siehe auch "Physisches Portal"

Kraft als Vektorgröße ist gekennzeichnet Modul , Richtung und "Punkt" der Anwendung Stärke. Durch den letzten Parameter unterscheidet sich das Konzept der Kraft als Vektor in der Physik von dem Konzept eines Vektors in der Vektoralgebra, wo Vektoren mit gleichem Betrag und gleicher Richtung unabhängig vom Punkt ihrer Anwendung als derselbe Vektor betrachtet werden. In der Physik nennt man diese Vektoren freie Vektoren, in der Mechanik ist der Begriff der gebundenen Vektoren weit verbreitet, deren Anfang an einem bestimmten Punkt im Raum fixiert ist oder auf einer Linie liegen kann, die die Richtung des Vektors fortsetzt (gleitende Vektoren). ). .

Das Konzept wird auch verwendet Kraftlinie, bezeichnet die durch den Angriffspunkt der Kraft verlaufende Gerade, entlang der die Kraft gerichtet ist.

Die Dimension der Kraft ist LMT −2, die Maßeinheit im Internationalen Einheitensystem (SI) ist Newton (N, N), im CGS-System - Dyn.

Geschichte des Konzepts

Der Begriff der Kraft wurde von Wissenschaftlern der Antike in ihren Arbeiten über Statik und Bewegung verwendet. Er befasste sich mit der Untersuchung von Kräften bei der Konstruktion einfacher Mechanismen im 3. Jahrhundert. BC e. Archimedes. Aristoteles' Machtvorstellungen, verbunden mit grundlegenden Widersprüchen, hielten sich über mehrere Jahrhunderte. Diese Ungereimtheiten wurden im 17. Jahrhundert beseitigt. Isaac Newton verwendet mathematische Methoden zur Beschreibung der Kraft. Die Newtonsche Mechanik blieb fast dreihundert Jahre lang allgemein akzeptiert. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Albert Einstein zeigte in der Relativitätstheorie, dass die Newtonsche Mechanik nur bei relativ geringen Geschwindigkeiten und Massen von Körpern im System korrekt ist, wodurch die grundlegenden Bestimmungen der Kinematik und Dynamik geklärt und einige neue Eigenschaften der Raumzeit beschrieben wurden.

Newtonsche Mechanik

Isaac Newton machte sich daran, die Bewegung von Objekten mit den Begriffen Trägheit und Kraft zu beschreiben. Dabei stellte er nebenbei fest, dass jede mechanische Bewegung allgemeinen Erhaltungssätzen unterliegt. In Mr. Newton veröffentlichte er sein berühmtes Werk "", in dem er die drei Grundgesetze der klassischen Mechanik (die berühmten Gesetze von Newton) skizzierte.

Newtons erstes Gesetz

Zum Beispiel sind die Gesetze der Mechanik in der Karosserie eines Lastwagens, wenn er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Strecke fährt, und im Stillstand genau gleich. Eine Person kann einen Ball senkrecht nach oben werfen und ihn nach einiger Zeit an der gleichen Stelle fangen, unabhängig davon, ob sich der Lastwagen gleichmäßig und geradlinig bewegt oder ruht. Für ihn fliegt der Ball geradeaus. Für einen außenstehenden Beobachter am Boden sieht die Flugbahn des Balls jedoch wie eine Parabel aus. Dies liegt daran, dass sich der Ball während des Fluges nicht nur vertikal, sondern durch Trägheit auch horizontal in Richtung LKW relativ zum Boden bewegt. Für eine Person auf der Ladefläche eines Lastwagens spielt es keine Rolle, ob sich dieser auf der Straße bewegt oder sich die Umgebung mit konstanter Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung bewegt und der Lastwagen stillsteht. Somit sind der Ruhezustand und die gleichförmige geradlinige Bewegung physikalisch nicht voneinander zu unterscheiden.

Newtons zweites Gesetz

Per Definition von Impuls:

Wo ist die Masse, ist die Geschwindigkeit.

Wenn die Masse eines materiellen Punktes unverändert bleibt, dann ist die zeitliche Ableitung der Masse Null und die Gleichung lautet:

Newtons drittes Gesetz

Für zwei beliebige Körper (nennen wir sie Körper 1 und Körper 2) besagt das dritte Newtonsche Gesetz, dass die Kraft der Einwirkung von Körper 1 auf Körper 2 mit dem Auftreten einer Kraft einhergeht, die im absoluten Wert gleich, aber in entgegengesetzter Richtung wirkt auf Körper 1 von Körper 2. Mathematisch wird das Gesetz so geschrieben:

Dieses Gesetz besagt, dass Kräfte immer in Aktions-Reaktions-Paaren auftreten. Wenn sich Körper 1 und Körper 2 im selben System befinden, dann ist die Gesamtkraft im System aufgrund der Wechselwirkung dieser Körper null:

Das bedeutet, dass es in einem geschlossenen System keine unausgeglichenen inneren Kräfte gibt. Dies führt dazu, dass sich der Massenmittelpunkt eines geschlossenen (also von äußeren Kräften unbeeinflussten) Systems nicht mit Beschleunigung bewegen kann. Einzelne Teile des Systems können beschleunigen, aber nur so, dass das System als Ganzes in einem Zustand der Ruhe oder einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung bleibt. Wenn jedoch äußere Kräfte auf das System einwirken, beginnt sich sein Massenschwerpunkt mit einer Beschleunigung zu bewegen, die proportional zur resultierenden äußeren Kraft und umgekehrt proportional zur Masse des Systems ist.

Grundlegende Wechselwirkungen

Alle Kräfte in der Natur basieren auf vier Arten grundlegender Wechselwirkungen. Die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit aller Arten von Wechselwirkungen ist gleich der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Elektromagnetische Kräfte wirken zwischen elektrisch geladenen Körpern, Gravitationskräfte wirken zwischen massiven Objekten. Die Starken und die Schwachen treten nur in sehr geringen Abständen auf und sind verantwortlich für die Wechselwirkung zwischen subatomaren Teilchen, einschließlich der Nukleonen, aus denen Atomkerne bestehen.

Gemessen wird die Intensität der starken und schwachen Wechselwirkungen Energieeinheiten(Elektronenvolt), nicht Einheiten der Kraft, und daher erklärt sich die Anwendung des Begriffs „Kraft“ auf sie aus der Tradition, die der Antike entnommen wurde, um alle Phänomene in der umgebenden Welt durch die Wirkung von „Kräften“ zu erklären, die für jedes Phänomen spezifisch sind.

Der Begriff der Kraft kann nicht auf die Phänomene der subatomaren Welt angewendet werden. Dies ist ein Konzept aus dem Arsenal der klassischen Physik, verbunden (wenn auch nur unbewusst) mit Newtons Vorstellungen von Fernwirkungskräften. In der subatomaren Physik gibt es solche Kräfte nicht mehr: Sie werden durch Wechselwirkungen zwischen Teilchen ersetzt, die durch Felder entstehen, also einige andere Teilchen. Daher vermeiden es Hochenergiephysiker, das Wort zu verwenden Stärke, ersetzen Sie es durch das Wort Interaktion.

Jede Art von Wechselwirkung ist auf den Austausch der entsprechenden Wechselwirkungsträger zurückzuführen: gravitativ - der Austausch von Gravitonen (Existenz wurde nicht experimentell bestätigt), elektromagnetisch - virtuelle Photonen, schwach - Vektorbosonen, stark - Gluonen (und bei großen Entfernungen - Mesonen). Gegenwärtig werden die elektromagnetischen und schwachen Wechselwirkungen zu der grundlegenderen elektroschwachen Wechselwirkung verschmolzen. Es wird versucht, alle vier fundamentalen Wechselwirkungen zu einer zu vereinen (die sogenannte Grand Unified Theory).

Die ganze Vielfalt der Kräfte, die sich in der Natur manifestieren, lässt sich im Prinzip auf diese vier grundlegenden Wechselwirkungen zurückführen. Beispielsweise ist Reibung eine Manifestation elektromagnetischer Kräfte, die zwischen Atomen zweier in Kontakt stehender Oberflächen wirken, und des Pauli-Ausschlussprinzips, das verhindert, dass Atome in den Bereich des anderen eindringen. Die Kraft, die auftritt, wenn sich eine Feder verformt, beschrieben durch das Hookesche Gesetz, ist auch das Ergebnis elektromagnetischer Kräfte zwischen Teilchen und des Pauli-Ausschlussprinzips, das die Atome des Kristallgitters einer Substanz dazu zwingt, nahe einer Gleichgewichtsposition gehalten zu werden. .

In der Praxis erweist es sich jedoch als nicht nur unzweckmäßig, sondern je nach Problemstellung auch als schlichtweg unmöglich, eine derart eingehende Betrachtung der Frage der Krafteinwirkung vorzunehmen.

Schwere

Schwere ( Schwere) - universelle Interaktion zwischen jeder Art von Materie. Im Rahmen der klassischen Mechanik wird sie durch das von Isaac Newton in seinem Werk „The Mathematical Principles of Natural Philosophy“ formulierte Gesetz der universellen Gravitation beschrieben. Newton erhielt die Größe der Beschleunigung, mit der sich der Mond um die Erde bewegt, indem er bei der Berechnung annahm, dass die Gravitationskraft umgekehrt mit dem Quadrat der Entfernung vom Gravitationskörper abnimmt. Außerdem fand er heraus, dass die Beschleunigung aufgrund der Anziehung eines Körpers durch einen anderen proportional zum Produkt der Massen dieser Körper ist. Basierend auf diesen beiden Schlussfolgerungen wurde das Gravitationsgesetz formuliert: Alle materiellen Partikel werden mit einer Kraft angezogen, die direkt proportional zum Produkt der Massen ( und ) und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist:

Hier ist die Gravitationskonstante, deren Wert zuerst in seinen Experimenten von Henry Cavendish erhalten wurde. Unter Verwendung dieses Gesetzes kann man Formeln zur Berechnung der Gravitationskraft von Körpern beliebiger Form erhalten. Newtons Gravitationstheorie beschreibt gut die Bewegung der Planeten des Sonnensystems und vieler anderer Himmelskörper. Es basiert jedoch auf dem Konzept der Fernwirkung, was der Relativitätstheorie widerspricht. Daher ist die klassische Gravitationstheorie nicht anwendbar, um die Bewegung von Körpern zu beschreiben, die sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, die Gravitationsfelder extrem massiver Objekte (z. B. Schwarze Löcher) sowie variable Gravitationsfelder, die von ihnen erzeugt werden sich bewegende Körper in großen Entfernungen von ihnen.

Elektromagnetische Wechselwirkung

Elektrostatisches Feld (Festladungsfeld)

Die Entwicklung der Physik nach Newton fügte den drei Hauptgrößen (Länge, Masse, Zeit) eine elektrische Ladung mit der Dimension C hinzu. Aufgrund der Erfordernisse der Praxis aufgrund der Bequemlichkeit der Messung war jedoch ein elektrischer Strom mit der Dimension I oft anstelle von Gebühren verwendet, und ich = CT − 1 . Die Einheit der Ladung ist das Coulomb und die Einheit des Stroms ist das Ampere.

Da die Ladung als solche nicht unabhängig von dem sie tragenden Körper existiert, manifestiert sich die elektrische Wechselwirkung der Körper in Form derselben Kraft, die in der Mechanik betrachtet wird und eine Beschleunigung bewirkt. In Anwendung auf die elektrostatische Wechselwirkung zweier "Punktladungen" im Vakuum wird das Coulombsche Gesetz verwendet:

wo ist der Abstand zwischen den Ladungen und ε 0 ≈ 8,854187817 10 −12 F/m. In einem homogenen (isotropen) Stoff in diesem System nimmt die Wechselwirkungskraft um den Faktor ε ab, wobei ε die Dielektrizitätskonstante des Mediums ist.

Die Richtung der Kraft fällt mit der Verbindungslinie der Punktladungen zusammen. Grafisch wird ein elektrostatisches Feld normalerweise als Bild von Kraftlinien dargestellt, bei denen es sich um imaginäre Bahnen handelt, entlang denen sich ein geladenes Teilchen ohne Masse bewegen würde. Diese Linien beginnen auf dem einen und enden auf den anderen Gebühren.

Elektromagnetisches Feld (DC-Feld)

Die Existenz eines Magnetfeldes wurde bereits im Mittelalter von den Chinesen erkannt, die den „Liebenden Stein“ – einen Magneten – als Prototyp eines magnetischen Kompasses verwendeten. Grafisch wird das Magnetfeld meist als geschlossene Kraftlinien dargestellt, deren Dichte (wie bei einem elektrostatischen Feld) seine Intensität bestimmt. Historisch gesehen war eine visuelle Möglichkeit, das Magnetfeld zu visualisieren, Eisenspäne, die beispielsweise auf ein Blatt Papier gegossen wurden, das auf einem Magneten lag.

Abgeleitete Arten von Kräften

Elastische Kraft- die Kraft, die aus der Verformung des Körpers entsteht und dieser Verformung entgegenwirkt. Bei elastischen Verformungen ist es potentiell. Die elastische Kraft hat eine elektromagnetische Natur und ist eine makroskopische Manifestation der intermolekularen Wechselwirkung. Die elastische Kraft ist der Verschiebung entgegengerichtet, senkrecht zur Oberfläche. Der Kraftvektor ist der Verschiebungsrichtung von Molekülen entgegengesetzt.

Reibungskraft- die Kraft, die aus der Relativbewegung fester Körper entsteht und dieser Bewegung entgegenwirkt. Bezieht sich auf dissipative Kräfte. Die Reibungskraft ist elektromagnetischer Natur und ist eine makroskopische Manifestation der intermolekularen Wechselwirkung. Der Reibungskraftvektor ist dem Geschwindigkeitsvektor entgegengesetzt gerichtet.

Mittlere Widerstandskraft- die Kraft, die durch die Bewegung eines festen Körpers in einem flüssigen oder gasförmigen Medium entsteht. Bezieht sich auf dissipative Kräfte. Die Widerstandskraft hat eine elektromagnetische Natur und ist eine makroskopische Manifestation der intermolekularen Wechselwirkung. Der Widerstandskraftvektor ist dem Geschwindigkeitsvektor entgegengesetzt gerichtet.

Kraft der normalen Unterstützungsreaktion- die elastische Kraft, die von der Stützseite auf den Körper wirkt. Senkrecht zur Oberfläche des Trägers gerichtet.

Oberflächenspannungskräfte- Kräfte, die an der Oberfläche des Phasenabschnitts auftreten. Es hat eine elektromagnetische Natur und ist eine makroskopische Manifestation der intermolekularen Wechselwirkung. Die Spannkraft ist tangential zur Grenzfläche gerichtet; entsteht durch die unkompensierte Anziehung von an der Phasengrenze befindlichen Molekülen durch nicht an der Phasengrenze befindliche Moleküle.

Osmotischer Druck

Van-der-Waals-Kräfte- elektromagnetische zwischenmolekulare Kräfte, die aus der Polarisierung von Molekülen und der Bildung von Dipolen entstehen. Van-der-Waals-Kräfte nehmen mit zunehmender Entfernung schnell ab.

Trägheitskraft ist eine fiktive Kraft, die in nicht-träge Bezugssysteme eingeführt wird, um in ihnen das zweite Newtonsche Gesetz zu erfüllen. Insbesondere im Bezugssystem eines gleichmäßig beschleunigten Körpers ist die Trägheitskraft der Beschleunigung entgegen gerichtet. Aus der Gesamtträgheitskraft können der Einfachheit halber die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft unterschieden werden.

Ergebnis

Bei der Berechnung der Beschleunigung eines Körpers werden alle auf ihn einwirkenden Kräfte durch eine Kraft, die sogenannte Resultierende, ersetzt. Dies ist die geometrische Summe aller auf den Körper wirkenden Kräfte. In diesem Fall hängt die Wirkung jeder Kraft nicht von der Wirkung anderer ab, das heißt, jede Kraft verleiht dem Körper eine solche Beschleunigung, die sie ohne die Wirkung anderer Kräfte ausüben würde. Diese Aussage wird als Prinzip der Unabhängigkeit der Wirkung von Kräften (Superpositionsprinzip) bezeichnet.

siehe auch

Quellen

• Grigoriev V. I., Myakishev G. Ya. - „Kräfte in der Natur“
• Landau, L. D., Lifschitz, E. M. Mechanik - 5. Auflage, stereotyp. - M.: Fizmatlit, 2004. - 224 S. - ("Theoretische Physik", Band I). - .

Anmerkungen

1. Glossar. Erdobservatorium. NASA. - "Kraft - jeder äußere Faktor, der eine Änderung der Bewegung eines freien Körpers oder das Auftreten innerer Spannungen in einem festen Körper verursacht."(Englisch)
2. Bronstein I. N. Semendyaev K. A. Handbuch der Mathematik. M.: Verlag „Nauka“, Ausgabe physikalischer und mathematischer Referenzliteratur, 1964.
3. Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. Vorlesungen über Physik, Band 1 - Addison-Wesley, 1963.(Englisch)

> Stärke

Beschreibung Kräfte in der Physik: Begriff und Definition, Kraftgesetze, Maßeinheiten in Newton, Newtons zweites Gesetz und Formel, Diagramm der Wirkung der Kraft eines Objekts.

Stärke- jede Aktion, die zu einer Änderung der Bewegung, Richtung oder geometrischen Struktur des Objekts führt.

Lernaufgabe

• Stellen Sie eine Beziehung zwischen Masse und Beschleunigung her.

Wichtige Punkte

• Kraft ist ein Vektorkonzept, das Größe und Richtung hat. Dies gilt auch für Masse und Beschleunigung.
• Einfach ausgedrückt wirkt Kraft als Druck oder Zug, was durch verschiedene Standards definiert werden kann.
• Dynamik ist die Lehre von der Kraft, die Objekte oder Systeme dazu bringt, sich zu bewegen und zu verformen.
• Äußere Kräfte sind alle äußeren Einflüsse, die auf den Körper einwirken, während innere Kräfte von innen wirken.

Bedingungen

• Die Vektorgeschwindigkeit ist die Änderungsrate der Position in Zeit und Richtung.
• Kraft ist jede Aktion, die bewirkt, dass sich ein Objekt in Bewegung, Richtung oder geometrischer Struktur ändert.
• Ein Vektor ist eine gerichtete Größe, die durch Betrag und Richtung (zwischen zwei Punkten) gekennzeichnet ist.

Beispiel

Verwenden Sie zwei Gummibänder, um Kraftstandards in der Physik, Ursachen und Ergebnisse zu untersuchen. Hängen Sie einen in vertikaler Position an einen Haken. Finden Sie ein kleines Objekt und befestigen Sie es am hängenden Ende. Messen Sie die resultierende Dehnung mit verschiedenen Gegenständen. Welche Beziehung besteht zwischen der Anzahl der hängenden Objekte und der Länge der Strecke? Was passiert mit dem geklebten Gewicht, wenn Sie das Band mit einem Bleistift verschieben?

Überprüfung erzwingen

In der Physik ist eine Kraft jedes Phänomen, das bewirkt, dass ein Objekt Änderungen in Bewegung, Richtung oder geometrischem Design durchläuft. Gemessen in Newton. Eine Kraft ist etwas, das bewirkt, dass ein Objekt mit Masse seine Geschwindigkeit ändert oder sich verformt. Force wird auch mit intuitiven Begriffen wie „push“ oder „push“ beschrieben. Hat Betrag und Richtung (Vektor).

Eigenschaften

Das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass die auf ein Objekt wirkende Nettokraft gleich der Geschwindigkeit ist, mit der sich sein Impuls ändert. Außerdem ist die Beschleunigung eines Objekts direkt proportional zu der auf es wirkenden Kraft und ist in Richtung der Nettokraft und umgekehrt proportional zur Masse.

Denken Sie daran, dass Kraft eine Vektorgröße ist. Ein Vektor ist ein eindimensionales Array mit Betrag und Richtung. Es hat Masse und Beschleunigung:

Ebenfalls mit Kraft verbunden sind Schub (erhöht die Geschwindigkeit eines Objekts), Verzögerung (verringert die Geschwindigkeit) und Drehmoment (ändert die Geschwindigkeit). Auch Kräfte, die nicht in allen Teilen des Objekts gleichmäßig aufgebracht werden, führen zu mechanischer Spannung (Materie verformen). Wenn es in einem festen Objekt es allmählich verformt, dann ändert es in einer Flüssigkeit Druck und Volumen.

Dynamik

Es ist die Lehre von den Kräften, die Objekte und Systeme in Bewegung setzen. Wir verstehen Kraft als einen bestimmten Druck oder Zug. Sie haben Größe und Richtung. In der Abbildung sehen Sie mehrere Beispiele für die Anwendung von Gewalt. Oben links - Rollensystem. Die auf das Kabel aufzubringende Kraft muss größer oder gleich der Kraft sein, die durch Masse, Gegenstände oder die Wirkung der Schwerkraft erzeugt wird. Oben rechts zeigt, dass jedes auf der Oberfläche platzierte Objekt diese beeinflusst. Unten ist die Anziehungskraft von Magneten.

1. Newtonsche Gesetze der Dynamik

die Gesetze oder Axiome der Bewegung (wie von Newton selbst in seinen Principia Mathematica, 1687 formuliert): „I. Jeder Körper wird solange in seinem Ruhezustand oder seiner gleichförmigen und geradlinigen Bewegung gehalten, bis und soweit er durch aufgebrachte Kräfte gezwungen wird, diesen Zustand zu ändern. II. Die Impulsänderung ist proportional zur aufgebrachten Antriebskraft und erfolgt in Richtung der Geraden, entlang der diese Kraft wirkt. III. Eine Aktion hat immer eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion, ansonsten sind die Wechselwirkungen zweier Körper gegeneinander gleich und gegensätzlich gerichtet.

2. Was ist Stärke?

Kraft wird durch Größe und Richtung charakterisiert. Kraft charakterisiert die Einwirkung anderer Körper auf einen gegebenen Körper. Das Ergebnis einer auf einen Körper wirkenden Kraft hängt nicht nur von ihrer Größe und Richtung ab, sondern auch vom Angriffspunkt der Kraft. Die Resultante ist eine Kraft, deren Ergebnis dasselbe ist wie das Ergebnis der Wirkung aller realen Kräfte. Wenn die Kräfte gleichgerichtet sind, ist die Resultierende gleich ihrer Summe und in die gleiche Richtung gerichtet. Wenn die Kräfte in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, dann ist die Resultierende gleich ihrer Differenz und auf die größere Kraft gerichtet.

Schwerkraft und Körpergewicht

Gravitation ist die Kraft, mit der ein Körper aufgrund der universellen Gravitation von der Erde angezogen wird. Alle Körper im Universum werden voneinander angezogen, und je größer ihre Masse und je näher sie sich befinden, desto stärker ist die Anziehung.

Um die Schwerkraft zu berechnen, sollte die Masse des Körpers mit einem Faktor multipliziert werden, der mit dem Buchstaben g bezeichnet wird und ungefähr 9,8 N / kg entspricht. Somit wird die Schwerkraft durch die Formel berechnet

Das Körpergewicht ist die Kraft, mit der der Körper durch Anziehung zur Erde auf die Unterlage drückt oder die Aufhängung dehnt. Wenn der Körper weder Halt noch Aufhängung hat, dann hat der Körper auch kein Gewicht – er befindet sich in einem Zustand der Schwerelosigkeit.

Elastische Kraft

Die elastische Kraft ist die Kraft, die im Inneren des Körpers durch Verformung entsteht und die Formänderung verhindert. Je nachdem, wie sich die Form des Körpers ändert, gibt es mehrere Arten von Verformungen, insbesondere Zug und Druck, Biegung, Scherung und Scherung, Torsion.

Je mehr die Form des Körpers verändert wird, desto größer ist die elastische Kraft, die in ihm entsteht.

Dynamometer - ein Gerät zur Kraftmessung: Die gemessene Kraft wird mit der elastischen Kraft verglichen, die in der Feder des Dynamometers auftritt.

Reibungskraft

Die Haftreibungskraft ist die Kraft, die den Körper daran hindert, sich zu bewegen.

Der Grund für das Auftreten von Reibung liegt darin, dass alle Oberflächen Unregelmäßigkeiten aufweisen, die ineinandergreifen. Wenn die Oberflächen poliert sind, wird die Reibung durch die Kräfte der molekularen Wechselwirkung verursacht. Wenn sich ein Körper auf einer horizontalen Fläche bewegt, richtet sich die Reibungskraft gegen die Bewegung und ist direkt proportional zur Gewichtskraft:

Die Gleitreibungskraft ist die Widerstandskraft, wenn ein Körper über die Oberfläche eines anderen gleitet. Die Rollreibungskraft ist die Widerstandskraft, wenn ein Körper über die Oberfläche eines anderen rollt; sie ist viel kleiner als die Kraft der Gleitreibung.

Wenn Reibung nützlich ist, wird sie erhöht; wenn schädlich - reduzieren.

3. ERHALTUNGSGESETZE

Gesetze der Erhaltung, physikalische Gesetze, nach denen einige Eigenschaften eines abgeschlossenen Systems bei allen Änderungen im System unverändert bleiben. Die wichtigsten sind Gesetze der Erhaltung von Materie und Energie. Das Gesetz der Erhaltung der Materie besagt, dass Materie weder erzeugt noch zerstört wird; bei chemischen Umwandlungen bleibt die Gesamtmasse unverändert. Auch die Gesamtenergiemenge im System bleibt unverändert; Energie wird nur von einer Form in eine andere umgewandelt. Beide Gesetze sind nur annähernd wahr. Masse und Energie lassen sich gemäß der Gleichung ineinander umrechnen E = ts 2. Nur die Gesamtmasse und ihre äquivalente Energie bleiben unverändert. Ein weiteres Erhaltungsgesetz betrifft die elektrische Ladung: Sie kann nicht erzeugt und auch nicht zerstört werden. Übertragen auf nukleare Prozesse drückt sich der Erhaltungssatz darin aus, dass die Gesamtladung, der Spin und andere Quantenzahlen der wechselwirkenden Teilchen für die aus der Wechselwirkung resultierenden Teilchen gleich bleiben müssen. Bei starken Wechselwirkungen bleiben alle Quantenzahlen erhalten. Bei schwachen Wechselwirkungen werden einige der Anforderungen dieses Gesetzes verletzt, insbesondere im Hinblick auf PARITY.

Der Energieerhaltungssatz lässt sich am Beispiel einer 1 kg schweren Kugel erklären, die aus 100 m Höhe fällt: Die anfängliche Gesamtenergie der Kugel ist ihre potentielle Energie. Wenn es fällt, nimmt die potentielle Energie allmählich ab und die kinetische Energie zu, aber die Gesamtenergiemenge bleibt unverändert, es gilt also Energieerhaltung. A - kinetische Energie steigt von 0 auf Maximum, B - potentielle Energie nimmt von Maximum auf null ab; C - die Gesamtenergiemenge, die der Summe aus kinetischer und potenter Energie entspricht. Das Gesetz der Erhaltung der Materie besagt, dass im Verlauf chemischer Reaktionen keine Materie entsteht und nicht verschwindet. Dieses Phänomen lässt sich mit dem klassischen Versuch demonstrieren, bei dem eine unter einem Glasgefäß (A) brennende Kerze gewogen wird. Am Ende des Versuchs bleibt das Gewicht der Kappe und ihres Inhalts gleich wie am Anfang, obwohl die Kerze, deren Substanz hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, „verschwunden“ ist, weil flüchtige Reaktionsprodukte (Wasser und Kohlendioxid) waren davon befreit. Erst nachdem Wissenschaftler Ende des 18. Jahrhunderts das Prinzip der Erhaltung der Materie erkannten, wurde ein quantitativer Zugang zur Chemie möglich.

mechanische Arbeit entsteht, wenn sich ein Körper unter Einwirkung einer auf ihn wirkenden Kraft bewegt.

Die mechanische Arbeit ist direkt proportional zum zurückgelegten Weg und proportional zur Kraft:

Leistung

Die Geschwindigkeit der Arbeit in der Technik ist gekennzeichnet durch Energie.

Leistung ist gleich dem Verhältnis von Arbeit zu Zeit, für die sie geleistet wurde:

Energie ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Arbeit ein Körper verrichten kann. Energie wird gemessen Joule.

Nach getaner Arbeit wird die Energie der Körper gemessen. Die verrichtete Arbeit ist gleich der Energieänderung.

Potenzielle Energie wird durch die gegenseitige Position von zusammenwirkenden Körpern oder Teilen desselben Körpers bestimmt.

E p \u003d F h \u003d gmh.

Wobei g \u003d 9,8 N / kg, m - Körpergewicht (kg), h - Höhe (m).

Kinetische Energie besitzt den Körper durch seine Bewegung. Je größer die Masse des Körpers und die Geschwindigkeit, desto größer ist seine kinetische Energie.

5. das Grundgesetz der Dynamik der Rotationsbewegung

Moment der Macht

1. Das Kraftmoment um die Rotationsachse, (1.1) wo die Projektion der Kraft auf eine Ebene senkrecht zur Rotationsachse ist, ist der Arm der Kraft (der kürzeste Abstand von der Rotationsachse zur Linie). Wirkung der Kraft).

2. Das Kraftmoment relativ zum festen Punkt O (dem Ursprung). (1.2) Er wird durch das Vektorprodukt des Radius-Vektors bestimmt, der vom Punkt O zum Angriffspunkt der Kraft durch diese Kraft gezogen wird; ist ein Pseudovektor, seine Richtung fällt mit der Richtung der Translationsbewegung der rechten Schraube zusammen während seiner Drehung otk ("Herrschaft des Gimlets"). Modul des Kraftmoments, (1.3) wo ist der Winkel zwischen den Vektoren und ist die Schulter der Kraft, der kürzeste Abstand zwischen der Wirkungslinie der Kraft und dem Angriffspunkt der Kraft.

Drehimpuls

1. Der Drehimpuls eines Körpers, der sich um die Achse (1.4) dreht, wobei das Trägheitsmoment des Körpers ist, ist die Winkelgeschwindigkeit. Der Drehimpuls des Körpersystems ist die Vektorsumme der Drehimpulse aller Körper des Systems: . (1.5)

2. Der Drehimpuls eines materiellen Punktes mit Impuls relativ zum Fixpunkt O (dem Ursprung). (1.6) Er wird bestimmt durch das Vektorprodukt des vom Punkt O zum materiellen Punkt gezogenen Radius-Vektors und des Impulsvektors; ist ein Pseudo-Vektor, dessen Richtung mit der Richtung der Translationsbewegung der rechten Schraube zusammenfällt seine Rotation otk („Rule of the gimlet“). Modul des Drehimpulsvektors (1.7) wobei der Winkel zwischen den Vektoren und die Schulter des Vektors relativ zum Punkt O ist

Trägheitsmoment um die Rotationsachse

1. Trägheitsmoment eines materiellen Punktes , (1.8) wobei die Masse des Punktes ist, ist sein Abstand von der Rotationsachse.

2. Trägheitsmoment eines diskreten starren Körpers (1.9) wobei das Massenelement des starren Körpers, der Abstand dieses Elements von der Rotationsachse und die Anzahl der Körperelemente ist.

3. Trägheitsmoment bei stetiger Massenverteilung (Festkörper). (1.10) Ist der Körper homogen, d.h. Seine Dichte ist im gesamten Volumen gleich, dann wird der Ausdruck (1.11) verwendet, wo und das Volumen des Körpers.

1. Stärke- Vektor physikalische Größe, die ein Maß für die Intensität der Auswirkung auf eine gegebene ist Karosserie andere Körper und Felder . An das Massive gebunden Körperkraft ist die Ursache seiner Veränderung Geschwindigkeit oder Auftreten darin Verformungen und Spannungen.

Kraft als Vektorgröße ist gekennzeichnet Modul, Richtung und "Punkt" der Anwendung Stärke. Durch den letzten Parameter unterscheidet sich das Konzept der Kraft als Vektor in der Physik von dem Konzept eines Vektors in der Vektoralgebra, wo Vektoren mit gleichem Betrag und gleicher Richtung unabhängig vom Punkt ihrer Anwendung als derselbe Vektor betrachtet werden. In der Physik nennt man diese Vektoren freie Vektoren. In der Mechanik ist der Begriff zusammenhängender Vektoren weit verbreitet, deren Anfang an einem bestimmten Punkt im Raum festgelegt ist oder auf einer Linie liegen kann, die die Richtung des Vektors fortsetzt (gleitende Vektoren).

Das Konzept wird auch verwendet Kraftlinie, bezeichnet die durch den Angriffspunkt der Kraft verlaufende Gerade, entlang der die Kraft gerichtet ist.

Das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass in Trägheitsbezugssystemen die Beschleunigung eines materiellen Punktes in Richtung mit der Resultierenden aller auf den Körper wirkenden Kräfte zusammenfällt und im absoluten Wert direkt proportional zum Kraftmodul und umgekehrt proportional zur Masse des Materials ist Punkt. Oder äquivalent dazu ist die Änderungsrate des Impulses eines materiellen Punktes gleich der aufgebrachten Kraft.

Wenn eine Kraft auf einen Körper mit endlichen Abmessungen ausgeübt wird, entstehen in ihm mechanische Spannungen, begleitet von Verformungen.

Aus Sicht des Standardmodells der Elementarteilchenphysik werden fundamentale Wechselwirkungen (gravitativ, schwach, elektromagnetisch, stark) durch den Austausch sogenannter Eichbosonen durchgeführt. Experimente zur Hochenergiephysik, die in den 70er-80er Jahren durchgeführt wurden. 20. Jahrhundert bestätigten die Annahme, dass die schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkungen Manifestationen einer grundlegenderen elektroschwachen Wechselwirkung sind.

Die Dimension der Kraft ist LMT −2, die Maßeinheit im Internationalen Einheitensystem (SI) ist Newton (N, N), im CGS-System ist es Dyn.

2. Newtons erstes Gesetz.

Das erste Newtonsche Gesetz besagt, dass es Bezugsrahmen gibt, in denen Körper einen Ruhezustand oder eine gleichförmige geradlinige Bewegung beibehalten, wenn keine Einwirkungen anderer Körper auf sie einwirken oder diese Einflüsse sich gegenseitig kompensieren. Solche Bezugssysteme werden inertial genannt. Newton schlug vor, dass jedes massive Objekt eine gewisse Trägheit hat, die den „natürlichen Zustand“ der Bewegung dieses Objekts charakterisiert. Diese Idee widerlegt die Ansicht von Aristoteles, der Ruhe als den "natürlichen Zustand" eines Objekts betrachtete. Newtons erstes Gesetz widerspricht der aristotelischen Physik, die unter anderem die Behauptung enthält, dass sich ein Körper nur unter Einwirkung einer Kraft mit konstanter Geschwindigkeit bewegen kann. Die Tatsache, dass in der Newtonschen Mechanik in Trägheitsbezugssystemen Ruhe physikalisch nicht von gleichförmiger geradliniger Bewegung zu unterscheiden ist, ist die Rechtfertigung von Galileis Relativitätsprinzip. Unter der Gesamtheit der Körper ist es grundsätzlich unmöglich festzustellen, welcher von ihnen „in Bewegung“ und welcher „in Ruhe“ ist. Von Bewegung kann nur in Bezug auf irgendeinen Bezugsrahmen gesprochen werden. Die Gesetze der Mechanik gelten in allen Trägheitsbezugssystemen gleich, d.h. sie sind alle mechanisch äquivalent. Letztere folgt aus den sogenannten Galileischen Transformationen.

3. Newtons zweites Gesetz.

Newtons zweites Gesetz in seiner modernen Formulierung lautet so: In einem Trägheitsbezugssystem ist die Änderungsrate des Impulses eines materiellen Punktes gleich der Vektorsumme aller auf diesen Punkt wirkenden Kräfte.

wo ist der Impuls des materiellen Punktes, ist die Gesamtkraft, die auf den materiellen Punkt wirkt. Das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass die Wirkung unausgeglichener Kräfte zu einer Änderung des Impulses eines materiellen Punktes führt.

Per Definition von Impuls:

Wo ist die Masse, ist die Geschwindigkeit.

In der klassischen Mechanik wird bei Bewegungsgeschwindigkeiten, die viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit sind, die Masse eines materiellen Punktes als unverändert betrachtet, was es erlaubt, ihn unter diesen Bedingungen aus dem Vorzeichen des Differentials zu nehmen:

Angesichts der Definition der Beschleunigung eines Punktes hat Newtons zweites Gesetz die Form:

Es wird angenommen, dass es "die zweitberühmteste Formel der Physik" ist, obwohl Newton selbst sein zweites Gesetz nie explizit in dieser Form niedergeschrieben hat. Erstmals findet sich diese Rechtsform in den Arbeiten von K. Maclaurin und L. Euler.

Da in jedem Trägheitsbezugssystem die Beschleunigung des Körpers dieselbe ist und sich beim Bewegen von einem System zum anderen nicht ändert, ist die Kraft in Bezug auf einen solchen Übergang unveränderlich.

Bei allen Naturphänomenen Stärke, unabhängig von seiner Herkunft, erscheint nur im mechanischen Sinne, das heißt, als Ursache der Verletzung der gleichförmigen und geradlinigen Bewegung des Körpers im Trägheitskoordinatensystem. Die entgegengesetzte Aussage, d. h. die Feststellung der Tatsache einer solchen Bewegung, zeigt nicht das Fehlen von Kräften an, die auf den Körper einwirken, sondern nur, dass die Wirkungen dieser Kräfte gegenseitig ausgeglichen sind. Ansonsten: ihre Vektorsumme ist ein Vektor mit Modul gleich Null. Dies ist die Grundlage für die Messung der Größe einer Kraft, wenn sie durch eine Kraft kompensiert wird, deren Größe bekannt ist.

Mit dem zweiten Newtonschen Gesetz können Sie die Größe der Kraft messen. Wenn wir beispielsweise die Masse eines Planeten und seine Zentripetalbeschleunigung kennen, während wir uns in der Umlaufbahn bewegen, können wir die Größe der Anziehungskraft der Schwerkraft berechnen, die von der Sonne auf diesen Planeten wirkt.

4. Newtons drittes Gesetz.

Für zwei beliebige Körper (nennen wir sie Körper 1 und Körper 2) besagt das dritte Newtonsche Gesetz, dass die Kraft der Einwirkung von Körper 1 auf Körper 2 mit dem Auftreten einer Kraft einhergeht, die im absoluten Wert gleich, aber in entgegengesetzter Richtung wirkt auf Körper 1 von Körper 2. Mathematisch ist das Gesetz so geschrieben:

Dieses Gesetz besagt, dass Kräfte immer in Aktions-Reaktions-Paaren auftreten. Wenn sich Körper 1 und Körper 2 im selben System befinden, dann ist die Gesamtkraft im System aufgrund der Wechselwirkung dieser Körper null:

Das bedeutet, dass es in einem geschlossenen System keine unausgeglichenen inneren Kräfte gibt. Dies führt dazu, dass sich der Massenmittelpunkt eines geschlossenen (also von äußeren Kräften unbeeinflussten) Systems nicht mit Beschleunigung bewegen kann. Einzelne Teile des Systems können beschleunigen, aber nur so, dass das System als Ganzes in einem Zustand der Ruhe oder einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung bleibt. Wenn jedoch äußere Kräfte auf das System einwirken, beginnt sich sein Massenschwerpunkt mit einer Beschleunigung zu bewegen, die proportional zur resultierenden äußeren Kraft und umgekehrt proportional zur Masse des Systems ist.

5. Schwerkraft.

Schwere ( Schwere) - universelle Interaktion zwischen jeder Art von Materie. Im Rahmen der klassischen Mechanik wird sie durch das von Isaac Newton in seinem Werk „The Mathematical Principles of Natural Philosophy“ formulierte Gesetz der universellen Gravitation beschrieben. Newton erhielt die Größe der Beschleunigung, mit der sich der Mond um die Erde bewegt, indem er bei der Berechnung annahm, dass die Gravitationskraft umgekehrt mit dem Quadrat der Entfernung vom Gravitationskörper abnimmt. Außerdem fand er heraus, dass die Beschleunigung aufgrund der Anziehung eines Körpers durch einen anderen proportional zum Produkt der Massen dieser Körper ist. Basierend auf diesen beiden Schlussfolgerungen wurde das Gravitationsgesetz formuliert: Alle materiellen Partikel werden mit einer Kraft angezogen, die direkt proportional zum Produkt der Massen ( und ) und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist:

Hier ist die Gravitationskonstante, deren Wert erstmals von Henry Cavendish in seinen Experimenten ermittelt wurde. Unter Verwendung dieses Gesetzes kann man Formeln zur Berechnung der Gravitationskraft von Körpern beliebiger Form erhalten. Newtons Gravitationstheorie beschreibt gut die Bewegung der Planeten des Sonnensystems und vieler anderer Himmelskörper. Es basiert jedoch auf dem Konzept der Fernwirkung, was der Relativitätstheorie widerspricht. Daher ist die klassische Gravitationstheorie nicht anwendbar, um die Bewegung von Körpern zu beschreiben, die sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, die Gravitationsfelder extrem massiver Objekte (z. B. Schwarze Löcher) sowie variable Gravitationsfelder, die von ihnen erzeugt werden sich bewegende Körper in großen Entfernungen von ihnen.

Eine allgemeinere Gravitationstheorie ist die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein. Darin ist die Schwerkraft nicht durch eine unveränderliche Kraft gekennzeichnet, die nicht vom Bezugssystem abhängt. Stattdessen wird die freie Bewegung von Körpern in einem Gravitationsfeld, die vom Beobachter als Bewegung entlang gekrümmter Bahnen in der dreidimensionalen Raumzeit mit variabler Geschwindigkeit wahrgenommen wird, als Bewegung durch Trägheit entlang einer geodätischen Linie in einem gekrümmten vierdimensionalen Raum betrachtet -Zeit, in der die Zeit an verschiedenen Stellen unterschiedlich fließt. . Außerdem ist diese Linie gewissermaßen „die direkteste“ – sie ist so beschaffen, dass das Raumzeitintervall (Eigenzeit) zwischen den beiden Raumzeitpositionen eines gegebenen Körpers maximal ist. Die Krümmung des Raums hängt von der Masse der Körper sowie von allen im System vorhandenen Energiearten ab.

6. Elektrostatisches Feld (Festladungsfeld).

Die Entwicklung der Physik nach Newton fügte den drei Hauptgrößen (Länge, Masse, Zeit) eine elektrische Ladung mit der Dimension C hinzu. Sie begann jedoch aufgrund der Anforderungen der Praxis, nicht mehr eine Ladungseinheit, sondern eine Einheit von zu verwenden Elektrischer Strom als Hauptmaßeinheit. Im SI-System ist die Grundeinheit also das Ampere, und die Ladungseinheit ist das Pendant, eine Ableitung davon.

Da die Ladung als solche nicht unabhängig von dem sie tragenden Körper existiert, manifestiert sich die elektrische Wechselwirkung der Körper in Form derselben Kraft, die in der Mechanik betrachtet wird und eine Beschleunigung bewirkt. Wie auf die elektrostatische Wechselwirkung zweier Punktladungen mit Werten angewendet und im Vakuum angeordnet, wird das Coulombsche Gesetz verwendet. In der dem SI-System entsprechenden Form hat es die Form:

wo ist die Kraft, mit der Ladung 1 auf Ladung 2 wirkt; Wenn Ladungen in ein homogenes und isotropes Medium eingebracht werden, nimmt die Wechselwirkungskraft um den Faktor ε ab, wobei ε die Dielektrizitätskonstante des Mediums ist.

Die Kraft wird entlang der Linie gerichtet, die die Punktladungen verbindet. Grafisch wird ein elektrostatisches Feld normalerweise als Bild von Kraftlinien dargestellt, bei denen es sich um imaginäre Bahnen handelt, entlang denen sich ein masseloses geladenes Teilchen bewegen würde. Diese Linien beginnen bei einer und enden bei einer anderen Ladung.

7. Elektromagnetisches Feld (Gleichstromfeld).

Die Existenz eines Magnetfeldes wurde bereits im Mittelalter von den Chinesen erkannt, die den „Liebenden Stein“ – einen Magneten – als Prototyp eines magnetischen Kompasses verwendeten. Grafisch wird das Magnetfeld meist als geschlossene Kraftlinien dargestellt, deren Dichte (wie bei einem elektrostatischen Feld) seine Intensität bestimmt. Historisch gesehen war eine visuelle Möglichkeit, das Magnetfeld zu visualisieren, Eisenspäne, die beispielsweise auf ein Blatt Papier gegossen wurden, das auf einem Magneten lag.

Oersted fand heraus, dass der durch den Leiter fließende Strom die Auslenkung der Magnetnadel bewirkt.

Faraday kam zu dem Schluss, dass um einen stromdurchflossenen Leiter herum ein Magnetfeld entsteht.

Ampere stellte eine in der Physik anerkannte Hypothese als Modell für den Prozess der Entstehung eines Magnetfelds auf, das in der Existenz mikroskopisch kleiner geschlossener Ströme in Materialien besteht, die zusammen die Wirkung von natürlichem oder induziertem Magnetismus bewirken.

Ampere fand heraus, dass in einem Bezugssystem im Vakuum, in Bezug auf das sich die Ladung bewegt, sich also wie ein elektrischer Strom verhält, ein Magnetfeld entsteht, dessen Stärke durch den in einer Ebene liegenden magnetischen Induktionsvektor bestimmt wird senkrecht zur Richtung Ladungsbewegung.

Die Einheit der magnetischen Induktion ist Tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Das Problem wurde quantitativ von Ampere gelöst, der die Wechselwirkungskraft zweier paralleler Leiter mit den durch sie fließenden Strömen maß. Einer der Leiter erzeugte um sich herum ein Magnetfeld, der zweite reagierte auf dieses Feld, indem er sich mit einer messbaren Kraft annäherte oder entfernte, und in Kenntnis dieser und der Größe der Stromstärke konnte der Modul des magnetischen Induktionsvektors bestimmt werden.

Die Kraftwechselwirkung zwischen relativ zueinander unbewegten elektrischen Ladungen wird durch das Coulombsche Gesetz beschrieben. Relativ zueinander bewegte Ladungen erzeugen jedoch Magnetfelder, durch die die durch die Bewegung von Ladungen erzeugten Ströme im Allgemeinen in einen Zustand der Kraftwechselwirkung kommen.

Der grundlegende Unterschied zwischen der Kraft, die aus der Relativbewegung von Ladungen entsteht, und dem Fall ihrer stationären Platzierung ist der Unterschied in der Geometrie dieser Kräfte. Bei der Elektrostatik richten sich die Wechselwirkungskräfte zweier Ladungen entlang der sie verbindenden Linie. Daher ist die Geometrie des Problems zweidimensional und die Betrachtung erfolgt in der Ebene, die durch diese Linie verläuft.

Bei Strömen liegt die das durch den Strom erzeugte Magnetfeld charakterisierende Kraft in einer Ebene senkrecht zum Strom. Daher wird das Bild des Phänomens dreidimensional. Das Magnetfeld, das von einem Element des ersten Stroms erzeugt wird, das unendlich klein ist und mit demselben Element des zweiten Stroms interagiert, erzeugt im allgemeinen Fall eine darauf wirkende Kraft. Darüber hinaus ist dieses Bild für beide Ströme vollständig symmetrisch in dem Sinne, dass die Nummerierung der Ströme willkürlich ist.

Das Gesetz der Wechselwirkung von Strömen wird verwendet, um elektrischen Gleichstrom zu standardisieren.

8. Starke Interaktion.

Die starke Wechselwirkung ist die grundlegende kurzreichweitige Wechselwirkung zwischen Hadronen und Quarks. Im Atomkern hält die starke Kraft positiv geladene (elektrostatische Abstoßung erfahrende) Protonen zusammen, dies geschieht durch den Austausch von Pi-Mesonen zwischen Nukleonen (Protonen und Neutronen). Pi-Mesonen leben sehr wenig, ihre Lebensdauer reicht nur aus, um Kernkräfte innerhalb des Radius des Kerns bereitzustellen, daher werden Kernkräfte als kurzreichweitig bezeichnet. Eine Zunahme der Anzahl von Neutronen "verdünnt" den Kern, verringert die elektrostatischen Kräfte und erhöht die nuklearen, aber mit einer großen Anzahl von Neutronen, die Fermionen sind, beginnen sie selbst aufgrund des Pauli-Prinzips eine Abstoßung zu erfahren. Wenn die Nukleonen zu dicht beieinander sind, beginnt auch der Austausch von W-Bosonen, was zu einer Abstoßung führt, wodurch die Atomkerne nicht „kollabieren“.

In den Hadronen selbst hält die starke Kraft die Quarks zusammen, aus denen die Hadronen bestehen. Die Quanten des starken Feldes sind Gluonen. Jedes Quark hat eine von drei "Farb"-Ladungen, jedes Gluon besteht aus einem Paar "Farbe" - "Antifarbe". Gluonen binden Quarks im sogenannten. "Confinement", aufgrund dessen freie Quarks bisher im Experiment nicht beobachtet wurden. Wenn sich die Quarks voneinander entfernen, nimmt die Energie der Gluonbindungen zu und nicht ab wie im Fall der Kernwechselwirkung. Nachdem man viel Energie aufgewendet hat (durch kollidierende Hadronen im Beschleuniger), kann man die Quark-Gluon-Bindung brechen, aber in diesem Fall wird ein Strahl neuer Hadronen ausgestoßen. Freie Quarks können jedoch im Weltraum existieren: Wenn es einem Quark gelungen ist, dem Einschluss während des Urknalls zu entgehen, dann ist die Wahrscheinlichkeit, mit dem entsprechenden Antiquark zu vernichten oder sich in ein farbloses Hadron zu verwandeln, für ein solches Quark verschwindend gering.

9. Schwache Interaktion.

Die schwache Wechselwirkung ist die fundamentale Nahbereichswechselwirkung. Bereich 10 −18 m. Symmetrisch in Bezug auf die Kombination von räumlicher Inversion und Ladungskonjugation. Die schwache Wechselwirkung beinhaltet alle grundlegendenFermionen (Leptonen und Quarks). Dies ist die einzige Interaktion, die involviert istNeutrino(nicht zu erwähnen Schwere, vernachlässigbar unter Laborbedingungen), was die enorme Durchschlagskraft dieser Partikel erklärt. Die schwache Wechselwirkung ermöglicht Leptonen, Quarks und derenAntiteilchen Austausch Energie, Gewicht, elektrische Ladung und Quantenzahlen- das heißt, ineinander übergehen. Eine der ManifestationenBeta-Zerfall.

Es ist notwendig, den Angriffspunkt und die Richtung jeder Kraft zu kennen. Es ist wichtig, genau bestimmen zu können, welche Kräfte in welcher Richtung auf den Körper wirken. Kraft wird als bezeichnet, gemessen in Newton. Um zwischen Kräften zu unterscheiden, werden sie wie folgt bezeichnet

Nachfolgend sind die Hauptkräfte aufgeführt, die in der Natur wirken. Es ist unmöglich, bei der Lösung von Problemen nicht vorhandene Kräfte zu erfinden!

In der Natur gibt es viele Kräfte. Hier betrachten wir die Kräfte, die im Schulphysikunterricht beim Studium der Dynamik berücksichtigt werden. Es werden auch andere Kräfte erwähnt, die in anderen Abschnitten besprochen werden.

Schwere

Jeder Körper auf dem Planeten wird von der Schwerkraft der Erde beeinflusst. Die Kraft, mit der die Erde jeden Körper anzieht, wird durch die Formel bestimmt

Der Angriffspunkt liegt im Körperschwerpunkt. Schwere zeigt immer senkrecht nach unten.

Reibungskraft

Machen wir uns mit der Reibungskraft vertraut. Diese Kraft entsteht, wenn sich Körper bewegen und zwei Oberflächen in Kontakt kommen. Die Kraft entsteht dadurch, dass die Oberflächen unter dem Mikroskop betrachtet nicht glatt sind, wie sie scheinen. Die Reibungskraft wird durch die Formel bestimmt:

Am Kontaktpunkt zwischen zwei Oberflächen wird eine Kraft ausgeübt. In die der Bewegung entgegengesetzte Richtung gerichtet.

Reaktionskraft unterstützen

Stellen Sie sich einen sehr schweren Gegenstand vor, der auf einem Tisch liegt. Der Tisch biegt sich unter dem Gewicht des Objekts. Aber nach Newtons drittem Gesetz wirkt der Tisch auf das Objekt mit genau der gleichen Kraft wie das Objekt auf dem Tisch. Die Kraft ist der Kraft entgegengesetzt, mit der das Objekt auf den Tisch drückt. Das ist oben. Diese Kraft wird als Auflagerreaktion bezeichnet. Der Name der Truppe „spricht“ Unterstützung reagieren. Diese Kraft entsteht immer dann, wenn auf den Träger eingeschlagen wird. Die Art seines Auftretens auf molekularer Ebene. Das Objekt verformt sozusagen die übliche Position und Verbindungen der Moleküle (innerhalb des Tisches), sie neigen wiederum dazu, in ihren ursprünglichen Zustand zurückzukehren, "zu widerstehen".

Absolut jeder Körper, auch ein sehr leichter (z. B. ein auf einem Tisch liegender Bleistift), verformt den Träger auf Mikroebene. Daher tritt eine Stützreaktion auf.

Es gibt keine spezielle Formel, um diese Kraft zu finden. Sie bezeichnen es mit dem Buchstaben, aber diese Kraft ist nur eine eigene Art von elastischer Kraft, daher kann sie auch als bezeichnet werden

Die Kraft wird am Kontaktpunkt des Objekts mit dem Träger aufgebracht. Senkrecht zum Träger gerichtet.

Da der Körper als materieller Punkt dargestellt wird, kann die Kraft vom Zentrum aus dargestellt werden

Elastische Kraft

Diese Kraft entsteht durch Verformung (Änderung des Ausgangszustandes der Materie). Wenn wir beispielsweise eine Feder dehnen, vergrößern wir den Abstand zwischen den Molekülen des Federmaterials. Wenn wir die Feder zusammendrücken, verringern wir sie. Wenn wir drehen oder verschieben. Bei all diesen Beispielen tritt eine Kraft auf, die eine Verformung verhindert – die elastische Kraft.

Hookesches Gesetz

Die elastische Kraft ist der Verformung entgegen gerichtet.

Da der Körper als materieller Punkt dargestellt wird, kann die Kraft vom Zentrum aus dargestellt werden

Bei Reihenschaltung von beispielsweise Federn wird die Steifigkeit nach der Formel berechnet

Bei Parallelschaltung die Steifigkeit

Probensteifheit. Elastizitätsmodul.

Der Elastizitätsmodul charakterisiert die elastischen Eigenschaften eines Stoffes. Dies ist ein konstanter Wert, der nur vom Material, seinem Aggregatzustand abhängt. Charakterisiert die Fähigkeit eines Materials, einer Zug- oder Druckverformung zu widerstehen. Der Wert des Elastizitätsmoduls ist tabellarisch.

Erfahren Sie mehr über die Eigenschaften von Festkörpern.

Körpergewicht

Das Körpergewicht ist die Kraft, mit der ein Gegenstand auf eine Unterlage wirkt. Sie sagen, es ist die Schwerkraft! Die Verwirrung tritt in folgendem auf: Das Gewicht des Körpers ist zwar oft gleich der Schwerkraft, aber diese Kräfte sind völlig verschieden. Die Schwerkraft ist die Kraft, die aus der Wechselwirkung mit der Erde resultiert. Das Gewicht ist das Ergebnis der Interaktion mit dem Träger. Die Schwerkraft wirkt im Schwerpunkt des Objekts, während das Gewicht die Kraft ist, die auf den Träger (nicht auf das Objekt) wirkt!

Es gibt keine Formel zur Gewichtsbestimmung. Diese Kraft wird mit dem Buchstaben bezeichnet.

Die Stützreaktionskraft oder elastische Kraft entsteht als Reaktion auf den Aufprall eines Objekts auf eine Aufhängung oder Stütze, daher ist das Körpergewicht numerisch immer gleich der elastischen Kraft, hat aber die entgegengesetzte Richtung.

Die Reaktionskraft des Trägers und des Gewichts sind gleichartige Kräfte, nach Newtons 3. Gesetz sind sie gleich und entgegengesetzt gerichtet. Gewicht ist eine Kraft, die auf eine Unterlage wirkt, nicht auf einen Körper. Auf den Körper wirkt die Schwerkraft.

Das Körpergewicht entspricht möglicherweise nicht der Schwerkraft. Es kann entweder mehr oder weniger sein, oder es kann so sein, dass das Gewicht Null ist. Dieser Zustand heißt Schwerelosigkeit. Schwerelosigkeit ist ein Zustand, in dem ein Objekt nicht mit einer Stütze interagiert, zum Beispiel ein Flugzustand: Es gibt Schwerkraft, aber das Gewicht ist Null!

Es ist möglich, die Richtung der Beschleunigung zu bestimmen, wenn Sie bestimmen, wohin die resultierende Kraft gerichtet ist

Beachten Sie, dass das Gewicht eine Kraft ist, die in Newton gemessen wird. Wie beantworte ich die Frage richtig: "Wie viel wiegen Sie?" Wir antworten mit 50 kg und nennen nicht das Gewicht, sondern unsere Masse! In diesem Beispiel entspricht unser Gewicht der Schwerkraft, die ungefähr 500 N beträgt!

Überlast- das Verhältnis von Gewicht zu Schwerkraft

Stärke von Archimedes

Kraft entsteht durch die Wechselwirkung eines Körpers mit einer Flüssigkeit (Gas), wenn er in eine Flüssigkeit (oder ein Gas) eingetaucht wird. Diese Kraft drückt den Körper aus dem Wasser (Gas). Daher ist es senkrecht nach oben gerichtet (schiebt). Bestimmt durch die Formel:

In der Luft vernachlässigen wir die Kraft von Archimedes.

Wenn die Kraft von Archimedes gleich der Schwerkraft ist, schwimmt der Körper. Ist die archimedische Kraft größer, steigt sie an die Oberfläche der Flüssigkeit, ist sie kleiner, sinkt sie ab.

elektrische Kräfte

Es gibt Kräfte elektrischen Ursprungs. Treten in Gegenwart einer elektrischen Ladung auf. Diese Kräfte, wie die Coulomb-Kraft, Ampère-Kraft, Lorentz-Kraft, werden im Abschnitt Elektrizität ausführlich behandelt.

Schematische Bezeichnung der auf den Körper wirkenden Kräfte

Oft wird der Körper durch einen materiellen Punkt modelliert. Daher werden in den Diagrammen verschiedene Angriffspunkte auf einen Punkt übertragen - auf die Mitte, und der Körper wird schematisch als Kreis oder Rechteck dargestellt.

Um die Kräfte richtig zu bezeichnen, müssen alle Körper aufgelistet werden, mit denen der untersuchte Körper zusammenwirkt. Bestimmen Sie, was als Ergebnis der Interaktion mit jedem passiert: Reibung, Verformung, Anziehung oder vielleicht Abstoßung. Bestimmen Sie die Art der Kraft, geben Sie die Richtung richtig an. Aufmerksamkeit! Die Anzahl der Kräfte stimmt mit der Anzahl der Körper überein, mit denen die Wechselwirkung stattfindet.

Die Hauptsache, an die man sich erinnern sollte

1) Kräfte und ihre Natur;
2) Kraftrichtung;
3) Die einwirkenden Kräfte erkennen können

Unterscheiden Sie zwischen äußerer (trockener) und innerer (viskoser) Reibung. Äußere Reibung tritt zwischen sich berührenden festen Oberflächen auf, innere Reibung tritt zwischen Flüssigkeits- oder Gasschichten während ihrer Relativbewegung auf. Es gibt drei Arten von äußerer Reibung: Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung.

Die Rollreibung wird durch die Formel bestimmt

Die Widerstandskraft entsteht, wenn sich ein Körper in einer Flüssigkeit oder einem Gas bewegt. Die Größe der Widerstandskraft hängt von der Größe und Form des Körpers, der Geschwindigkeit seiner Bewegung und den Eigenschaften der Flüssigkeit oder des Gases ab. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist die Widerstandskraft proportional zur Geschwindigkeit des Körpers

Bei hohen Geschwindigkeiten ist sie proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit

Betrachten Sie die gegenseitige Anziehungskraft eines Objekts und der Erde. Zwischen ihnen entsteht nach dem Gesetz der Schwerkraft eine Kraft

Vergleichen wir nun das Gravitationsgesetz und die Schwerkraft

Der Wert der Beschleunigung im freien Fall hängt von der Masse der Erde und ihrem Radius ab! So ist es möglich, anhand der Masse und des Radius dieses Planeten zu berechnen, mit welcher Beschleunigung Objekte auf dem Mond oder auf einem anderen Planeten fallen werden.

Der Abstand vom Erdmittelpunkt zu den Polen ist geringer als zum Äquator. Daher ist die Beschleunigung des freien Falls am Äquator etwas geringer als an den Polen. Gleichzeitig ist zu beachten, dass der Hauptgrund für die Abhängigkeit der Beschleunigung des freien Falls vom Breitengrad des Gebiets die Tatsache ist, dass sich die Erde um ihre Achse dreht.

Bei der Entfernung von der Erdoberfläche ändern sich die Gewichtskraft und die Beschleunigung des freien Falls umgekehrt mit dem Quadrat der Entfernung vom Erdmittelpunkt.