Jėga (fizinis dydis). Jėgos dėsniai, formulės

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

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

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

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

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

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

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

2. Pirmasis Niutono dėsnis.

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

3.Antrasis Niutono dėsnis.

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

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

Pagal impulso apibrėžimą:

kur masė, tai greitis.

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

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

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

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

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

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

4. Trečiasis Niutono dėsnis.

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

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

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

5.Gravitacija.

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

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

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

6.Elektrostatinis laukas (stacionarių krūvių laukas).

Fizikos raida po Niutono prie trijų pagrindinių dydžių (ilgio, masės, laiko) pridėjo elektros krūvį, kurio matmuo C. Tačiau, remiantis praktikos reikalavimais, jie pradėjo naudoti ne krūvio, o elektros vienetą. srovė kaip pagrindinis matavimo vienetas. Taigi SI sistemoje pagrindinis vienetas yra amperas, o krūvio vienetas kulonas yra jo išvestinė.

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

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

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

7.Elektromagnetinis laukas (nuolatinės srovės laukas).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Srovių sąveikos dėsnis naudojamas standartizuoti nuolatinę elektros srovę.

8.Stipri sąveika.

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

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

9.Silpna sąveika.

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

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

Puikus apibrėžimas

Neišsamus apibrėžimas ↓

JĖGA

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

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

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

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

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

ciklų kraštas yra inertiški pasikartojimai.

Puikus apibrėžimas

Neišsamus apibrėžimas ↓

Fizikoje labai dažnai vartojama „jėgos“ sąvoka: gravitacinė jėga, atstūmimo jėga, elektromagnetinė jėga ir kt. Susidaro klaidingas įspūdis, kad jėga yra kažkas, kas veikia objektus ir egzistuoja pati.

Iš kur iš tikrųjų atsiranda jėga ir kas ji vis dėlto?

Pažvelkime į šią koncepciją naudodami garsą kaip pavyzdį. Dainuodami galime keisti skleidžiamo garso stiprumą, t.y. apimtis. Norėdami tai padaryti, padidiname iškvėpimo greitį ir susiauriname tarpą tarp balso stygų. Kas atsitinka? Balso stygų būklės kitimo greitis didėja. Balsai skirstomi į žemus ir aukštus. Kuo jie skiriasi vienas nuo kito? Balsas atrodo žemas, kai pokyčių greitis palaipsniui mažėja, ir aukštas, kai, atvirkščiai, iškvėpimo pabaigoje didėja.

Visi muzikos instrumentai sukurti tuo pačiu principu. Visi jie leidžia keisti instrumento santykius taip, kad keistųsi jo kitimo greitis ir kryptis arba derinti skirtingų parametrų garsus, kaip styginiuose.

Bet kurioje natūralioje sistemoje vyksta nuolatiniai būsenos pokyčiai. Energiją ir jėgą siejame su dideliu būsenos kitimo greičiu, o poilsį ir statiškumą – su maža energija, bet didele gravitacija.

Jėgos sąvoka mums reikalinga tuo atveju, kai svarstome vienų objektų įtaką kitiems. Bet jei vertinsime sistemą kaip visumą, tai vietoj jėgos mes kalbame apie sistemos būklės kitimo greitį. Bet kas lemia greičio pasikeitimą?

Bet kuri sistema yra svyruojantis procesas. Paprastai, kai kalbame apie svyravimą, mes galvojame apie vienos vertės pasikeitimą tam tikrame diapazone. Pavyzdžiui, gitaros stygos vibracija yra jos vibracija aplink centrinę ašį. Bet tai atsitinka tik todėl, kad eilutės galai yra griežtai pritvirtinti, o tai riboja ją erdvėje.

Jei kalbame apie natūralią sistemą, tai jos svyravimai visada yra bent dviejų parametrų pasikeitimas. Be to, fiziniai parametrai yra tarpusavyje susiję taip, kad padidėjus vienam, kitas mažėja. Pavyzdžiui, sumažėjus slėgiui, padidėja tūris; elektrinio lauko maksimumas atitinka magnetinio lauko minimumą. Dėl šio ciklinio grįžtamojo ryšio sistema svyruoja tam tikros vertės ribose, kuri gali būti laikoma greičio konstanta.

Būtent šios konstantos dėka mes visada jaučiame kryptį, kuri yra sistemoje. Pavyzdžiui, iš trumpo muzikos kūrinio segmento pajuntame, koks bus tolimesnis jo skambesys. Galime suvokti tolesnės plėtros logiką. Matematiniu požiūriu tai reiškia skirtumo apskaičiavimą – sistemos kitimo greitį ir kryptį tam tikru laiko momentu. Tuo muzika skiriasi nuo paprasto triukšmo.

Ir tai, kad tai įmanoma, rodo, kad visas pasaulis yra viena sistema, kurioje visi procesai yra susiję vienas su kitu. Ir visi greičio pokyčiai jame yra nuspėjami ir logiškai tarpusavyje susiję.

Žodis „galia“ yra toks išsamus, kad pateikti jam aiškią sąvoką yra beveik neįmanoma užduotis. Įvairovė nuo raumenų jėgos iki proto jėgos neapima viso į ją įtrauktų sąvokų spektro. Jėga, laikoma fiziniu dydžiu, turi aiškiai apibrėžtą prasmę ir apibrėžimą. Jėgos formulė nurodo matematinį modelį: jėgos priklausomybę nuo pagrindinių parametrų.

Jėgų tyrimo istorija apima priklausomybės nuo parametrų nustatymą ir eksperimentinį priklausomybės įrodymą.

Galia fizikoje

Jėga yra kūnų sąveikos matas. Abipusis kūnų veikimas vienas kitam visiškai apibūdina procesus, susijusius su kūnų greičio ar deformacijos pokyčiais.

Kaip fizikinis dydis, jėga turi matavimo vienetą (SI sistemoje – Niutonas) ir prietaisą jai matuoti – dinamometrą. Jėgos matuoklio veikimo principas pagrįstas kūną veikiančios jėgos palyginimu su dinamometro spyruoklės elastine jėga.

1 niutono jėga laikoma jėga, kuriai veikiamas 1 kg sveriantis kūnas keičia savo greitį 1 m per 1 sekundę.

Stiprumas, kaip apibrėžta:

• veiksmų kryptis;
• taikymo vieta;
• modulis, absoliuti vertė.

Apibūdindami sąveiką, būtinai nurodykite šiuos parametrus.

Natūralios sąveikos rūšys: gravitacinė, elektromagnetinė, stipri, silpna. Gravitacinė universali gravitacija su jos įvairove - gravitacija) egzistuoja dėl bet kurį masę turinčių kūnų supančių gravitacinių laukų įtakos. Gravitacijos laukų tyrimas dar nebaigtas. Lauko šaltinio rasti kol kas nepavyksta.

Didesnis jėgų skaičius atsiranda dėl atomų, sudarančių medžiagą, elektromagnetinės sąveikos.

Slėgio jėga

Kai kūnas sąveikauja su Žeme, jis daro spaudimą paviršiui. Jėga, kurios forma yra: P = mg, nustatoma pagal kūno masę (m). Pagreitis dėl gravitacijos (g) skirtingose ​​​​Žemės platumose turi skirtingas reikšmes.

Vertikalios slėgio jėgos dydis yra lygus ir priešingos krypties tamprumo jėgai, kylančiai atramoje. Jėgos formulė kinta priklausomai nuo kūno judėjimo.

Kūno svorio pokytis

Kūno poveikis atramai dėl sąveikos su Žeme dažnai vadinamas kūno svoriu. Įdomu tai, kad kūno svorio dydis priklauso nuo judėjimo pagreičio vertikalia kryptimi. Tuo atveju, kai pagreičio kryptis yra priešinga gravitacijos pagreičiui, pastebimas svorio padidėjimas. Jeigu kūno pagreitis sutampa su laisvojo kritimo kryptimi, tai kūno svoris mažėja. Pavyzdžiui, būdamas kylančiame lifte, pakilimo pradžioje žmogus kurį laiką jaučia svorio padidėjimą. Nereikia sakyti, kad jo masė keičiasi. Tuo pačiu išskiriame sąvokas „kūno svoris“ ir jo „masė“.

Elastinė jėga

Keičiant kūno formą (jos deformaciją), atsiranda jėga, linkusi grąžinti kūną į pradinę formą. Ši jėga buvo pavadinta „elastingumo jėga“. Jis atsiranda dėl dalelių, sudarančių kūną, elektrinės sąveikos.

Panagrinėkime paprasčiausią deformaciją: įtempimą ir suspaudimą. Įtempimą lydi linijinių kūnų matmenų padidėjimas, suspaudimą – jų mažėjimas. Šiuos procesus apibūdinantis dydis vadinamas kūno pailgėjimu. Pažymėkime jį "x". Tamprumo jėgos formulė yra tiesiogiai susijusi su pailgėjimu. Kiekvienas deformuojamas kūnas turi savo geometrinius ir fizinius parametrus. Tamprumo atsparumo deformacijai priklausomybę nuo kūno ir medžiagos, iš kurios jis pagamintas, savybių lemia tamprumo koeficientas, pavadinkime jį standumu (k).

Matematinis tampriosios sąveikos modelis aprašomas Huko dėsniu.

Jėga, atsirandanti kūno deformacijos metu, yra nukreipta prieš atskirų kūno dalių poslinkio kryptį ir yra tiesiogiai proporcinga jos pailgėjimui:

• F y = -kx (vektoriniu žymėjimu).

„-“ ženklas rodo priešingą deformacijos ir jėgos kryptį.

Skaliarinėje formoje neigiamo ženklo nėra. Tamprioji jėga, kurios formulė yra tokia F y = kx, naudojama tik tampriosioms deformacijoms.

Magnetinio lauko sąveika su srove

Apibūdinamas magnetinio lauko poveikis nuolatinei srovei.Šiuo atveju jėga, kuria magnetinis laukas veikia laidininką su jame esančia srove, vadinama Ampero jėga.

Magnetinio lauko sąveika su sukelia jėgos pasireiškimą. Ampero jėga, kurios formulė yra F = IBlsinα, priklauso nuo (B), aktyviosios laidininko dalies ilgio (l), (I) laidininke ir kampo tarp srovės krypties ir magnetinės indukcijos. .

Dėl paskutinės priklausomybės galima teigti, kad magnetinio lauko veikimo vektorius gali keistis, kai sukasi laidininkas arba keičiasi srovės kryptis. Kairiosios rankos taisyklė leidžia nustatyti veiksmo kryptį. Jei kairioji ranka yra išdėstyta taip, kad magnetinės indukcijos vektorius patektų į delną, keturi pirštai nukreipti išilgai laidininko srovės, tada 90 ° sulenktas nykštys parodys magnetinio lauko kryptį.

Žmonija rado pritaikymo šiam efektui, pavyzdžiui, elektros varikliuose. Rotoriaus sukimąsi sukelia galingo elektromagneto sukuriamas magnetinis laukas. Jėgos formulė leidžia spręsti apie galimybę keisti variklio galią. Didėjant srovei arba lauko stiprumui, didėja sukimo momentas, todėl padidėja variklio galia.

Dalelių trajektorijos

Magnetinio lauko sąveika su krūviu plačiai naudojama masių spektrografuose, tiriant elementariąsias daleles.

Lauko veikimas šiuo atveju sukelia jėgos, vadinamos Lorenco jėga, atsiradimą. Kai tam tikru greičiu judanti įkrauta dalelė patenka į magnetinį lauką, kurio formulė yra F = vBqsinα, verčia dalelę judėti apskritimu.

Šiame matematiniame modelyje v yra dalelės, kurios elektros krūvis yra q, greičio modulis, B – lauko magnetinė indukcija, α – kampas tarp greičio krypčių ir magnetinės indukcijos.

Dalelė juda apskritimu (arba apskritimo lanku), nes jėga ir greitis yra nukreipti 90 ° kampu vienas kito atžvilgiu. Pakeitus linijinio greičio kryptį, atsiranda pagreitis.

Kairiosios rankos taisyklė, aptarta aukščiau, galioja ir tiriant Lorenco jėgą: jei kairioji ranka yra taip, kad magnetinės indukcijos vektorius patektų į delną, keturi pirštai, ištiesti linija, nukreipiami išilgai teigiamai įkrauta dalelė, tada sulenktas 90° nykštys parodys jėgos kryptį.

Plazmos problemos

Magnetinio lauko ir materijos sąveika naudojama ciklotronuose. Problemos, susijusios su laboratoriniu plazmos tyrimu, neleidžia jos laikyti uždaruose induose. Aukšta gali egzistuoti tik esant aukštai temperatūrai. Plazma gali būti laikoma vienoje vietoje erdvėje naudojant magnetinius laukus, sukant dujas žiedo pavidalu. Kontroliuojamus galima tirti ir sukant aukštos temperatūros plazmą į laidą naudojant magnetinius laukus.

Magnetinio lauko poveikio jonizuotoms dujoms pavyzdys natūraliomis sąlygomis yra Aurora Borealis. Šis didingas reginys stebimas virš poliarinio rato 100 km aukštyje virš žemės paviršiaus. Paslaptingą spalvingą dujų švytėjimą buvo galima paaiškinti tik XX a. Žemės magnetinis laukas šalia ašigalių negali sutrukdyti saulės vėjui patekti į atmosferą. Aktyviausia spinduliuotė, nukreipta išilgai magnetinės indukcijos linijų, sukelia atmosferos jonizaciją.

Reiškiniai, susiję su krūvio judėjimu

Istoriškai pagrindinis dydis, apibūdinantis srovės srautą laidininke, vadinamas srovės stipriu. Įdomu tai, kad ši sąvoka neturi nieko bendra su jėga fizikoje. Srovės stiprumas, kurio formulė apima krūvį, tekantį per laiko vienetą per laidininko skerspjūvį, yra tokia:

• I = q/t, kur t – įkrovos tekėjimo laikas q.

Tiesą sakant, srovė yra įkrovimo dydis. Jo matavimo vienetas yra amperas (A), o ne N.

Jėgos darbo apibrėžimas

Medžiagą veikianti jėga lydima darbo atlikimo. Jėgos darbas yra fizikinis dydis, skaitiniu požiūriu lygus jėgos ir ją veikiant poslinkio sandaugai ir kampo tarp jėgos ir poslinkio krypčių kosinusui.

Reikalingas jėgos darbas, kurio formulė A = FScosα, apima jėgos dydį.

Kūno veikimą lydi kūno greičio pasikeitimas arba deformacija, kuri rodo tuo pačiu metu vykstančius energijos pokyčius. Jėgos atliktas darbas tiesiogiai priklauso nuo dydžio.

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

Išskiriami šie pagrindiniai fizikos jėgų dėsniai:

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

Gravitacijos dėsnis

1 pastaba

Gravitacija yra viena iš gravitacijos jėgų veikimo apraiškų.

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

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

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

Gravitacijos nustatymo formulė atrodys taip:

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

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

Judėjimo trajektorija veikiant gravitacijai priklauso nuo:

• objekto pradinio greičio modulis;
• kūno greičio kryptis.

Su šiuo fiziniu reiškiniu žmogus susiduria kiekvieną dieną.

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

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

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

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

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

1 apibrėžimas

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

Tais atvejais, kai kūnas yra ramybės būsenoje arba tolygiai juda horizontaliu paviršiumi, svoris bus lygus atramos reakcijos jėgai ir savo verte sutaps su gravitacijos jėgos dydžiu:

Vienodai pagreitinus judėjimą vertikaliai, svoris skirsis nuo gravitacijos jėgos, atsižvelgiant į pagreičio vektorių. Kai pagreičio vektorius nukreipiamas priešinga kryptimi, atsiranda perkrovos sąlyga. Tais atvejais, kai kūnas ir atrama juda pagreičiu $a = g$, tada svoris bus lygus nuliui. Nulinio svorio būsena vadinama nesvarumu.

Gravitacinio lauko stipris apskaičiuojamas taip:

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

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

Kūnas dedamas tam tikrame lauko taške.

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

Gravitacinio lauko potencialą galima rasti pagal formulę:

$\varphi = \Pi / m$

Čia $П$ yra materialaus taško, kurio masė $m$, potenciali energija. Jis dedamas tam tikrame lauko taške.

Trinties dėsniai

Užrašas 2

Trinties jėga atsiranda judant ir yra nukreipta prieš kūno slydimą.

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

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

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

Tampriosios jėgos dėsnis

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

$F = k \cdot \Delta l$

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

Panaši formulė gali apibūdinti paprasčiausią deformacijos atvejį. Paprastai tai vadinama Huko dėsniu. Jame teigiama, kad bandant deformuoti kūną bet kokiu prieinamu būdu, tamprumo jėga bus linkusi grąžinti objekto formą į pradinę formą.

Norint suprasti ir tiksliai apibūdinti fizikinį reiškinį, įvedamos papildomos sąvokos. Tamprumo koeficientas parodo priklausomybę nuo:

• medžiagos savybės;
• strypų dydžiai.

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

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

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

Atliekant tiesių strypų skaičiavimus, Huko dėsnis rašomas santykine forma:

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

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