Сила (фізична величина). Закони сили, формули

1.Сила- Векторна фізична величина, що є мірою інтенсивності впливу на цетіло інших тіл, а такожполів. Додана до масивного тілу сила є причиною зміни йогошвидкості або виникнення в ньомудеформацій та напруг.

Сила як векторна величина характеризується модулем, напрямомі «точкою» програмисили. Останнім параметром поняття про силу, як вектор у фізиці, відрізняється від поняття про вектор в векторній алгебрі, де рівні за модулем і напрямом вектори, незалежно від точки їх застосування, вважаються одним і тим же вектором. У фізиці ці вектори називаються вільними векторами. У механіці надзвичайно поширене уявлення про зв'язані вектори, початок яких закріплено в певній точці простору або може перебувати на лінії, що продовжує напрям вектора (ковзаючі вектори).

Також використовується поняття лінія дії сили, Що позначає пряму, що проходить через точку докладання сили, по якій спрямована сила.

Другий закон Ньютона свідчить, що у інерційних системах відліку прискорення матеріальної точки за напрямом збігається з рівнодіючої всіх сил, прикладених до тіла, а, по модулю прямо пропорційно модулю сили й обернено пропорційно масі матеріальної точки. Або, що еквівалентно, швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює прикладеній силі.

При додатку сили до тіла кінцевих розмірів у ньому виникають механічні напруження, що супроводжуються деформаціями.

З погляду Стандартної моделі фізики елементарних частинок фундаментальні взаємодії (гравітаційна, слабка, електромагнітна, сильна) здійснюються за допомогою обміну так званими калібрувальними бозонами. Експерименти з фізики високих енергій, проведені в 70-80-х роках. XX ст. підтвердили припущення про те, що слабка та електромагнітна взаємодії є проявами більш фундаментальної електрослабкої взаємодії.

Розмірність сили - LMT −2 , одиницею виміру у Міжнародній системі одиниць (СІ) є ньютон (N, Н), у системі СГС - діна.

2. Перший закон Ньютона.

Перший закон Ньютона стверджує, що існують системи відліку, в яких тіла зберігають стан спокою або рівномірного прямолінійного руху за відсутності дій на них з боку інших тіл або взаємної компенсації цих впливів. Такі системи відліку називаються інерційними. Ньютон припустив, кожен масивний об'єкт має певний запас інерції, який характеризує «природне стан» руху цього об'єкта. Ця ідея заперечує погляд Аристотеля, котрий розглядав спокій «природним станом» об'єкта. Перший закон Ньютона суперечить арістотелівській фізиці, одним із положень якої є твердження про те, що тіло може рухатися з постійною швидкістю лише під дією сили. Той факт, що в механіці Ньютона в інерційних системах відліку спокій фізично не відрізняється від рівномірного прямолінійного руху, є обґрунтуванням принципу відносності Галілея. Серед сукупності тіл принципово неможливо визначити, які з них знаходиться «в русі», а які «спочивають». Говорити про рух можна лише щодо будь-якої системи відліку. Закони механіки виконуються однаково в усіх інерційних системах відліку, тобто всі вони механічно еквівалентні. Останнє випливає з про перетворень Галілея.

3.Другий закон Ньютона.

Другий закон Ньютона у сучасному формулюванні звучить так: в інерційній системі відліку швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює векторній сумі всіх сил, що діють на цю точку.

де – імпульс матеріальної точки, – сумарна сила, що діє на матеріальну точку. Другий закон Ньютона свідчить, що вплив незбалансованих сил призводить до зміни імпульсу матеріальної точки.

За визначенням імпульсу:

де – маса, – швидкість.

У класичній механіці при швидкостях руху набагато менше швидкості світла маса матеріальної точки вважається незмінною, що дозволяє виносити її за цих умов за знак диференціала:

Враховуючи визначення прискорення точки, другий закон Ньютона набуває вигляду:

Вважається, що це «друга найвідоміша формула у фізиці», хоча сам Ньютон ніколи явно не записував свій другий закон у цьому вигляді. Вперше цю форму закону можна зустріти у працях К.Маклорена та Л.Ейлера.

Оскільки в будь-якій інерційній системі відліку прискорення тіла однаково і не змінюється при переході від однієї системи до іншої, то сила інваріантна по відношенню до такого переходу.

У всіх явищах природи силанезалежно від свого походження, проявляється лише у механічному сенсі, тобто як причина порушення рівномірного та прямолінійного руху тіла в інерційній системі координат. Зворотне твердження, тобто встановлення факту такого руху, не свідчить про відсутність сил, що діють на тіло, а лише про те, що дії цих сил взаємно врівноважуються. Інакше: їхня векторна сума є вектор з модулем, рівним нулю. На цьому ґрунтується вимір величини сили, коли вона компенсується силою, величина якої відома.

Другий закон Ньютона дозволяє вимірювати величину сили. Наприклад, знання маси планети та її доцентрового прискорення при русі по орбіті дозволяє обчислити величину сили гравітаційного тяжіння, що діє на цю планету з боку Сонця.

4.Третій закон Ньютона.

Для будь-яких двох тіл (назвемо їх тіло 1 і тіло 2) третій закон Ньютона стверджує, що сила дії тіла 1 на тіло 2 супроводжується появою рівною за модулем, але протилежною за направленням сили, що діє на тіло 1 з боку тіла 2. Математично закон записується так:

Цей закон означає, що сили завжди виникають парами «дія-протидія». Якщо тіло 1 і тіло 2 знаходяться в одній системі, то сумарна сила в системі, обумовлена ​​взаємодією цих тіл, дорівнює нулю:

Це означає, що у замкнутій системі немає незбалансованих внутрішніх сил. Це призводить до того, що центр мас замкнутої системи (тобто тієї, яку не діють зовнішні сили) не може рухатися з прискоренням. Окремі частини системи можуть прискорюватися, але лише таким чином, що система в цілому залишається у стані спокою або рівномірного прямолінійного руху. Однак у разі, якщо зовнішні сили подіють систему, її центр мас почне рухатися з прискоренням, пропорційним зовнішньої результуючої силі і обернено пропорційним масі системи.

5.Гравітація.

Гравітація ( сила тяжіння) - універсальна взаємодія між будь-якими видами матерії. У рамках класичної механіки описується законом всесвітнього тяжіння, сформульованим Ісааком Ньютоном у його праці «Математичні засади натуральної філософії». Ньютон отримав величину прискорення, з яким Місяць рухається навколо Землі, поклавши при розрахунку, що сила тяжіння зменшується пропорційно квадрату відстані від тіла, що тяжіє. Крім цього, їм було встановлено, що прискорення, обумовлене тяжінням одного тіла іншим, пропорційне добутку мас цих тіл. На підставі цих двох висновків був сформульований закон тяжіння: будь-які матеріальні частинки притягуються у напрямку один до одного з силою, прямо пропорційною добутку мас (і) і обернено пропорційною квадрату відстані між ними:

Тут – гравітаційна стала, значення якої вперше набув у своїх дослідах Генрі Кавендіш. Використовуючи цей закон, можна отримати формули для розрахунку сили тяжіння тіл довільної форми. Теорія тяжіння Ньютона добре описує рух планет Сонячної системи та багатьох інших небесних тіл. Однак, в її основі лежить концепція далекодії, що суперечить теорії відносності. Тому класична теорія тяжіння не застосовна для опису руху тіл, що переміщуються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, гравітаційних полів надзвичайно масивних об'єктів (наприклад, чорних дірок), а також змінних полів тяжіння, створюваних тілами, що рухаються, на великих відстанях від них.

Найбільш загальною теорією гравітації є загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна. У ній гравітація не характеризується інваріантною силою, яка залежить від системи відліку. Натомість вільний рух тіл у гравітаційному полі, сприйманий спостерігачем як рух по викривленим траєкторіям у тривимірному просторі-часі зі змінною швидкістю, розглядається як рух за інерцією по геодезичній лінії у викривленому чотиривимірному просторі-часі, в якому час у різних точках тече по-різному . Причому ця лінія в певному сенсі «найбільш пряма» - вона така, що просторово-часовий проміжок (власний час) між двома просторово-часовими положеннями даного тіла є максимальним. Викривлення простору залежить від маси тіл, і навіть від усіх видів енергії, що у системі.

6.Електростатичне поле (поле нерухомих зарядів).

Розвиток фізики після Ньютона додало до трьох основних (довжина, маса, час) величин електричний заряд з розмірністю C. Однак, виходячи з вимог практики, як основна одиниця виміру стали використовувати не одиницю заряду, а одиницю сили електричного струму. Так, у системі СІ основною одиницею є ампер, а одиниця заряду – кулон – похідна від нього.

Оскільки заряд, як такий, не існує незалежно від тіла, що несе його, то електрична взаємодія тіл проявляється у вигляді тієї ж розглянутої в механіці сили, що служить причиною прискорення. Що стосується електростатичного взаємодії двох точкових зарядів величинами і , які у вакуумі, використовується закон Кулона. У формі, що відповідає системі СІ, він має вигляд:

де - сила, з якою заряд 1 діє на заряд 2 - вектор, спрямований від заряду 1 до заряду 2 і по модулю дорівнює відстані між зарядами, а - електрична постійна, рівна ≈ 8,854187817 10 -12 Ф/м. При поміщенні зарядів в однорідне та ізотропне середовище сила взаємодії зменшується в ε разів, де ε - діелектрична проникність середовища.

Сила спрямована вздовж лінії, що з'єднує точкові заряди. Графічно електростатичне поле прийнято зображати у вигляді картини силових ліній, що являють собою уявні траєкторії, якими переміщалася б позбавлена ​​маси заряджена частка. Ці лінії починаються однією і закінчуються іншому заряді.

7. Електромагнітне поле (поле постійних струмів).

Існування магнітного поля визнавалося ще в середні віки китайцями, які використовували «люблячий камінь» - магніт, як прообраз магнітного компаса. Графічно магнітне поле прийнято зображати як замкнутих силових ліній, густота яких (як і, як і разі електростатичного поля) визначає його інтенсивність. Історично наочним способом візуалізації магнітного поля була залізна тирса, насипані, наприклад, на аркуш паперу, покладений на магніт.

Ерстед встановив, що струм по провіднику струм викликає відхилення магнітної стрілки.

Фарадей дійшов висновку, що навколо провідника зі струмом створюється магнітне поле.

Ампер висловив гіпотезу, визнану у фізиці, як модель процесу виникнення магнітного поля, що полягає у існуванні в матеріалах мікроскопічних замкнутих струмів, що забезпечують спільно ефект природного або наведеного магнетизму.

Ампером було встановлено, що в системі відліку, що знаходиться у вакуумі, по відношенню до якої заряд знаходиться в русі, тобто поводиться як електричний струм, виникає магнітне поле, інтенсивність якого визначається вектором магнітної індукції, що лежить в площині, розташованої перпендикулярно по відношенню до напрямку руху заряду.

Одиницею вимірювання магнітної індукції є тесла: 1 Тл = 1 Т кг з −2 А −2
Кількісно завдання було вирішено Ампером, який вимірював силу взаємодії двох паралельних провідників з поточними струмами. Один з провідників створював навколо себе магнітне поле, другий реагував на це поле зближенням або видаленням з силою, що піддається вимірюванню, знаючи яку і величину сили струму можна було визначити модуль вектора магнітної індукції.

Силове взаємодія між електричними зарядами, які у русі щодо одне одного описується законом Кулона. Проте заряди, що у русі щодо одне одного створюють магнітні поля, з яких створені рухом зарядів струмів у разі приходять у стан силового взаємодії.

Принциповою відмінністю сили, що виникає при відносному русі зарядів від випадку їхнього стаціонарного розміщення, є відмінність у геометрії цих сил. Для випадку електростатики сил взаємодії двох зарядів спрямована по лінії, що їх з'єднує. Тому геометрія завдання двовимірна і розгляд ведеться в площині, що проходить цю лінію.

У разі струмів сила, що характеризує магнітне поле, створюване струмом, розташована в площині перпендикулярної струму. Тому картина явища стає тривимірною. Магнітне поле, створюване нескінченно малим по довжині елементом першого струму, взаємодіючи з таким самим елементом другого струму, у загальному випадку створює силу, що діє на нього. При цьому для обох струмів ця картина є повністю симетричною в тому сенсі, що нумерація струмів довільна.

Закон взаємодії струмів використовується для еталонування постійного струму.

8.Сильна взаємодія.

Сильна взаємодія – фундаментальна короткодіюча взаємодія між адронами та кварками. В атомному ядрі сильна взаємодія утримує разом позитивно заряджені (що зазнають електростатичного відштовхування) протони, відбувається за допомогою обміну пі-мезонами між нуклонами (протонами і нейтронами). Пі-мезон живуть дуже мало, часу життя їм вистачає лише на те, щоб забезпечити ядерні сили в радіусі ядра, тому ядерні сили називають короткодіючими. Збільшення кількості нейтронів «розбавляє» ядро, зменшуючи електростатичні сили та збільшуючи ядерні, але за великої кількості нейтронів вони самі, будучи ферміонами, починають відчувати відштовхування внаслідок принципу Паулі. Також при надто сильному зближенні нуклонів починається обмін W-бозонами, що викликає відштовхування, завдяки цьому атомні ядра не «схлопуються».

Усередині самих адронів сильна взаємодія утримує разом кварки - складові адронів. Квантами сильного поля є глюони. Кожен кварк має один із трьох «колірних» зарядів, кожен глюон складається з пари «колір»-«антицвіт». Глюони пов'язують кварки у т.з. "конфайнмент", через який на даний момент вільні кварки в експерименті не спостерігалися. При віддаленні кварків друг від друга енергія глюонних зв'язків зростає, а чи не зменшується як із ядерному взаємодії. Витративши багато енергії (зіштовхнувши адрони в прискорювачі) можна розірвати кварк-глюонний зв'язок, але при цьому відбувається викид струменя нових адронів. Втім, вільні кварки можуть існувати в космосі: якщо якомусь кварку вдалося уникнути конфайнменту під час Великого вибуху, то ймовірність анігілювати з відповідним антикварком або перетворитись на безбарвний адрон для такого кварку зникаюче мала.

9.Слабка взаємодія.

Слабка взаємодія - фундаментальна короткодіюча взаємодія. Радіус дії 10 −18 м. Симетрично щодо комбінації просторової інверсії та зарядового сполучення. У слабкій взаємодії беруть участь усі фундаментальніферміони (лептониі кварки). Це єдина взаємодія, в якій беруть участьнейтрино(НЕ вважаючи гравітації, незначно малою в лабораторних умовах), чим пояснюється колосальна проникаюча здатність цих частинок. Слабка взаємодія дозволяє лептонам, кваркам та їхантичастинкамобмінюватися енергією, масою, електричним зарядомі квантовими числами- тобто перетворюватися один на одного. Один із проявів -бета-розпад.

христ.) – один із «дев'яти ангельських чинів». За класифікацією Псевдо-Діонісія Ареопагіта – п'ятий чин, що разом із пануваннями та владою становить другу тріаду.

Відмінне визначення

Неповне визначення ↓

СИЛА

немеханічна, метафізична). Поліхроносна орієнтація прихованої поглиненості, що є комплементарною до будь-якої структури, до цієї структури. Для суб'єктивної свідомості С. може бути тільки як віртуальність. В об'єктивному також немає жодних сил. С. - завжди симптом зрізу чи розрізу існування, зміни характеру вичленування частини з цілого.

Таким чином, комплекс сила-час-рух-структура - завжди даність недоповненості по проникності, неосяжності цілого, на межі частини та їй додаткового. Однак саме С. за своїм значенням є найбільшим понятійним сурогатом. Вона виявляється локально тут-тепер представляється проекцією множини факторів.

Суб'єкт відчуває не ті чи інші внутрішні психічні сили, але навіть у крайньому чи екстремальному випадку - лише тиску "сил". Утилізація цих тисків як актів і афектів також залишає будь-які нові сили прихованими.

Ми цілком можемо перейти від звичайних феноменів до мікрофеноменів, реальних, але тих, що лежать поза звичайними звичайними і науковими видами, проте перехід до будь-якої мікромоторики, мікрокінетичність неможливий.

Тривіальне визначення сили як заходи евристично неприйнятне. Все те, що пов'язане з енергією, постає як прорив недобуття через ту чи іншу систему заборон, яка визначається структурами конкретної даності. При цьому сам прорив каналізується певним чином. Питання ускладнюється тим, що структури що неспроможні існувати у жодному ролі, якщо свідомо є вже даної оформленістю енергетичного прориву. У якусь гіпотетичну абсолютну мить жодних структур немає - вони тимчасові породження, а за

гранню циклів – інертні повтори.

Відмінне визначення

Неповне визначення ↓

У фізиці дуже часто використовується поняття «сила»: сила тяжіння, сила відштовхування, електромагнітна сила і т. д. Складається оманливе враження, що сила - це щось, що впливає на об'єкти, що існує саме по собі.

Звідки ж насправді беруться сили і що це таке взагалі?

Давайте розглянемо це поняття з прикладу звуку. Коли ми співаємо, ми можемо варіювати силу звуку, що видається, тобто. гучність. Для цього ми збільшуємо швидкість видиху та звужуємо простір між голосовими зв'язками. Що при цьому відбувається? Збільшується швидкість зміни стану голосових зв'язок. Голоси ділять на низькі та високі. А чим вони відрізняються одна від одної? Голос здається низьким, коли швидкість зміни поступово зменшується, а високим – коли навпаки збільшується до кінця видиху.

За цим принципом влаштовані всі музичні інструменти. Всі вони дозволяють варіювати співвідношення інструменту таким чином, щоб змінювати швидкість і напрямок його зміни, або поєднувати звуки з різними параметрами, як у струнних.

У будь-якій природній системі відбуваються постійні зміни стану. Енергія, сила асоціюються у нас із високою швидкістю зміни стану, а спокій, статичність — із низькою енергією, але високою гравітацією.

Поняття сили потрібне нам у тому випадку, коли ми розглядаємо вплив одних об'єктів на інші. Але якщо ми розглядаємо систему загалом, то замість сили ми говоримо про швидкість зміни стану системи. Але що причина зміни швидкості?

Будь-яка система є коливальний процес. Зазвичай, коли ми говоримо про коливання, ми уявляємо зміну однієї величини в межах якогось діапазону. Наприклад, коливання гітарної струни — це коливання навколо центральної осі. Але це відбувається лише тому, що кінці струни суворо закріплені, що обмежує їх у просторі.

Якщо ж ми говоримо про природну систему, то коливання в ній – це завжди зміна як мінімум двох параметрів. При цьому фізичні параметри взаємопов'язані один з одним таким чином, що збільшення одного призводить до зменшення іншого. Наприклад, зменшення тиску веде до збільшення обсягу, максимум електричного поля відповідає мінімуму магнітного. Такий зворотний циклічний зв'язок сприяє коливанню системи у межах певного значення, що вважатимуться константою швидкості.

Саме завдяки цій константі ми завжди відчуваємо той напрямок, який є в системі. Наприклад, за коротким відрізком музичного твору ми відчуваємо, яким буде її подальше звучання. Ми можемо вловити логіку подальшого розвитку. З точки зору математики це означає обчислити диференціал - швидкість та напрямок зміни системи в даний момент часу. Цим музика відрізняється від простого шуму.

І той факт, що це можливо, говорить про те, що світ загалом є єдиною системою, де всі процеси пов'язані один з одним. І всі зміни швидкостей у ньому передбачувані та логічно взаємопов'язані.

Слово «сила» настільки всеосяжне, що дати йому чітке поняття – завдання практично нездійсненне. Різноманітність від сили м'язів до сили розуму не охоплює весь спектр вкладених у нього понять. Сила, розглянута як фізична величина, має чітко визначене значення та визначення. Формула сили визначає математичну модель: залежність сили від основних параметрів.

Історія дослідження сил включає визначення залежності від параметрів та експериментальний доказ залежності.

Сила у фізиці

Сила – міра взаємодії тел. Взаємна дія тіл один на одного повністю описує процеси, пов'язані зі зміною швидкості або деформацією тіл.

Як фізична величина сила має одиницю виміру (у системі СІ - Ньютон) та прилад для її виміру - динамометр. Принцип дії силоміра заснований на порівнянні сили, що діє на тіло, з силою пружності динамометра пружини.

За силу в 1 ньютон прийнято силу, під дією якої тіло масою 1 кг змінює свою швидкість на 1 м за 1 секунду.

Сила як визначається:

• напрямом дії;
• точкою програми;
• модулем, абсолютною величиною.

Описуючи взаємодію, обов'язково вказують ці параметри.

Види природних взаємодій: гравітаційні, електромагнітні, сильні, слабкі. Гравітаційні всесвітнього тяжіння з її різновидом (силою тяжіння) існують завдяки впливу гравітаційних полів, що оточують будь-яке тіло, що має масу. Дослідження полів гравітації не закінчено досі. Знайти джерело поля поки неможливо.

Більший ряд сил виникає внаслідок електромагнітної взаємодії атомів, у тому числі складається речовина.

Сила тиску

При взаємодії тіла із Землею воно чинить тиск на поверхню. Сила якої має вигляд: P = mg визначається масою тіла (m). Прискорення вільного падіння (g) має різні значення різних широтах Землі.

Сила вертикального тиску дорівнює модулю і протилежна за напрямом силі пружності, що виникає в опорі. Формула сили змінюється залежно від руху тіла.

Зміна ваги тіла

Дія тіла на опору внаслідок взаємодії із Землею найчастіше називають вагою тіла. Цікаво, що величина ваги тіла залежить від прискорення руху у вертикальному напрямку. У тому випадку, коли напрям прискорення протилежний до прискорення вільного падіння, спостерігається збільшення ваги. Якщо прискорення тіла збігається із напрямком вільного падіння, то вага тіла зменшується. Наприклад, перебуваючи в ліфті, що піднімається, на початку підйому людина відчуває збільшення ваги деякий час. Стверджувати, що його маса змінюється, не доводиться. При цьому поділяємо поняття «вага тіла» та його «маса».

Сила пружності

При зміні форми тіла (його деформації) виникає сила, яка прагне повернути тілу його первісну форму. Цій силі дали назву "сила пружності". Виникає вона внаслідок електричної взаємодії частинок, у тому числі складається тіло.

Розглянемо найпростішу деформацію: розтягування та стиск. Розтягнення супроводжується збільшенням лінійних розмірів тіл, стиснення – їх зменшенням. Величину, що характеризує ці процеси, називають подовженням тіла. Позначимо її "x". Формула сили пружності безпосередньо з подовженням. Кожне тіло, що піддається деформації, має власні геометричні та фізичні параметри. Залежність пружного опору деформації від властивостей тіла та матеріалу, з якого воно виготовлено, визначається коефіцієнтом пружності, назвемо його жорсткістю (k).

Математична модель пружної взаємодії описується законом Гука.

Сила, що виникає при деформації тіла, спрямована проти спрямування окремих частин тіла, прямо пропорційна його подовженню:

• F y = -kx (у векторному записі).

Знак «-» говорить про протилежність напрямку деформації та сили.

У скалярній формі від'ємний знак відсутній. Сила пружності, формула якої має наступний вид F y = kx, використовується лише при пружних деформаціях.

Взаємодія магнітного поля зі струмом

Вплив магнітного поля на постійний струм описується. При цьому сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, поміщений у нього, називається силою Ампера.

Взаємодія магнітного поля спричиняє силовий прояв. Сила Ампера, формула якої має вигляд F = IBlsinα, залежить від (В), довжини активної частини провідника (l), (I) у провіднику та кута між напрямком струму та магнітною індукцією.

Завдяки останній залежності можна стверджувати, що вектор дії магнітного поля може змінитись при повороті провідника або зміні напрямку струму. Правило лівої руки дозволяє встановити напрямок дії. Якщо ліву руку розташувати таким чином, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, чотири пальці були направлені струмом у провіднику, то відігнутий на 90° великий палець покаже напрямок дії магнітного поля.

Застосування цього впливу людством виявлено, наприклад, в електродвигунах. Обертання ротора викликається магнітним полем, створеним потужним електромагнітом. Формула сили дозволяє судити про можливість зміни потужності двигуна. Зі збільшенням сили струму або величини поля обертальний момент зростає, що призводить до збільшення потужності двигуна.

Траєкторії частинок

Взаємодія магнітного поля із зарядом широко використовується у мас-спектрографах для дослідження елементарних частинок.

Дія поля у своїй викликає появу сили, названої силою Лоренца. При попаданні в магнітне поле зарядженої частки, що рухається з деякою швидкістю, формула якої має вигляд F = vBqsinα, викликає рух частинки по колу.

У цій математичній моделі v – модуль швидкості частинки, електричний заряд якої – q, В – магнітна індукція поля, α – кут між напрямками швидкості та магнітної індукції.

Частка рухається по колу (чи дузі кола), оскільки сила і швидкість спрямовані під кутом 90 ° друг до друга. Зміна напряму лінійної швидкості викликає появу прискорення.

Правило лівої руки, розглянуте вище, має місце і при вивченні сили Лоренца: якщо ліву руку розташувати таким чином, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, чотири пальці, витягнуті в лінію, були спрямовані за швидкістю позитивно зарядженої частки, то відігнутий на 90° великий палець покаже напрямок дії сили.

Проблеми плазми

Взаємодія магнітного поля та речовини використовується в циклотронах. Проблеми, пов'язані з лабораторним вивченням плазми, не дозволяють утримувати її в замкнутих судинах. Високо може існувати лише за високих температур. Утримати плазму в одному місці простору можна за допомогою магнітних полів, закручуючи газ у вигляді кільця. Керовані можна вивчати також закручуючи високотемпературну плазму в шнур за допомогою магнітних полів.

Приклад дії магнітного поля у природних умовах на іонізований газ - Полярне сяйво. Це величне видовище спостерігається за полярним колом на висоті 100 км. над поверхнею землі. Загадкове барвисте свічення газу пояснити змогли лише у ХХ столітті. Магнітне поле землі поблизу полюсів не може перешкоджати проникненню сонячного вітру в атмосферу. Найбільш активне випромінювання, спрямоване вздовж ліній магнітної індукції, викликає іонізацію атмосфери.

Явища, пов'язані з рухом заряду

Історично склалося так, що основною величиною, що характеризує протікання струму у провіднику, називають силу струму. Цікаво, що це поняття нічого спільного із силою у фізиці не має. Сила струму, формула якої включає заряд, що протікає за одиницю часу через поперечний переріз провідника, має вигляд:

• I = q/t, де t – час протікання заряду q.

Фактично, сила струму – величина заряду. Одиницею її виміру є Ампер (А), на відміну Н.

Визначення роботи сили

Силовий вплив на речовину супроводжується виконанням роботи. Робота сили - фізична величина, чисельно рівна добутку сили на переміщення, пройдене під її дією, і косинус кута між напрямками сили та переміщення.

Шукана робота сили, формула якої має вигляд A = FScosα, включає величину сили.

Дія тіла супроводжується зміною швидкості тіла або деформацією, що говорить про одночасні зміни енергії. Робота сили залежить від величини.

Існує низка законів, що характеризують фізичні процеси при механічних рухах тіл.

Вирізняють такі основні закони сил у фізиці:

• закон сили тяжіння;
• закон всесвітнього тяготіння;
• закони сили тертя;
• закон сили пружності;
• закони Ньютона.

Закон сили тяжіння

Зауваження 1

Сила тяжіння є одним із випадків прояву дії гравітаційних сил.

Силу тяжкості представляють у вигляді такої сили, що діє на тіло з боку планети та надає йому прискорення вільного падіння.

Вільне падіння можна розглянути у вигляді $mg = G\frac(mM)(r^2)$, звідки отримуємо формулу прискорення вільного падіння:

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

Формула визначення сили тяжіння виглядатиме так:

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

Сила важкості має певний вектор поширення. Він завжди спрямований вертикально вниз, тобто у напрямку центру планети. На тіло діє сили тяжіння постійно і це означає, що воно вільне падіння.

Траєкторія руху при дії сили тяжіння залежить від:

• модуля початкової швидкості об'єкта;
• напрями швидкості руху тіла

З цим фізичним явищем людина стикається щодня.

Силу тяжкості можна також подати у вигляді формули $P = mg$. При прискоренні вільного падіння враховуються додаткові величини.

Якщо розглядати закон всесвітнього тяжіння, який сформулював Ісаак Ньютон, всі тіла мають певну масу. Вони притягуються один до одного із силою. Її назвуть гравітаційною силою.

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

Ця сила прямо пропорційна добутку мас двох тіл і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

$G = 6,7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, де $G$ - це гравітаційна постійна і вона має за міжнародною системою вимірів СІ постійне значення.

Визначення 1

Вагою називають силу, з якою тіло діє поверхню планети після виникнення сили тяжіння.

У випадках, коли тіло перебуває в стані спокою або рівномірно рухається горизонтальною поверхнею, тоді вага дорівнюватиме силі реакції опори і збігатися за значенням з величиною сили тяжіння:

При рівноприскореному русі вертикально вага буде відрізнятися від сили тяжіння, виходячи з вектора прискорення. При напрямку вектора прискорення у протилежний бік виникає стан навантаження. У випадках, коли тіло разом з опорою рухаються з прискоренням $а = g$, тоді вага дорівнюватиме нулю. Стан із нульовою вагою називають невагомістю.

Напруженість поля тяжіння вираховується так:

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

Величина $F$ - сила тяжіння, що діє матеріальну точку масою $m$.

Тіло міститься у певну точку поля.

Потенційна енергія гравітаційної взаємодії двох матеріальних точок, що мають маси $m_1$ і $m_2$, повинні знаходитися на відстані $r$ одна від одної.

Потенціал поля тяжіння можна знайти за такою формулою:

$\varphi = \Pi / m$

Тут $П$ - потенційна енергія матеріальної точки з масою $m$. Вона вміщена у певну точку поля.

Закони сили тертя

Зауваження 2

Сила тертя виникає під час руху і спрямована проти ковзання тіла.

Статична сила тертя буде пропорційна нормальній реакції. Статична сила тертя не лежить в залежності від форми і розмірів поверхонь, що труться. Від матеріалу тіл, які стикаються та породжують силу тертя, залежить статичний коефіцієнт тертя. Однак закони тертя не можна назвати стабільними та точними, оскільки часто спостерігаються у результатах досліджень різні відхилення.

Традиційне написання сили тертя передбачає використання коефіцієнта тертя ($ eta $), $ N $ - сила нормального тиску.

Також виділяють зовнішнє тертя, силу тертя кочення, силу тертя ковзання, в'язку силу тертя та інші види тертя.

Закон сили пружності

Сила пружності дорівнює жорсткості тіла, яку помножили на величину деформації:

$F = k \cdot \Delta l$

У нашій класичній формулі сили пошуку сили пружності чільне місце займають величини жорсткості тіла ($k$) і деформації тіла ($\Delta l$). Одиницею виміру сили є Ньютон (Н).

Подібна формула може описати найпростіший випадок деформації. Його прийнято називати законом Гука. Він говорить, що при спробі будь-яким доступним способом деформувати тіло, сила пружності прагнутиме повернути форму об'єкта в первісний вигляд.

Для розуміння та точного процесу опису фізичного явища вводять додаткові поняття. Коефіцієнт пружності показує залежність від:

• властивостей матеріалу;
• розмірів стрижня.

Зокрема, виділяють залежність від розмірів стрижня або площі поперечного перерізу та довжини. Тоді коефіцієнт пружності тіла записують у вигляді:

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

У такій формулі величина E є модулем пружності першого роду. Також її називають модулем Юнга. Вона відбиває механічні характеристики певного матеріалу.

Під час проведення розрахунків прямих стрижнів застосовується запис закону Гука у відносній формі:

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

Зазначається, що застосування закону Гука матиме ефективний характер лише за відносно невеликих деформацій. Якщо йде перевищення рівня межі пропорційності, то зв'язок між деформаціями та напругами стає нелінійним. Для деяких середовищ закон Гука не можна застосовувати навіть за невеликих деформацій.