Сила (физическа величина). Силови закони, формули

1.Сила- вектор физическо количество, което е мярка за интензитета на въздействие върху даденатяло други органи, както иполета Прикрепен към масивен силата в тялото е причина за нейното изменениескорост или поява в негодеформации и напрежения.

Характеризира се силата като векторна величина модул, посокаИ "точка" на приложениетосила. По последния параметър концепцията за сила като вектор във физиката се различава от концепцията за вектор във векторната алгебра, където вектори, равни по големина и посока, независимо от точката на тяхното приложение, се считат за един и същ вектор. Във физиката тези вектори се наричат ​​свободни вектори. В механиката идеята за свързани вектори е изключително разпространена, чието начало е фиксирано в определена точка в пространството или може да бъде разположено на линия, която продължава посоката на вектора (плъзгащи се вектори).

Използва се и понятието силова линия, означаваща правата линия, минаваща през точката на приложение на силата, по която е насочена силата.

Вторият закон на Нютон гласи, че в инерциалните отправни системи ускорението на материална точка по посока съвпада с резултата от всички сили, приложени към тялото, а по големина е право пропорционално на големината на силата и обратно пропорционално на масата на тялото. материална точка. Или, еквивалентно, скоростта на промяна на импулса на материална точка е равна на приложената сила.

Когато върху тяло с крайни размери се приложи сила, в него възникват механични напрежения, придружени от деформации.

От гледна точка на Стандартния модел на физиката на елементарните частици фундаменталните взаимодействия (гравитационни, слаби, електромагнитни, силни) се осъществяват чрез обмен на така наречените калибровъчни бозони. Експерименти във физиката на високите енергии, проведени през 70-80-те години. ХХ век потвърдиха предположението, че слабите и електромагнитните взаимодействия са прояви на по-фундаменталното електрослабо взаимодействие.

Размерността на силата е LMT −2, мерната единица в Международната система от единици (SI) е нютон (N, N), в системата GHS е дин.

2. Първи закон на Нютон.

Първият закон на Нютон гласи, че има референтни системи, в които телата поддържат състояние на покой или равномерно праволинейно движение при липса на въздействие върху тях от други тела или в случай на взаимно компенсиране на тези влияния. Такива референтни системи се наричат ​​инерциални. Нютон предложи всеки масивен обект да има определен запас от инерция, който характеризира „естественото състояние“ на движение на този обект. Тази идея отхвърля възгледа на Аристотел, който смята покоя за „естествено състояние“ на даден обект. Първият закон на Нютон противоречи на аристотеловата физика, една от разпоредбите на която е твърдението, че тялото може да се движи с постоянна скорост само под въздействието на сила. Фактът, че в механиката на Нютон в инерционните отправни системи покоят е физически неразличим от равномерното праволинейно движение, е обосновката на принципа на относителността на Галилей. Сред набор от тела е принципно невъзможно да се определи кои от тях са „в движение“ и кои са „в покой“. Можем да говорим за движение само спрямо някаква отправна система. Законите на механиката се изпълняват еднакво във всички инерционни отправни системи, с други думи, всички те са механично еквивалентни. Последното следва от така наречените Галилееви трансформации.

3. Втори закон на Нютон.

Вторият закон на Нютон в съвременната му формулировка звучи така: в инерционна отправна система скоростта на промяна на импулса на материална точка е равна на векторната сума на всички сили, действащи върху тази точка.

където е импулсът на материалната точка, е общата сила, действаща върху материалната точка. Вторият закон на Нютон гласи, че действието на неуравновесени сили води до промяна в импулса на материална точка.

По дефиниция на импулса:

където е масата, е скоростта.

В класическата механика при скорости, много по-ниски от скоростта на светлината, масата на материална точка се счита за непроменена, което позволява тя да бъде извадена от диференциалния знак при следните условия:

Като се има предвид определението за ускорение на точка, вторият закон на Нютон приема формата:

Смята се за „втората най-известна формула във физиката“, въпреки че самият Нютон никога не е написал изрично втория си закон в тази форма. За първи път тази форма на закона се среща в трудовете на К. Маклорен и Л. Ойлер.

Тъй като във всяка инерционна отправна система ускорението на тялото е еднакво и не се променя при преход от една рамка към друга, тогава силата е инвариантна по отношение на такъв преход.

Във всички природни явления сила, независимо от вашия произход, се появява само в механичен смисъл, тоест като причина за нарушаване на равномерното и праволинейно движение на тялото в инерционната координатна система. Обратното твърдение, т.е. установяването на факта на такова движение, не показва липсата на сили, действащи върху тялото, а само че действията на тези сили са взаимно балансирани. В противен случай: тяхната векторна сума е вектор с модул равен на нула. Това е основата за измерване на големината на сила, когато тя се компенсира от сила, чиято величина е известна.

Вторият закон на Нютон ни позволява да измерим величината на дадена сила. Например, познаването на масата на една планета и нейното центростремително ускорение при движение в орбита ни позволява да изчислим големината на силата на гравитационно привличане, действаща върху тази планета от Слънцето.

4.Трети закон на Нютон.

За всеки две тела (да ги наречем тяло 1 и тяло 2), третият закон на Нютон гласи, че силата на действие на тяло 1 върху тяло 2 е придружена от появата на еднаква по величина, но противоположна по посока сила, действаща върху тялото 1 от тяло 2. Математически законът е написан така:

Този закон означава, че силите винаги се появяват в двойки действие-реакция. Ако тяло 1 и тяло 2 са в една и съща система, тогава общата сила в системата, дължаща се на взаимодействието на тези тела, е нула:

Това означава, че в затворена система няма дисбалансирани вътрешни сили. Това води до факта, че центърът на масата на затворена система (т.е. такава, върху която не действат външни сили) не може да се движи с ускорение. Отделни части на системата могат да се ускоряват, но само по такъв начин, че системата като цяло остава в състояние на покой или равномерно линейно движение. Въпреки това, ако върху системата действат външни сили, нейният център на масата ще започне да се движи с ускорение, пропорционално на външната резултатна сила и обратно пропорционално на масата на системата.

5. Гравитация.

Земно притегляне ( земно притегляне) - универсално взаимодействие между всякакви видове материя. В рамките на класическата механика тя се описва от закона за всемирното привличане, формулиран от Исак Нютон в неговия труд „Математически принципи на естествената философия“. Нютон получава величината на ускорението, с което Луната се движи около Земята, приемайки в своето изчисление, че силата на гравитацията намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от гравитиращото тяло. Освен това той установи също, че ускорението, причинено от привличането на едно тяло от друго, е пропорционално на произведението на масите на тези тела. Въз основа на тези две заключения беше формулиран законът за гравитацията: всички материални частици се привличат една към друга със сила, право пропорционална на произведението на масите ( и ) и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях:

Ето гравитационната константа, чиято стойност е получена за първи път от Хенри Кавендиш в неговите експерименти. Използвайки този закон, можете да получите формули за изчисляване на гравитационната сила на тела с произволна форма. Теорията на Нютон за гравитацията добре описва движението на планетите от Слънчевата система и много други небесни тела. Той обаче се основава на концепцията за действие на далечни разстояния, което противоречи на теорията на относителността. Следователно класическата теория на гравитацията не е приложима за описание на движението на тела, движещи се със скорости, близки до скоростта на светлината, гравитационните полета на изключително масивни обекти (например черни дупки), както и променливите гравитационни полета, създадени от движещи се тела на големи разстояния от тях.

По-обща теория на гравитацията е общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. При него гравитацията не се характеризира с инвариантна сила, независима от отправната система. Вместо това свободното движение на тела в гравитационно поле, възприемано от наблюдателя като движение по извити траектории в триизмерно пространство-време с променлива скорост, се счита за инерционно движение по геодезическа линия в извито четириизмерно пространство-време , при което времето тече различно в различните точки . Нещо повече, тази линия е в известен смисъл „най-директната” - тя е такава, че интервалът време-пространство (собствено време) между две позиции време-пространство на дадено тяло е максимален. Кривината на пространството зависи от масата на телата, както и от всички видове енергия, присъстващи в системата.

6.Електростатично поле (поле на неподвижни заряди).

Развитието на физиката след Нютон добави към трите основни величини (дължина, маса, време) електрически заряд с размер C. Въпреки това, въз основа на изискванията на практиката, те започнаха да използват не единица заряд, а единица електрическа ток като основна мерна единица. Така в системата SI основната единица е ампер, а единицата за заряд, кулон, е нейна производна.

Тъй като зарядът като такъв не съществува независимо от тялото, което го носи, електрическото взаимодействие на телата се проявява под формата на същата сила, разглеждана в механиката, която служи като причина за ускорението. Във връзка с електростатичното взаимодействие на два точкови заряда с големина и разположени във вакуум се използва законът на Кулон. Във формата, съответстваща на системата SI, изглежда така:

където е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2, векторът е насочен от заряд 1 към заряд 2 и е равен по големина на разстоянието между зарядите и електрическата константа е равна на ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . Когато зарядите се поставят в хомогенна и изотропна среда, силата на взаимодействие намалява с фактор ε, където ε е диелектричната константа на средата.

Силата е насочена по правата, свързваща точковите заряди. Графично електростатичното поле обикновено се изобразява като картина на силови линии, които са въображаеми траектории, по които би се движила заредена частица без маса. Тези линии започват с едно зареждане и завършват с друго.

7.Електромагнитно поле (правотоково поле).

Съществуването на магнитно поле е признато още през Средновековието от китайците, които използват „любящия камък“ - магнит, като прототип на магнитен компас. Графично магнитното поле обикновено се изобразява под формата на затворени силови линии, чиято плътност (както в случая на електростатично поле) определя неговия интензитет. Исторически, визуален начин за визуализиране на магнитно поле беше с железни стружки, поръсени например върху лист хартия, поставен върху магнит.

Ерстед установи, че токът, протичащ през проводник, причинява отклонение на магнитната стрелка.

Фарадей стигна до извода, че около проводник с ток се създава магнитно поле.

Ампер изложи хипотеза, призната във физиката, като модел на процеса на възникване на магнитно поле, който се състои в съществуването в материалите на микроскопични затворени токове, които заедно осигуряват ефекта на естествен или индуциран магнетизъм.

Ампер установява, че в референтна система, разположена във вакуум, по отношение на която зарядът се движи, т.е. държи се като електрически ток, възниква магнитно поле, чийто интензитет се определя от вектора на магнитната индукция, лежащ в равнина, разположена перпендикулярно на посоката на движение на заряда.

Единицата за измерване на магнитната индукция е тесла: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Задачата е решена количествено от Ампер, който измерва силата на взаимодействие на два успоредни проводника с токове, протичащи през тях. Един от проводниците създава магнитно поле около себе си, вторият реагира на това поле, като се приближава или отдалечава с измерима сила, знаейки коя и величината на тока, е възможно да се определи модулът на вектора на магнитната индукция.

Силовото взаимодействие между електрически заряди, които не са в движение един спрямо друг, се описва от закона на Кулон. Въпреки това, зарядите в движение един спрямо друг създават магнитни полета, през които токовете, създадени от движението на зарядите, обикновено влизат в състояние на силово взаимодействие.

Основната разлика между силата, която възниква по време на относителното движение на зарядите и случая на тяхното стационарно разположение, е разликата в геометрията на тези сили. В случай на електростатика, силите на взаимодействие между два заряда са насочени по линията, която ги свързва. Следователно геометрията на проблема е двумерна и разглеждането се извършва в равнина, минаваща през тази права.

При токовете силата, характеризираща създаденото от тока магнитно поле, е разположена в равнина, перпендикулярна на тока. Поради това картината на явлението става триизмерна. Магнитното поле, създадено от безкрайно малък елемент на първия ток, взаимодействайки със същия елемент на втория ток, обикновено създава сила, действаща върху него. Освен това и за двата тока тази картина е напълно симетрична в смисъл, че номерирането на токове е произволно.

Законът за взаимодействие на токовете се използва за стандартизиране на постоянен електрически ток.

8. Силно взаимодействие.

Силната сила е основното взаимодействие на къси разстояния между адрони и кварки. В атомното ядро ​​силната сила държи заедно положително заредените (изпитващи електростатично отблъскване) протони чрез обмен на пи-мезони между нуклони (протони и неутрони). Пи-мезоните имат много кратък живот; техният живот е достатъчен само за осигуряване на ядрени сили в радиуса на ядрото, поради което ядрените сили се наричат ​​къси. Увеличаването на броя на неутроните „разрежда“ ядрото, намалявайки електростатичните сили и увеличавайки ядрените, но с голям брой неутрони, самите те, като фермиони, започват да изпитват отблъскване поради принципа на Паули. Също така, когато нуклоните се приближат твърде близо, започва обмен на W бозони, причинявайки отблъскване, благодарение на което атомните ядра не се „срутват“.

В самите адрони силното взаимодействие държи заедно кварките – съставните части на адроните. Силните полеви кванти са глуони. Всеки кварк има един от трите "цветни" заряда, всеки глуон се състои от двойка "цвят"-"антицвет". Глуоните свързват кварките в т.нар. “конфайнмент”, поради което в момента в експеримента не са наблюдавани свободни кварки. Когато кварките се отдалечават един от друг, енергията на глуоновите връзки се увеличава, а не намалява, както при ядреното взаимодействие. Като изразходвате много енергия (чрез сблъсък на адрони в ускорител), можете да разкъсате връзката кварк-глуон, но в същото време се освобождава струя от нови адрони. Свободните кварки обаче могат да съществуват в космоса: ако някой кварк е успял да избегне задържането по време на Големия взрив, тогава вероятността от анихилация със съответния антикварк или превръщането му в безцветен адрон за такъв кварк е изчезващо малка.

9.Слабо взаимодействие.

Слабото взаимодействие е основно взаимодействие с малък обсег. Диапазон 10 −18 м. Симетричен по отношение на комбинацията от пространствена инверсия и конюгиране на заряда. Всички основни елементи участват в слабо взаимодействие.фермиони (лептониИ кварки). Това е единственото взаимодействие, което включванеутрино(да не споменавам земно притегляне, пренебрежимо малко в лабораторни условия), което обяснява колосалната проникваща способност на тези частици. Слабото взаимодействие позволява лептони, кварки и технитеантичастициобмен енергия, маса, електрически зарядИ квантови числа- тоест превръщат се един в друг. Една от проявите ебета разпад.

Християн) - един от "деветте ранга на ангелите". Според класификацията на Псевдо-Дионисий, Ареопагитът е пети ранг, заедно с владения и власти, съставляващи втората триада.

Отлично определение

Непълна дефиниция ↓

СИЛА

немеханичен, метафизичен). Полихронна ориентация на латентна абсорбция, която е комплементарна към всяка структура, към самата тази структура. За субективното съзнание С. може да се яви само като виртуалност. В целта също няма сили. S. винаги е симптом на разрез или разрез в съществуването, промяна в характера на изолиране на част от цялото.

Така комплексът сила-време-движение-структура винаги е даденост на непълнотата в пропускливостта, неразбираемостта на цялото, на границата на част и нейното допълнение. Но именно S. по смисъла си е най-големият концептуален сурогат. Оказва се, че е локално тук-сега представен от проекцията на множество фактори.

Субектът не чувства тази или онази вътрешна психическа сила, но дори и в най-крайния или краен случай - само натиска на „силите“. Използването на този натиск под формата на действия и въздействия също оставя скрити всички предполагаеми нови сили.

Можем да преминем от обикновени явления към микрофеномени, реални, но лежащи извън обичайните ежедневни и научни изяви, но преходът към всякакъв вид микромоторика, микрокинестетичност е невъзможен.

Тривиалното определение на силата като мярка за влияние е евристично неприемливо. Всичко, което е свързано с енергията, се явява като пробив на небитието през една или друга система от забрани, обусловени от структурите на конкретна даденост. При това самият пробив е канализиран по определен начин. Въпросът се усложнява от факта, че структурите не могат да съществуват в каквото и да е качество, ако вече не са дадена форма на енергиен пробив. В някакъв хипотетичен абсолютен момент няма структури - те са временни творения и отвъд тях

ръбът на циклите са инертни повторения.

Отлично определение

Непълна дефиниция ↓

Във физиката понятието „сила“ се използва много често: гравитационна сила, сила на отблъскване, електромагнитна сила и т.н. Създава се подвеждащото впечатление, че силата е нещо, което влияе върху обектите и съществува само по себе си.

Откъде всъщност идва силата и какво всъщност е тя?

Нека разгледаме тази концепция, използвайки звук като пример. Когато пеем, можем да варираме силата на издавания звук, т.е. сила на звука. За да направите това, ние увеличаваме скоростта на издишване и стесняваме пространството между гласните струни. Какво става? Скоростта на промяна в състоянието на гласните струни се увеличава. Гласовете се делят на ниски и високи. По какво се различават един от друг? Гласът изглежда нисък, когато скоростта на промяна постепенно намалява, и висок, когато, напротив, се увеличава към края на издишването.

Всички музикални инструменти са изградени на същия принцип. Всички те ви позволяват да променяте съотношенията на инструмента по такъв начин, че да променяте скоростта и посоката на промяната му или да комбинирате звуци с различни параметри, както при струните.

Във всяка природна система се случват постоянни промени в състоянието. Ние свързваме енергията и силата с висока скорост на промяна в състоянието, а почивката и статичността с ниска енергия, но висока гравитация.

Концепцията за сила е необходима за нас, когато разглеждаме влиянието на едни обекти върху други. Но ако разглеждаме системата като цяло, тогава вместо сила говорим за скоростта на промяна в състоянието на системата. Но какво причинява промяната на скоростта?

Всяка система е колебателен процес. Обикновено, когато говорим за флуктуация, мислим за промяна на една стойност в рамките на някакъв диапазон. Например, вибрацията на китарна струна е нейната вибрация около централна ос. Но това се случва само защото краищата на низа са строго фиксирани, което го ограничава в пространството.

Ако говорим за естествена система, тогава флуктуациите в нея винаги са промяна в поне два параметъра. Освен това физическите параметри са взаимосвързани помежду си по такъв начин, че увеличаването на единия води до намаляване на другия. Например намаляването на налягането води до увеличаване на обема; максимумът на електрическото поле съответства на минимума на магнитното поле. Тази циклична обратна връзка кара системата да осцилира в рамките на определена стойност, която може да се счита за константа на скоростта.

Именно благодарение на тази константа ние винаги усещаме посоката, която е в системата. Например, от кратък сегмент от музикално произведение ние усещаме какъв ще бъде неговият по-нататъшен звук. Можем да разберем логиката на по-нататъшното развитие. От математическа гледна точка това означава изчисляване на диференциала - скоростта и посоката на промяна на системата в даден момент от време. Това е, което отличава музиката от обикновения шум.

И фактът, че това е възможно, предполага, че светът като цяло е единна система, в която всички процеси са свързани помежду си. И всички промени в скоростта в него са предвидими и логически взаимосвързани.

Думата „власт“ е толкова изчерпателна, че даването на ясна концепция е почти невъзможна задача. Разнообразието от мускулна сила до умствена сила не покрива целия спектър от понятия, включени в него. Силата, разглеждана като физическа величина, има ясно дефинирано значение и определение. Формулата на силата определя математически модел: зависимостта на силата от основните параметри.

Историята на изучаването на силите включва определяне на зависимостта от параметрите и експериментално доказателство на зависимостта.

Сила във физиката

Силата е мярка за взаимодействието на телата. Взаимното действие на телата едно върху друго напълно описва процесите, свързани с промените в скоростта или деформацията на телата.

Като физическа величина силата има мерна единица (в системата SI - нютон) и уред за измерването й - динамометър. Принципът на действие на силомера се основава на сравняване на силата, действаща върху тялото, с еластичната сила на пружината на динамометъра.

За сила от 1 нютон се приема силата, под въздействието на която тяло с тегло 1 kg променя скоростта си с 1 m за 1 секунда.

Сила, както е дефинирана:

• посока на действие;
• точка на приложение;
• модул, абсолютна стойност.

Когато описвате взаимодействието, не забравяйте да посочите тези параметри.

Видове естествени взаимодействия: гравитационни, електромагнитни, силни, слаби. Гравитационната универсална гравитация с нейното разнообразие - гравитация) съществува поради влиянието на гравитационните полета, заобикалящи всяко тяло, което има маса. Изследването на гравитационните полета все още не е завършено. Все още не е възможно да се намери източникът на полето.

По-голям брой сили възникват поради електромагнитното взаимодействие на атомите, които изграждат веществото.

Сила на натиск

Когато едно тяло взаимодейства със Земята, то упражнява натиск върху повърхността. Силата, която има формата: P = mg, се определя от телесната маса (m). Гравитационното ускорение (g) има различни стойности на различни географски ширини на Земята.

Вертикалната сила на натиск е равна по големина и противоположна по посока на еластичната сила, възникваща в опората. Формулата на силата се променя в зависимост от движението на тялото.

Промяна в телесното тегло

Действието на тялото върху опората поради взаимодействие със Земята често се нарича телесно тегло. Интересното е, че размерът на телесното тегло зависи от ускорението на движение във вертикална посока. В случай, че посоката на ускорението е противоположна на ускорението на гравитацията, се наблюдава увеличение на теглото. Ако ускорението на тялото съвпада с посоката на свободно падане, тогава теглото на тялото намалява. Например, намирайки се във възходящ асансьор, в началото на изкачването човек усеща увеличаване на теглото за известно време. Няма нужда да казваме, че масата му се променя. В същото време разделяме понятията „телесно тегло“ и неговата „маса“.

Еластична сила

Когато формата на тялото се промени (деформира се), се появява сила, която се стреми да върне тялото в първоначалната му форма. Тази сила е наречена "сила на еластичност". Възниква в резултат на електрическото взаимодействие на частиците, изграждащи тялото.

Нека разгледаме най-простата деформация: напрежение и компресия. Напрежението се придружава от увеличаване на линейните размери на телата, компресията - от тяхното намаляване. Величината, характеризираща тези процеси, се нарича удължение на тялото. Нека го обозначим с "х". Формулата за еластичната сила е пряко свързана с удължението. Всяко тяло, подложено на деформация, има свои геометрични и физически параметри. Зависимостта на еластичното съпротивление на деформация от свойствата на тялото и материала, от който е направено, се определя от коефициента на еластичност, нека го наречем твърдост (k).

Математическият модел на еластичното взаимодействие се описва от закона на Хук.

Силата, възникваща при деформация на тялото, е насочена срещу посоката на изместване на отделните части на тялото и е право пропорционална на неговото удължение:

• F y = -kx (във векторна нотация).

Знакът "-" показва обратната посока на деформация и сила.

В скаларна форма няма отрицателен знак. Еластичната сила, чиято формула има следната форма F y = kx, се използва само за еластични деформации.

Взаимодействие на магнитното поле с тока

Описва се ефектът на магнитното поле върху постоянен ток.В този случай силата, с която магнитното поле действа върху проводник с ток в него, се нарича сила на Ампер.

Взаимодействието на магнитното поле с предизвиква проява на сила. Силата на Ампер, чиято формула е F = IBlsinα, зависи от (B), дължината на активната част на проводника (l), (I) в проводника и ъгъла между посоката на тока и магнитната индукция .

Благодарение на последната зависимост може да се твърди, че векторът на действие на магнитното поле може да се промени, когато проводникът се върти или посоката на тока се промени. Правилото на лявата ръка ви позволява да установите посоката на действие. Ако лявата ръка е разположена по такъв начин, че векторът на магнитната индукция да влиза в дланта, четирите пръста са насочени по протежение на тока в проводника, тогава палецът, огънат на 90 °, ще покаже посоката на магнитното поле.

Човечеството е намерило приложения за този ефект, например, в електродвигателите. Въртенето на ротора се причинява от магнитно поле, създадено от мощен електромагнит. Формулата на силата ви позволява да прецените възможността за промяна на мощността на двигателя. С увеличаване на силата на тока или полето, въртящият момент се увеличава, което води до увеличаване на мощността на двигателя.

Траектории на частиците

Взаимодействието на магнитно поле със заряд се използва широко в масспектрографите при изследване на елементарни частици.

Действието на полето в този случай предизвиква появата на сила, наречена сила на Лоренц. Когато заредена частица, движеща се с определена скорост, навлезе в магнитно поле, чиято формула има формата F = vBqsinα, кара частицата да се движи в кръг.

В този математически модел v е модулът на скоростта на частица, чийто електрически заряд е q, B е магнитната индукция на полето, α е ъгълът между посоките на скоростта и магнитната индукция.

Частицата се движи в кръг (или дъга на кръг), тъй като силата и скоростта са насочени под ъгъл от 90 ° една спрямо друга. Промяната на посоката на линейната скорост води до появата на ускорение.

Правилото на лявата ръка, обсъдено по-горе, също се среща при изучаване на силата на Лоренц: ако лявата ръка е позиционирана по такъв начин, че векторът на магнитната индукция да влиза в дланта, четири пръста, протегнати в една линия, са насочени по скоростта на положително заредена частица, след което огънатият на 90 ° палец ще покаже посоката на силата.

Проблеми с плазмата

В циклотроните се използва взаимодействието на магнитно поле и материя. Проблемите, свързани с лабораторното изследване на плазмата, не позволяват тя да се съхранява в затворени съдове. Високото може да съществува само при високи температури. Плазмата може да се държи на едно място в космоса с помощта на магнитни полета, усукващи газа под формата на пръстен. Контролираните също могат да бъдат изследвани чрез усукване на високотемпературна плазма във въже с помощта на магнитни полета.

Пример за ефекта на магнитно поле в естествени условия върху йонизирания газ е Aurora Borealis. Това величествено зрелище се наблюдава над Полярния кръг на височина 100 км над земната повърхност. Мистериозното цветно сияние на газа може да бъде обяснено едва през 20 век. Магнитното поле на Земята в близост до полюсите не може да попречи на слънчевия вятър да навлезе в атмосферата. Най-активното лъчение, насочено по линиите на магнитната индукция, предизвиква йонизация на атмосферата.

Явления, свързани с движението на заряда

Исторически основното количество, характеризиращо протичането на ток в проводник, се нарича сила на тока. Интересно е, че тази концепция няма нищо общо със силата във физиката. Силата на тока, чиято формула включва заряда, протичащ за единица време през напречното сечение на проводника, има формата:

• I = q/t, където t е времето на протичане на заряда q.

Всъщност токът е количеството заряд. Неговата мерна единица е ампер (A), за разлика от N.

Определение за работа на силата

Силата, упражнена върху дадено вещество, е придружена от извършване на работа. Работата на силата е физическа величина, числено равна на произведението на силата и преместването, преминало под нейното действие, и косинуса на ъгъла между посоките на силата и преместването.

Необходимата работа на силата, чиято формула е A = FScosα, включва величината на силата.

Действието на тялото е придружено от промяна в скоростта на тялото или деформация, което показва едновременни промени в енергията. Работата, извършена от сила, зависи пряко от големината.

Съществуват редица закони, които характеризират физическите процеси по време на механичните движения на телата.

Различават се следните основни закони на силите във физиката:

• закон на гравитацията;
• закон на всемирното притегляне;
• закони на силата на триене;
• закон на еластичната сила;
• Законите на Нютон.

Закон за гравитацията

Бележка 1

Гравитацията е едно от проявленията на действието на гравитационните сили.

Гравитацията се представя като сила, която действа върху тялото от страната на планетата и му придава ускорение поради гравитацията.

Свободното падане може да се разглежда във формата $mg = G\frac(mM)(r^2)$, от което получаваме формулата за ускорението на свободното падане:

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

Формулата за определяне на гравитацията ще изглежда така:

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

Гравитацията има определен вектор на разпределение. Тя винаги е насочена вертикално надолу, тоест към центъра на планетата. Тялото е постоянно подложено на гравитация и това означава, че е в свободно падане.

Траекторията на движение под въздействието на гравитацията зависи от:

• модул на началната скорост на обекта;
• посока на скоростта на тялото.

Човек всеки ден се сблъсква с това физическо явление.

Гравитацията може да бъде представена и като формулата $P = mg$. При ускоряване поради гравитация се вземат предвид и допълнителни количества.

Ако разгледаме закона за всемирното привличане, който е формулиран от Исак Нютон, всички тела имат определена маса. Те се привличат един към друг със сила. Тя ще се нарича гравитационна сила.

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

Тази сила е право пропорционална на произведението от масите на две тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.

$G = 6,7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, където $G$ е гравитационната константа и има според международната система SI измерва постоянна стойност.

Определение 1

Теглото е силата, с която тялото действа върху повърхността на планетата след възникване на гравитацията.

В случаите, когато тялото е в покой или се движи равномерно по хоризонтална повърхност, тогава теглото ще бъде равно на опорната реакционна сила и ще съвпадне по стойност с величината на силата на гравитацията:

При равномерно ускорено вертикално движение теглото ще се различава от силата на гравитацията, въз основа на вектора на ускорението. Когато векторът на ускорението е насочен в обратна посока, възниква състояние на претоварване. В случаите, когато тялото и опората се движат с ускорение $a = g$, тогава теглото ще бъде равно на нула. Състоянието на нулево тегло се нарича безтегловност.

Силата на гравитационното поле се изчислява, както следва:

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

Величината $F$ е гравитационната сила, която действа върху материална точка с маса $m$.

Тялото се поставя в определена точка на полето.

Потенциалната енергия на гравитационното взаимодействие на две материални точки с маси $m_1$ и $m_2$ трябва да са на разстояние $r$ една от друга.

Потенциалът на гравитационното поле може да се намери по формулата:

$\varphi = \Pi / m$

Тук $П$ е потенциалната енергия на материална точка с маса $m$. Поставя се в определена точка на полето.

Закони на триенето

Бележка 2

Силата на триене възниква по време на движение и е насочена срещу плъзгането на тялото.

Статичната сила на триене ще бъде пропорционална на нормалната реакция. Силата на статично триене не зависи от формата и размера на триещите се повърхности. Статичният коефициент на триене зависи от материала на телата, които влизат в контакт и генерират силата на триене. Законите на триенето обаче не могат да се нарекат стабилни и точни, тъй като в резултатите от изследванията често се наблюдават различни отклонения.

Традиционното записване на силата на триене включва използването на коефициента на триене ($\eta$), $N$ е нормалната сила на натиск.

Различават се също външно триене, сила на триене при търкаляне, сила на триене при плъзгане, сила на вискозно триене и други видове триене.

Закон за еластичната сила

Еластичната сила е равна на твърдостта на тялото, която се умножава по размера на деформацията:

$F = k \cdot \Delta l$

В нашата класическа формула за сила за търсене на еластична сила основното място заемат стойностите на твърдостта на тялото ($k$) и деформацията на тялото ($\Delta l$). Единицата за сила е нютон (N).

Подобна формула може да опише най-простия случай на деформация. Обикновено се нарича закон на Хук. Той гласи, че когато се опитвате да деформирате тяло по какъвто и да е наличен начин, еластичната сила ще се стреми да върне формата на обекта в първоначалната му форма.

За да се разбере и точно опише физическо явление, се въвеждат допълнителни понятия. Коефициентът на еластичност показва зависимостта от:

• свойства на материала;
• размери на пръчките.

По-специално се разграничава зависимостта от размерите на пръта или площта и дължината на напречното сечение. Тогава коефициентът на еластичност на тялото се записва във формата:

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

В тази формула величината $E$ е еластичният модул от първи род. Нарича се още модул на Юнг. Той отразява механичните характеристики на даден материал.

Когато се извършват изчисления на прави пръти, законът на Хук се записва в относителна форма:

$\Делта l = \frac(FL)(ES)$

Отбелязва се, че прилагането на закона на Хук ще бъде ефективно само за относително малки деформации. Ако нивото на границата на пропорционалност е превишено, тогава връзката между деформациите и напреженията става нелинейна. За някои среди законът на Хук не може да се приложи дори при малки деформации.