno pojavljajo v parih akcija-reakcija. Če sta telo 1 in telo 2 v istem sistemu, potem je skupna sila v sistemu zaradi interakcije teh teles enaka nič:

To pomeni, da v zaprtem sistemu ni neuravnoteženih notranjih sil. To vodi do dejstva, da se središče mase zaprtega sistema (to je tistega, na katerega ne delujejo zunanje sile) ne more premikati s pospeškom. Posamezni deli sistema lahko pospešijo, vendar le tako, da sistem kot celota ostane v stanju mirovanja ali enakomernega premotočnega gibanja. Če pa na sistem delujejo zunanje sile, se bo njegovo masno središče začelo premikati s pospeškom, ki je sorazmeren zunanji rezultantni sili in obratno sorazmeren z maso sistema.

Temeljne interakcije

Vse sile v naravi temeljijo na štirih vrstah temeljnih interakcij. Največja hitrostširjenje vseh vrst interakcij je enako hitrosti svetlobe v vakuumu. Med električno nabitimi telesi delujejo elektromagnetne sile, med masivnimi predmeti pa gravitacijske sile. Močni in šibki se pojavijo le na zelo kratkih razdaljah, odgovorni so za nastanek interakcij med subatomskimi delci, vključno z nukleoni, iz katerih so sestavljena atomska jedra.

Intenzivnost močnih in šibkih interakcij se meri v energijske enote(elektronvolti), ne enote sile, zato je uporaba izraza "sila" zanje razložena s tradicijo, vzeto iz antike, da bi vse pojave v okoliškem svetu razložili z delovanjem "sil", značilnih za vsak pojav.

Koncepta sile ni mogoče uporabiti za pojave subatomskega sveta. To je koncept iz arzenala klasične fizike, povezan (čeprav podzavestno) z newtonskimi predstavami o silah, ki delujejo na daljavo. V subatomski fiziki takšnih sil ni več: nadomestijo jih interakcije med delci, ki potekajo skozi polja, torej nekateri drugi delci. Zato se fiziki visoke energije izogibajo uporabi te besede sila, ki jo nadomesti z besedo interakcija.

Vsaka vrsta interakcij je posledica izmenjave ustreznih nosilcev interakcij: gravitacijska - izmenjava gravitonov (obstoj ni bil eksperimentalno potrjen), elektromagnetna - virtualni fotoni, šibka - vektorski bozoni, močna - gluoni (in na velikih razdaljah - mezoni) . Trenutno so elektromagnetne in šibke sile združene v bolj temeljno elektrošibko silo. Vse štiri temeljne interakcije poskušajo združiti v eno (t.i. grand unified theory).

Vso raznolikost sil, ki se manifestirajo v naravi, lahko načeloma zreduciramo na te štiri temeljne interakcije. Na primer, trenje je manifestacija elektromagnetnih sil, ki delujejo med atomi dveh kontaktnih površin, in Paulijevo izključitveno načelo, ki preprečuje, da bi atomi prodrli v območje drug drugega. Sila, ki nastane zaradi deformacije vzmeti, ki jo opisuje Hookov zakon, je tudi posledica elektromagnetnih sil med delci in Paulijevega izključitvenega načela, zaradi česar morajo biti atomi kristalne mreže snovi blizu ravnotežnega položaja. .

Vendar se v praksi izkaže, da je tako podrobno obravnavanje vprašanja delovanja sil ne le neprimerno, ampak tudi preprosto nemogoče v pogojih problema.

Gravitacija

Gravitacija ( gravitacija) - univerzalna interakcija med vsemi vrstami snovi. V okviru klasične mehanike ga opisuje zakon univerzalne gravitacije, ki ga je oblikoval Isaac Newton v svojem delu "Matematični principi naravne filozofije". Newton je dobil velikost pospeška, s katerim se Luna giblje okoli Zemlje, pri čemer je pri izračunu predpostavil, da se sila težnosti zmanjšuje v obratnem sorazmerju s kvadratom oddaljenosti od gravitirajočega telesa. Poleg tega je tudi ugotovil, da je pospešek, ki ga povzroči privlačnost enega telesa z drugim, sorazmeren zmnožku mas teh teles. Na podlagi teh dveh zaključkov je bil oblikovan gravitacijski zakon: kateri koli materialni delci se privlačijo drug proti drugemu s silo, ki je neposredno sorazmerna zmnožku mas ( in ) in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi:

Tukaj je gravitacijska konstanta, katere vrednost je v svojih poskusih prvi pridobil Henry Cavendish. S pomočjo tega zakona lahko dobite formule za izračun gravitacijske sile teles poljubne oblike. Newtonova teorija gravitacije dobro opisuje gibanje planetov sončnega sistema in mnogih drugih nebesnih teles. Vendar pa temelji na konceptu delovanja na velike razdalje, kar je v nasprotju s teorijo relativnosti. Zato klasična teorija gravitacije ni uporabna za opis gibanja teles, ki se gibljejo s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti, gravitacijskih polj izjemno masivnih objektov (na primer črnih lukenj), pa tudi spremenljivih gravitacijskih polj, ki jih ustvarja premikajoča se telesa na velike razdalje od njih.

Elektromagnetna interakcija

Elektrostatično polje (polje stacionarnih nabojev)

Razvoj fizike po Newtonu je trem glavnim količinam (dolžina, masa, čas) dodal električni naboj z razsežnostjo C. Toda na podlagi praktičnih zahtev, ki temeljijo na udobju merjenja, se je namesto naboja pogosto uporabljal električni tok z razsežnostjo I , in jaz = CT − 1 . Merska enota za količino naboja je kulon, enota za tok pa amper.

Ker naboj kot tak ne obstaja neodvisno od telesa, ki ga nosi, se električna interakcija teles kaže v obliki iste sile, ki jo obravnava mehanika, ki služi kot vzrok za pospešek. V zvezi z elektrostatično interakcijo dveh "točkovnih nabojev" v vakuumu se uporablja Coulombov zakon:

kjer je razdalja med naboji in ε 0 ≈ 8,854187817·10 −12 F/m. V homogeni (izotropni) snovi v tem sistemu se interakcijska sila zmanjša za ε-krat, kjer je ε dielektrična konstanta medija.

Smer sile sovpada s črto, ki povezuje točkaste naboje. Grafično je elektrostatično polje običajno prikazano kot slika silnic, ki so namišljene trajektorije, po katerih bi se gibal nabit delec brez mase. Te črte se začnejo na enem naboju in končajo na drugem.

Elektromagnetno polje (polje enosmernega toka)

Obstoj magnetnega polja so že v srednjem veku spoznali Kitajci, ki so kot prototip magnetnega kompasa uporabili »ljubeči kamen« - magnet. Grafično je magnetno polje običajno prikazano v obliki sklenjenih silnic, katerih gostota (kot v primeru elektrostatičnega polja) določa njegovo intenziteto. Zgodovinsko gledano je bil vizualni način za vizualizacijo magnetnega polja z železnimi opilki, posutimi na primer na kos papirja, položen na magnet.

Izpeljane vrste sil

Elastična sila- sila, ki nastane med deformacijo telesa in nasprotuje tej deformaciji. Pri elastičnih deformacijah je potencialna. Elastična sila je elektromagnetne narave in je makroskopska manifestacija medmolekularne interakcije. Prožnostna sila je usmerjena nasproti odmika, pravokotno na površino. Vektor sile je nasproten smeri molekularnega premika.

Sila trenja- sila, ki nastane med relativnim gibanjem trdnih teles in nasprotuje temu gibanju. Nanaša se na disipativne sile. Sila trenja je elektromagnetne narave in je makroskopska manifestacija medmolekularne interakcije. Vektor sile trenja je usmerjen nasproti vektorju hitrosti.

Srednja sila upora- sila, ki nastane med gibanjem trdna v tekočih ali plinastih medijih. Nanaša se na disipativne sile. Sila upora je elektromagnetne narave in je makroskopska manifestacija medmolekularne interakcije. Vektor sile upora je usmerjen nasproti vektorja hitrosti.

Normalna sila reakcije na tla- elastična sila, ki deluje iz opore na telo. Usmerjen pravokotno na površino nosilca.

Pooblastila površinska napetost - sile, ki nastanejo na površini meje faz. Ima elektromagnetno naravo, saj je makroskopska manifestacija medmolekularne interakcije. Natezna sila je usmerjena tangencialno na vmesnik; nastane kot posledica nekompenziranega privlačenja molekul, ki se nahajajo na fazni meji, z molekulami, ki se ne nahajajo na fazni meji.

Osmotski tlak

Van der Waalsove sile- elektromagnetne medmolekulske sile, ki nastanejo pri polarizaciji molekul in nastajanju dipolov. Van der Waalsove sile z večanjem razdalje hitro upadajo.

Vztrajnostna sila- fiktivna sila, uvedena v neinercialne referenčne sisteme, tako da je v njih izpolnjen drugi Newtonov zakon. Zlasti v referenčnem sistemu, povezanem z enakomerno pospešenim telesom, je vztrajnostna sila usmerjena nasprotno od pospeška. Zaradi priročnosti lahko centrifugalno silo in Coriolisovo silo ločimo od skupne vztrajnostne sile.

Rezultat

Pri izračunu pospeška telesa vse sile, ki delujejo na telo, nadomestimo z eno samo silo, imenovano rezultanta. Je geometrijska vsota vseh sil, ki delujejo na telo. Poleg tega delovanje vsake sile ni odvisno od delovanja drugih sil, kar pomeni, da vsaka sila daje telesu enak pospešek, kot bi ga dala, če ne bi delovale druge sile. Ta izjava se imenuje načelo neodvisnosti delovanja sil (načelo superpozicije).

Poglej tudi

Viri

• Grigoriev V.I., Myakishev G.Ya. - "Sile v naravi"
• Landau, L. D., Lifshits, E. M. Mehanika - 5. izdaja, stereotipno. - M.: Fizmatlit, 2004. - 224 str. - (»Teoretična fizika«, I. zvezek). - .

Opombe

1. Glosar. Zemeljski observatorij. NASA. - »Moč - katera koli zunanji dejavnik, ki povzroči spremembo gibanja prostega telesa ali pojav notranjih napetosti v pritrjenem telesu.”(Angleščina)
2. Bronshtein I. N. Semendyaev K. A. Priročnik za matematiko. M .: Založba "Science", Uredništvo referenčne fizične in matematične literature, 1964.
3. Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. Lectures on Physics, Vol 1 - Addison-Wesley, 1963.(Angleščina)

OPREDELITEV

Sila je vektorska količina, ki je mera za delovanje drugih teles ali polj na dano telo, zaradi česar pride do spremembe stanja tega telesa. V tem primeru sprememba stanja pomeni spremembo ali deformacijo.

Koncept sile se nanaša na dve telesi. Vedno lahko označite telo, na katerega deluje sila, in telo, iz katerega deluje.

Za moč je značilno:

• modul;
• smer;
• točka uporabe.

Velikost in smer sile nista odvisni od izbire.

Enota za silo v sistemu C je 1 Newton.

V naravi ni materialnih teles, ki bi bila zunaj vpliva drugih teles, zato so vsa telesa pod vplivom zunanjih ali notranjih sil.

Na telo lahko deluje več sil hkrati. V tem primeru velja načelo neodvisnosti delovanja: delovanje posamezne sile ni odvisno od prisotnosti ali odsotnosti drugih sil; skupno delovanje več sil je enako vsoti neodvisnih učinkov posameznih sil.

Rezultantna sila

Za opis gibanja telesa v tem primeru se uporablja koncept rezultantne sile.

OPREDELITEV

Rezultantna sila je sila, katere delovanje nadomesti delovanje vseh sil, ki delujejo na telo. Ali z drugimi besedami, rezultanta vseh sil, ki delujejo na telo, je enaka vektorski vsoti teh sil (slika 1).

Slika 1. Določitev rezultante sil

Ker se gibanje telesa vedno upošteva v nekem koordinatnem sistemu, je priročno upoštevati ne samo silo, temveč njene projekcije na koordinatne osi (slika 2, a). Odvisno od smeri sile so lahko njene projekcije pozitivne (slika 2, b) ali negativne (slika 2, c).

Slika 2. Projekcije sile na koordinatne osi: a) na ravnino; b) na ravni črti (projekcija je pozitivna);
c) na ravni črti (projekcija je negativna)

Slika 3. Primeri, ki ponazarjajo vektorski seštevek sil

Pogosto vidimo primere, ki ponazarjajo vektorsko dodajanje sil: svetilka visi na dveh kablih (slika 3, a) - v tem primeru je ravnotežje doseženo zaradi dejstva, da je rezultanta nateznih sil kompenzirana s težo svetilka; blok drsi vzdolž nagnjene ravnine (slika 3, b) - gibanje nastane zaradi posledičnih sil trenja, gravitacije in reakcije podpore. Znane vrstice iz basni I.A. Krylov "in voziček je še vedno tam!" - tudi ponazoritev enakosti rezultante treh sil na nič (slika 3, c).

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1