Tingnan din "Pisikal na Portal"

Nailalarawan ang puwersa bilang isang dami ng vector modyul , direksyon at "punto" ng aplikasyon lakas. Sa pamamagitan ng huling parameter, ang konsepto ng puwersa bilang isang vector sa pisika ay naiiba sa konsepto ng isang vector sa vector algebra, kung saan ang mga vector ay katumbas ng ganap na halaga at direksyon, anuman ang punto ng kanilang aplikasyon, ay itinuturing na parehong vector. Sa physics, ang mga vector na ito ay tinatawag na free vectors. Sa mechanics, ang konsepto ng bound vectors ay napakakaraniwan, ang simula nito ay naayos sa isang tiyak na punto sa espasyo o maaaring nasa isang linya na nagpapatuloy sa direksyon ng vector (sliding vectors ). .

Ginagamit din ang konsepto linya ng puwersa, na nagsasaad ng tuwid na linya na dumadaan sa punto ng paggamit ng puwersa, kung saan nakadirekta ang puwersa.

Ang dimensyon ng puwersa ay LMT −2, ang yunit ng pagsukat sa International System of Units (SI) ay newton (N, N), sa CGS system - dyne.

Kasaysayan ng konsepto

Ang konsepto ng puwersa ay ginamit ng mga siyentipiko noong unang panahon sa kanilang mga gawa sa estatika at paggalaw. Siya ay nakikibahagi sa pag-aaral ng mga puwersa sa proseso ng pagdidisenyo ng mga simpleng mekanismo noong ika-3 siglo. BC e. Archimedes. Ang mga ideya ng kapangyarihan ni Aristotle, na nauugnay sa mga pangunahing hindi pagkakapare-pareho, ay tumagal ng ilang siglo. Ang mga hindi pagkakapare-pareho ay inalis noong ika-17 siglo. Si Isaac Newton ay gumagamit ng mga pamamaraan sa matematika upang ilarawan ang puwersa. Ang Newtonian mechanics ay nanatiling pangkalahatang tinatanggap sa loob ng halos tatlong daang taon. Sa simula ng XX siglo. Albert Einstein sa teorya ng relativity ay nagpakita na ang Newtonian mechanics ay tama lamang sa relatibong mababang bilis at masa ng mga katawan sa system, sa gayon ay nililinaw ang mga pangunahing probisyon ng kinematics at dynamics at naglalarawan ng ilang mga bagong katangian ng space-time.

Mekanika ng Newtonian

Itinakda ni Isaac Newton na ilarawan ang paggalaw ng mga bagay gamit ang mga konsepto ng inertia at puwersa. Nang magawa ito, itinatag niya sa kahabaan ng paraan na ang anumang mekanikal na paggalaw ay napapailalim sa mga pangkalahatang batas sa konserbasyon. Inilathala ni G. Newton ang kanyang tanyag na gawaing "", kung saan binalangkas niya ang tatlong pangunahing batas ng klasikal na mekanika (ang mga sikat na batas ng Newton).

Ang unang batas ni Newton

Halimbawa, ang mga batas ng mekanika ay eksaktong pareho sa katawan ng isang trak kapag ito ay nagmamaneho sa isang tuwid na bahagi ng kalsada sa isang pare-parehong bilis at kapag ito ay nakatayo. Ang isang tao ay maaaring maghagis ng bola nang patayo pataas at saluhin ito pagkatapos ng ilang oras sa parehong lugar, hindi alintana kung ang trak ay gumagalaw nang pantay-pantay at rectilinear o nakapahinga. Para sa kanya, ang bola ay lumilipad sa isang tuwid na linya. Gayunpaman, para sa isang tagamasid sa labas sa lupa, ang tilapon ng bola ay mukhang isang parabola. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang bola ay gumagalaw na may kaugnayan sa lupa sa panahon ng paglipad hindi lamang patayo, ngunit din pahalang sa pamamagitan ng pagkawalang-galaw sa direksyon ng trak. Para sa isang tao sa likod ng isang trak, hindi mahalaga kung ang huli ay gumagalaw sa kahabaan ng kalsada, o ang mundo sa paligid ay gumagalaw sa isang palaging bilis sa kabaligtaran ng direksyon, at ang trak ay nakatayo pa rin. Kaya, ang estado ng pahinga at pare-parehong rectilinear na paggalaw ay pisikal na hindi nakikilala sa bawat isa.

Pangalawang batas ni Newton

Sa pamamagitan ng kahulugan ng momentum:

nasaan ang masa, ang bilis.

Kung ang masa ng isang materyal na punto ay nananatiling hindi nagbabago, kung gayon ang derivative ng oras ng masa ay zero, at ang equation ay magiging:

Ang ikatlong batas ni Newton

Para sa alinmang dalawang katawan (tawagin natin silang katawan 1 at katawan 2), ang ikatlong batas ni Newton ay nagsasaad na ang puwersa ng pagkilos ng katawan 1 sa katawan 2 ay sinamahan ng hitsura ng isang puwersa na katumbas ng ganap na halaga, ngunit kabaligtaran sa direksyon, kumikilos. sa katawan 1 mula sa katawan 2. Sa matematika, ang batas ay nakasulat tulad nito:

Ang batas na ito ay nangangahulugan na ang mga puwersa ay palaging lumitaw sa mga pares ng aksyon-reaksyon. Kung ang katawan 1 at katawan 2 ay nasa parehong sistema, kung gayon ang kabuuang puwersa sa sistema dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga katawan na ito ay zero:

Nangangahulugan ito na walang hindi balanseng panloob na pwersa sa isang saradong sistema. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang sentro ng masa ng isang saradong sistema (iyon ay, isa na hindi apektado ng mga panlabas na puwersa) ay hindi maaaring gumalaw nang may pagbilis. Ang mga hiwalay na bahagi ng system ay maaaring mapabilis, ngunit sa paraang ang sistema sa kabuuan ay nananatili sa isang estado ng pahinga o pare-parehong rectilinear motion. Gayunpaman, kung ang mga panlabas na pwersa ay kumikilos sa sistema, ang sentro ng masa nito ay magsisimulang gumalaw na may acceleration na proporsyonal sa resultang panlabas na puwersa at inversely proporsyonal sa masa ng system.

Mga Pangunahing Pakikipag-ugnayan

Ang lahat ng puwersa sa kalikasan ay nakabatay sa apat na uri ng pangunahing pakikipag-ugnayan. Ang pinakamataas na bilis ng pagpapalaganap ng lahat ng uri ng pakikipag-ugnayan ay katumbas ng bilis ng liwanag sa vacuum. Ang mga puwersang electromagnetic ay kumikilos sa pagitan ng mga de-koryenteng katawan, ang mga puwersa ng gravitational ay kumikilos sa pagitan ng mga malalaking bagay. Ang malakas at mahina ay lumilitaw lamang sa napakaliit na distansya at responsable para sa interaksyon sa pagitan ng mga subatomic na particle, kabilang ang mga nucleon na bumubuo ng atomic nuclei.

Ang intensity ng malakas at mahina na pakikipag-ugnayan ay sinusukat sa mga yunit ng enerhiya(electron volts), hindi mga yunit ng puwersa, at samakatuwid ang paggamit ng terminong "puwersa" sa kanila ay ipinaliwanag ng tradisyong kinuha mula pa noong unang panahon upang ipaliwanag ang anumang phenomena sa nakapaligid na mundo sa pamamagitan ng pagkilos ng "puwersa" na tiyak sa bawat kababalaghan.

Ang konsepto ng puwersa ay hindi mailalapat sa mga phenomena ng subatomic na mundo. Ito ay isang konsepto mula sa arsenal ng klasikal na pisika, na nauugnay (kahit na subconscious lamang) sa mga ideyang Newtonian tungkol sa mga puwersang kumikilos sa malayo. Sa subatomic physics, wala nang ganoong pwersa: pinapalitan sila ng mga interaksyon sa pagitan ng mga particle na nangyayari sa pamamagitan ng mga field, iyon ay, ilang iba pang mga particle. Samakatuwid, iniiwasan ng mga high energy physicist ang paggamit ng salita lakas, pinapalitan ito ng salita pakikipag-ugnayan.

Ang bawat uri ng pakikipag-ugnayan ay dahil sa pagpapalitan ng kaukulang mga carrier ng pakikipag-ugnayan: gravitational - ang pagpapalitan ng mga graviton (ang pagkakaroon ay hindi pa nakumpirma sa eksperimento), electromagnetic - virtual photon, mahina - vector boson, malakas - gluon (at sa malalaking distansya - meson). Sa kasalukuyan, ang electromagnetic at mahina na pakikipag-ugnayan ay pinagsama sa mas pangunahing electroweak na pakikipag-ugnayan. Ang mga pagtatangka ay ginagawa upang pagsamahin ang lahat ng apat na pangunahing pakikipag-ugnayan sa isa (ang tinatawag na grand unified theory).

Ang buong sari-saring pwersa na nagpapakita ng kanilang sarili sa kalikasan, sa prinsipyo, ay mababawasan sa apat na pangunahing pakikipag-ugnayang ito. Halimbawa, ang friction ay isang manipestasyon ng mga electromagnetic na pwersa na kumikilos sa pagitan ng mga atomo ng dalawang ibabaw na magkadikit, at ang prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli, na pumipigil sa mga atom na tumagos sa lugar ng isa't isa. Ang puwersa na nangyayari kapag ang isang spring deform, na inilarawan ng batas ni Hooke, ay resulta rin ng mga electromagnetic na pwersa sa pagitan ng mga particle at ang Pauli exclusion principle, na pinipilit ang mga atomo ng crystal lattice ng isang substance na hawakan malapit sa isang equilibrium na posisyon. .

Gayunpaman, sa pagsasagawa ito ay lumalabas hindi lamang hindi kapaki-pakinabang, ngunit imposible din ayon sa mga kondisyon ng problema, tulad ng isang detalyadong pagsasaalang-alang sa isyu ng pagkilos ng mga pwersa.

grabidad

Grabidad ( grabidad) - unibersal na interaksyon sa pagitan ng anumang uri ng bagay. Sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika, inilalarawan ito ng batas ng unibersal na grabitasyon, na binuo ni Isaac Newton sa kanyang akdang "The Mathematical Principles of Natural Philosophy". Nakuha ni Newton ang magnitude ng acceleration kung saan ang Buwan ay gumagalaw sa paligid ng Earth, sa pag-aakalang sa pagkalkula na ang gravitational force ay bumababa nang baligtad sa parisukat ng distansya mula sa gravitating body. Bilang karagdagan, nalaman din niya na ang acceleration dahil sa pagkahumaling ng isang katawan sa iba ay proporsyonal sa produkto ng masa ng mga katawan na ito. Batay sa dalawang konklusyong ito, nabuo ang batas ng grabidad: anumang materyal na mga particle ay naaakit sa isa't isa na may puwersa na direktang proporsyonal sa produkto ng mga masa ( at ) at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila:

Narito ang gravitational constant, ang halaga nito ay unang nakuha sa kanyang mga eksperimento ni Henry Cavendish. Gamit ang batas na ito, makakakuha ang isa ng mga formula para sa pagkalkula ng puwersa ng gravitational ng mga katawan ng di-makatwirang hugis. Ang teorya ng grabitasyon ni Newton ay mahusay na naglalarawan sa paggalaw ng mga planeta ng solar system at maraming iba pang mga celestial na katawan. Gayunpaman, ito ay batay sa konsepto ng long-range action, na sumasalungat sa teorya ng relativity. Samakatuwid, ang klasikal na teorya ng gravity ay hindi naaangkop upang ilarawan ang paggalaw ng mga katawan na gumagalaw sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, ang mga gravitational field ng napakalaking bagay (halimbawa, mga black hole), gayundin ang variable na gravitational field na nilikha ng gumagalaw na mga katawan sa malalayong distansya mula sa kanila.

Pakikipag-ugnayan ng electromagnetic

Electrostatic field (patlang ng mga nakatigil na singil)

Ang pag-unlad ng pisika pagkatapos na idinagdag ni Newton ang tatlong pangunahing (haba, masa, oras) na dami ng isang electric charge na may sukat na C. Gayunpaman, batay sa mga kinakailangan ng pagsasanay batay sa kaginhawahan ng pagsukat, isang electric current na may sukat na I was kadalasang ginagamit sa halip na singilin, at ako = CT − 1 . Ang yunit ng singil ay ang coulomb, at ang yunit ng kasalukuyang ay ang ampere.

Dahil ang singil, tulad nito, ay hindi umiiral nang nakapag-iisa sa katawan na nagdadala nito, ang elektrikal na pakikipag-ugnayan ng mga katawan ay nagpapakita ng sarili sa anyo ng parehong puwersa na isinasaalang-alang sa mekanika, na nagiging sanhi ng pagbilis. Bilang inilapat sa electrostatic na pakikipag-ugnayan ng dalawang "point charges" sa vacuum, ang batas ng Coulomb ay ginagamit:

saan ang distansya sa pagitan ng mga singil, at ε 0 ≈ 8.854187817 10 −12 F/m. Sa isang homogenous (isotropic) na substansiya sa sistemang ito, ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ay bumababa ng isang factor ng ε, kung saan ang ε ay ang dielectric constant ng medium.

Ang direksyon ng puwersa ay tumutugma sa linya na nagkokonekta sa mga singil sa punto. Sa graphically, ang isang electrostatic field ay karaniwang inilalarawan bilang isang larawan ng mga linya ng puwersa, na kung saan ay mga haka-haka na tilapon kung saan ang isang sisingilin na particle na walang masa ay gumagalaw. Ang mga linyang ito ay nagsisimula sa isa at nagtatapos sa iba pang mga singil.

Electromagnetic field (DC field)

Ang pagkakaroon ng magnetic field ay kinilala noong Middle Ages ng mga Intsik, na gumamit ng "mapagmahal na bato" - isang magnet, bilang isang prototype ng magnetic compass. Sa graphically, ang magnetic field ay karaniwang inilalarawan bilang mga saradong linya ng puwersa, ang density nito (tulad ng sa kaso ng isang electrostatic field) ay tumutukoy sa intensity nito. Sa kasaysayan, ang isang visual na paraan upang mailarawan ang magnetic field ay ang mga pag-file ng bakal, na ibinuhos, halimbawa, sa isang sheet ng papel na inilagay sa isang magnet.

Nagmula sa mga uri ng pwersa

Nababanat na puwersa- ang puwersa na nagmumula sa pagpapapangit ng katawan at sumasalungat sa pagpapapangit na ito. Sa kaso ng nababanat na mga deformation, ito ay potensyal. Ang nababanat na puwersa ay may likas na electromagnetic, na isang macroscopic na pagpapakita ng intermolecular na pakikipag-ugnayan. Ang nababanat na puwersa ay nakadirekta sa tapat ng pag-aalis, patayo sa ibabaw. Ang vector ng puwersa ay kabaligtaran sa direksyon ng pag-aalis ng mga molekula.

Pwersa ng friction- ang puwersa na nagmumula sa kamag-anak na paggalaw ng mga solidong katawan at sumasalungat sa paggalaw na ito. Tumutukoy sa dissipative forces. Ang puwersa ng friction ay may likas na electromagnetic, na isang macroscopic na pagpapakita ng intermolecular na interaksyon. Ang friction force vector ay nakadirekta sa tapat ng velocity vector.

Katamtamang puwersa ng paglaban- ang puwersa na nagmumula sa paggalaw ng isang solidong katawan sa isang likido o gas na daluyan. Tumutukoy sa dissipative forces. Ang puwersa ng paglaban ay may likas na electromagnetic, na isang macroscopic na pagpapakita ng intermolecular na pakikipag-ugnayan. Ang resistance force vector ay nakadirekta sa tapat ng velocity vector.

Puwersa ng normal na reaksyon ng suporta- ang nababanat na puwersa na kumikilos mula sa gilid ng suporta sa katawan. Nakadirekta patayo sa ibabaw ng suporta.

Mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw- mga puwersa na nagmumula sa ibabaw ng seksyon ng phase. Mayroon itong electromagnetic na kalikasan, na isang macroscopic na pagpapakita ng intermolecular na pakikipag-ugnayan. Ang puwersa ng pag-igting ay nakadirekta nang tangential sa interface; lumitaw dahil sa hindi nabayarang atraksyon ng mga molekula na matatagpuan sa hangganan ng bahagi ng mga molekula na hindi matatagpuan sa hangganan ng bahagi.

Osmotic pressure

Mga puwersa ng Van der Waals- mga electromagnetic intermolecular na pwersa na nagmumula sa polariseysyon ng mga molekula at pagbuo ng mga dipoles. Mabilis na bumababa ang puwersa ng Van der Waals sa pagtaas ng distansya.

inertia force ay isang kathang-isip na puwersa na ipinakilala sa mga non-inertial reference frame upang matupad ang pangalawang batas ni Newton sa kanila. Sa partikular, sa frame ng sanggunian na nauugnay sa isang pantay na pinabilis na katawan, ang puwersa ng pagkawalang-kilos ay nakadirekta sa tapat ng acceleration. Mula sa kabuuang inertial force, ang centrifugal force at ang Coriolis force ay maaaring makilala para sa kaginhawahan.

Resulta

Kapag kinakalkula ang acceleration ng isang katawan, ang lahat ng pwersang kumikilos dito ay pinapalitan ng isang puwersa, na tinatawag na resulta. Ito ang geometric na kabuuan ng lahat ng pwersang kumikilos sa katawan. Sa kasong ito, ang pagkilos ng bawat puwersa ay hindi nakasalalay sa pagkilos ng iba, iyon ay, ang bawat puwersa ay nagbibigay sa katawan ng isang pagbilis na maibibigay nito sa kawalan ng pagkilos ng ibang mga puwersa. Ang pahayag na ito ay tinatawag na prinsipyo ng kalayaan ng pagkilos ng mga puwersa (prinsipyo ng superposisyon).

Tingnan din

Mga pinagmumulan

• Grigoriev V. I., Myakishev G. Ya. - "Mga pwersa sa kalikasan"
• Landau, L. D., Lifshitz, E. M. Mechanics - 5th edition, stereotypical. - M .: Fizmatlit, 2004. - 224 p. - ("Theoretical Physics", Volume I). - .

Mga Tala

1. Talasalitaan. Earth Observatory. NASA. - "Force - anumang panlabas na kadahilanan na nagiging sanhi ng pagbabago sa paggalaw ng isang libreng katawan o ang paglitaw ng mga panloob na stress sa isang nakapirming katawan."(Ingles)
2. Bronstein I. N. Semendyaev K. A. Handbook ng matematika. M .: Publishing house "Nauka" Editorial board of reference pisikal at mathematical na literatura. 1964.
3. Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. Mga Lektura sa Physics, Vol 1 - Addison-Wesley, 1963.(Ingles)

> Lakas

Paglalarawan pwersa sa pisika: termino at kahulugan, mga batas ng puwersa, pagsukat ng mga yunit sa Newtons, pangalawang batas at formula ni Newton, diagram ng epekto ng puwersa ng isang bagay.

Lakas- anumang aksyon na humahantong sa isang pagbabago sa bagay sa paggalaw, direksyon o geometric na istraktura.

Gawain sa pag-aaral

• Lumikha ng isang relasyon sa pagitan ng masa at acceleration.

Pangunahing puntos

• Ang puwersa ay isang konsepto ng vector na may magnitude at direksyon. Nalalapat din ito sa masa at acceleration.
• Sa madaling salita, ang puwersa ay nagsisilbing push o pull, na maaaring tukuyin ng iba't ibang pamantayan.
• Ang dinamika ay ang pag-aaral ng puwersa na nagiging sanhi ng paggalaw at pagpapapangit ng mga bagay o sistema.
• Ang mga panlabas na puwersa ay anumang panlabas na impluwensya na nakakaapekto sa katawan, habang ang mga panloob na puwersa ay kumikilos mula sa loob.

Mga tuntunin

• Vector velocity ay ang rate ng pagbabago ng posisyon sa oras at direksyon.
• Ang puwersa ay anumang aksyon na nagiging sanhi ng pagbabago ng isang bagay sa paggalaw, direksyon, o geometric na istraktura.
• Ang vector ay isang direktang dami na nailalarawan sa magnitude at direksyon (sa pagitan ng dalawang puntos).

Halimbawa

Upang pag-aralan ang mga pamantayan ng puwersa sa pisika, mga sanhi at resulta, gumamit ng dalawang rubber band. Isabit ang isa sa isang kawit sa isang patayong posisyon. Maghanap ng isang maliit na bagay at ikabit sa nakabitin na dulo. Sukatin ang nagresultang kahabaan gamit ang iba't ibang bagay. Ano ang kaugnayan sa pagitan ng bilang ng mga nasuspinde na bagay at ang haba ng kahabaan? Ano ang mangyayari sa nakadikit na timbang kung ililipat mo ang tape gamit ang isang lapis?

Force Review

Sa pisika, ang puwersa ay anumang kababalaghan na nagiging sanhi ng isang bagay na dumaan sa mga pagbabago sa paggalaw, direksyon, o geometric na disenyo. Sinusukat sa Newtons. Ang puwersa ay isang bagay na nagiging sanhi ng pagbabago o deform ng isang bagay na may masa. Inilalarawan din ang puwersa sa mga intuitive na termino tulad ng "push" o "push." May magnitude at direksyon (vector).

Mga katangian

Sinasabi ng ikalawang batas ni Newton na ang netong puwersa na kumikilos sa isang bagay ay katumbas ng bilis ng pagbabago ng momentum nito. Gayundin, ang acceleration ng isang bagay ay direktang proporsyonal sa puwersang kumikilos dito at nasa direksyon ng net force at inversely proportional sa masa.

Tandaan na ang puwersa ay isang dami ng vector. Ang vector ay isang one-dimensional array na may magnitude at direksyon. Mayroon itong mass at acceleration:

Kaugnay din ng puwersa ay ang thrust (nagpapapataas ng bilis ng isang bagay), deceleration (nagpapababa ng bilis), at torque (nagbabago ng bilis). Ang mga puwersa na hindi inilapat nang pantay sa lahat ng bahagi ng bagay ay humahantong din sa mekanikal na stress (deform matter). Kung sa isang solidong bagay ay unti-unti itong binabago, kung gayon sa isang likido ay nagbabago ito ng presyon at dami.

Dynamics

Ito ay ang pag-aaral ng mga puwersa na nagpapagalaw ng mga bagay at sistema. Naiintindihan namin ang puwersa bilang isang tiyak na pagtulak o paghila. Mayroon silang magnitude at direksyon. Sa figure, makikita mo ang ilang mga halimbawa ng paggamit ng puwersa. Kaliwa sa itaas - roller system. Ang puwersa na ilalapat sa cable ay dapat katumbas at lumampas sa puwersa na nabuo ng masa, bagay, o mga epekto ng grabidad. Ang kanang itaas ay nagpapakita na ang anumang bagay na nakalagay sa ibabaw ay makakaapekto dito. Nasa ibaba ang pang-akit ng mga magnet.

1. Newton's laws of dynamics

ang mga batas o axioms of motion (tulad ng binuo ni Newton mismo sa kanyang Principia Mathematica, 1687): “I. Ang bawat katawan ay patuloy na pinananatili sa kanyang estado ng pahinga, o pare-pareho at rectilinear na paggalaw, hanggang sa at hangga't ito ay pinilit ng inilapat na mga puwersa na baguhin ang estadong ito. II. Ang pagbabago sa momentum ay proporsyonal sa inilapat na puwersa sa pagmamaneho at nangyayari sa direksyon ng tuwid na linya kung saan kumikilos ang puwersang ito. III. Ang isang aksyon ay palaging may pantay at kabaligtaran na reaksyon, kung hindi, ang mga pakikipag-ugnayan ng dalawang katawan laban sa isa't isa ay pantay at nakadirekta sa magkasalungat na direksyon.

2. Ano ang lakas?

Ang puwersa ay nailalarawan sa magnitude at direksyon. Ang puwersa ay nagpapakilala sa pagkilos ng ibang mga katawan sa isang partikular na katawan. Ang resulta ng isang puwersa na kumikilos sa isang katawan ay nakasalalay hindi lamang sa laki at direksyon nito, kundi pati na rin sa punto ng paggamit ng puwersa. Ang resulta ay isang puwersa, ang resulta nito ay magiging kapareho ng resulta ng pagkilos ng lahat ng tunay na pwersa. Kung ang mga puwersa ay codirectional, ang resulta ay katumbas ng kanilang kabuuan at nakadirekta sa parehong direksyon. Kung ang mga puwersa ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon, kung gayon ang resulta ay katumbas ng kanilang pagkakaiba at nakadirekta patungo sa mas malaking puwersa.

Gravity at bigat ng katawan

Ang gravity ay ang puwersa kung saan ang isang katawan ay naaakit sa Earth dahil sa unibersal na grabitasyon. Ang lahat ng mga katawan sa Uniberso ay naaakit sa isa't isa, at mas malaki ang kanilang masa at mas malapit ang mga ito, mas malakas ang atraksyon.

Upang makalkula ang puwersa ng grabidad, ang masa ng katawan ay dapat na i-multiply sa isang kadahilanan, na tinutukoy ng letrang g, humigit-kumulang katumbas ng 9.8 N / kg. Kaya, ang gravity ay kinakalkula ng formula

Ang bigat ng katawan ay ang puwersa kung saan pinindot ng katawan ang suporta o iniunat ang suspensyon dahil sa pagkahumaling sa Earth. Kung ang katawan ay walang suporta o suspensyon, kung gayon ang katawan ay wala ring timbang - ito ay nasa isang estado ng walang timbang.

Nababanat na puwersa

Ang nababanat na puwersa ay ang puwersa na nangyayari sa loob ng katawan bilang resulta ng pagpapapangit at pinipigilan ang pagbabago ng hugis. Depende sa kung paano nagbabago ang hugis ng katawan, ang ilang mga uri ng pagpapapangit ay nakikilala, sa partikular, pag-igting at compression, baluktot, paggugupit at paggugupit, pamamaluktot.

Kung mas nagbabago ang hugis ng katawan, mas malaki ang nababanat na puwersa na lumitaw dito.

Dynamometer - isang aparato para sa pagsukat ng puwersa: ang sinusukat na puwersa ay inihambing sa nababanat na puwersa na nangyayari sa tagsibol ng dynamometer.

Pwersa ng friction

Ang static friction force ay ang puwersa na pumipigil sa katawan mula sa paggalaw.

Ang dahilan para sa paglitaw ng alitan ay ang anumang mga ibabaw ay may mga iregularidad na nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Kung ang mga ibabaw ay pinakintab, kung gayon ang alitan ay sanhi ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng molekular. Kapag ang isang katawan ay gumagalaw sa pahalang na ibabaw, ang puwersa ng friction ay nakadirekta laban sa paggalaw at direktang proporsyonal sa puwersa ng grabidad:

Ang sliding friction force ay ang resistance force kapag ang isang katawan ay dumudulas sa ibabaw ng isa pa. Ang rolling friction force ay ang drag force kapag ang isang katawan ay gumulong sa ibabaw ng isa pa; ito ay mas mababa kaysa sa puwersa ng sliding friction.

Kung ang alitan ay kapaki-pakinabang, ito ay nadagdagan; kung nakakapinsala - bawasan.

3. MGA BATAS NG KONSERBISYO

MGA BATAS NG KONSERBISYO, mga pisikal na batas, ayon sa kung saan ang ilang pag-aari ng isang saradong sistema ay nananatiling hindi nagbabago sa anumang mga pagbabago sa system. Ang pinakamahalaga ay mga batas ng konserbasyon ng bagay at enerhiya. Ang batas ng konserbasyon ng bagay ay nagsasaad na ang bagay ay hindi nilikha o sinisira; sa panahon ng mga pagbabagong kemikal, ang kabuuang masa ay nananatiling hindi nagbabago. Ang kabuuang halaga ng enerhiya sa sistema ay nananatiling hindi nagbabago; ang enerhiya ay nababago lamang mula sa isang anyo patungo sa isa pa. Ang parehong mga batas na ito ay halos totoo lamang. Ang masa at enerhiya ay maaaring ma-convert sa isa't isa ayon sa equation E = ts 2. Tanging ang kabuuang dami ng masa at ang katumbas na enerhiya nito ay nananatiling hindi nagbabago. Ang isa pang batas sa pag-iingat ay may kinalaman sa electric charge: hindi ito malikha at hindi rin masisira. Tulad ng inilapat sa mga prosesong nuklear, ang batas ng konserbasyon ay ipinahayag sa katotohanan na ang kabuuang singil, spin at iba pang mga QUANTUM NUMBER ng mga nakikipag-ugnayan na mga particle ay dapat manatiling pareho para sa mga particle na nagreresulta mula sa pakikipag-ugnayan. Sa malakas na pakikipag-ugnayan, lahat ng quantum number ay pinananatili. Sa mahinang pakikipag-ugnayan, ang ilan sa mga kinakailangan ng batas na ito ay nilalabag, lalo na tungkol sa PARITY.

Ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay maaaring ipaliwanag gamit ang halimbawa ng isang 1 kg na bola na bumabagsak mula sa taas na 100 m. Ang paunang kabuuang enerhiya ng bola ay ang potensyal na enerhiya nito. Kapag ito ay bumagsak, ang potensyal na enerhiya ay unti-unting bumababa at ang kinetic na enerhiya ay tumataas, ngunit ang kabuuang dami ng enerhiya ay nananatiling hindi nagbabago. Kaya, mayroong konserbasyon ng enerhiya. A - ang kinetic energy ay tumataas mula 0 hanggang maximum, B - ang potensyal na enerhiya ay bumababa mula sa maximum hanggang zero; C - ang kabuuang halaga ng enerhiya, na katumbas ng kabuuan ng kinetic at poten Ang batas ng konserbasyon ng bagay ay nagsasaad na sa kurso ng mga reaksiyong kemikal, ang bagay ay hindi nilikha at hindi nawawala. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipakita gamit ang klasikong eksperimento kung saan ang isang kandilang nasusunog sa ilalim ng garapon (A) ay tinitimbang. Sa pagtatapos ng eksperimento, ang bigat ng takip at ang mga nilalaman nito ay nananatiling pareho sa simula, kahit na ang kandila, na ang sangkap ay pangunahing binubuo ng carbon at hydrogen, ay "nawala" dahil ang mga pabagu-bago ng reaksyon ng mga produkto (tubig at carbon dioxide) ay pinakawalan mula dito. Pagkatapos lamang nakilala ng mga siyentipiko ang prinsipyo ng konserbasyon ng bagay sa pagtatapos ng ika-18 siglo ay naging posible ang isang quantitative approach sa chemistry.

gawaing mekanikal nangyayari kapag ang isang katawan ay gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng isang puwersang inilapat dito.

Ang gawaing mekanikal ay direktang proporsyonal sa distansyang nilakbay at proporsyonal sa puwersa:

kapangyarihan

Ang bilis ng trabaho sa teknolohiya ay nailalarawan sa pamamagitan ng kapangyarihan.

Ang kapangyarihan ay katumbas ng ratio ng trabaho sa oras kung kailan ito ginawa:

Enerhiya ay isang pisikal na dami na nagpapakita kung gaano karaming trabaho ang magagawa ng isang katawan. Ang enerhiya ay sinusukat sa joules.

Kapag tapos na ang trabaho, ang enerhiya ng mga katawan ay sinusukat. Ang gawaing ginawa ay katumbas ng pagbabago sa enerhiya.

Potensyal na enerhiya ay tinutukoy ng magkaparehong posisyon ng mga nakikipag-ugnayang katawan o mga bahagi ng parehong katawan.

E p \u003d F h \u003d gmh.

Kung saan g \u003d 9.8 N / kg, m - timbang ng katawan (kg), h - taas (m).

Kinetic energy nagtataglay ng katawan bilang resulta ng paggalaw nito. Kung mas malaki ang masa ng katawan at ang bilis, mas malaki ang kinetic energy nito.

5. ang pangunahing batas ng dynamics ng rotational motion

Sandali ng kapangyarihan

1. Ang sandali ng puwersa tungkol sa axis ng pag-ikot, (1.1) kung saan ang projection ng puwersa papunta sa isang eroplano na patayo sa axis ng pag-ikot, ay ang braso ng puwersa (ang pinakamaikling distansya mula sa axis ng pag-ikot hanggang sa linya ng pagkilos ng puwersa).

2. Ang sandali ng puwersa na nauugnay sa nakapirming punto O (ang pinagmulan). (1.2) Ito ay tinutukoy ng produkto ng vector ng radius-vector na iginuhit mula sa puntong O hanggang sa punto ng paggamit ng puwersa, sa pamamagitan ng puwersang ito; ay isang pseudovector, ang direksyon nito ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng pagsasalin ng kanan turnilyo sa panahon ng pag-ikot otk nito ("panuntunan ng gimlet"). Modulus ng sandali ng puwersa, (1.3) kung saan ang anggulo sa pagitan ng mga vector at, ay ang balikat ng puwersa, ang pinakamaikling distansya sa pagitan ng linya ng pagkilos ng puwersa at ang punto ng aplikasyon ng puwersa.

angular momentum

1. Ang angular momentum ng isang katawan na umiikot sa paligid ng axis , (1.4) kung saan ang momentum ng inertia ng katawan, ay ang angular velocity. Ang angular momentum ng system ng mga katawan ay ang vector sum ng angular momentum ng lahat ng katawan ng system: . (1.5)

2. Ang angular na momentum ng isang materyal na punto na may momentum na nauugnay sa nakapirming puntong O (ang pinagmulan). (1.6) Ito ay tinutukoy ng vector product ng radius-vector na iginuhit mula sa point O hanggang sa material point at momentum vector; ay isang pseudo-vector, ang direksyon nito ay tumutugma sa direksyon ng translational motion ng kanang turnilyo habang ang rotation otk nito ("rule of the gimlet"). Modulus ng angular momentum vector, (1.7)

Sandali ng pagkawalang-galaw tungkol sa axis ng pag-ikot

1. Ang sandali ng pagkawalang-galaw ng isang materyal na punto , (1.8) kung saan ang masa ng punto, ay ang distansya nito mula sa axis ng pag-ikot.

2. Moment of inertia ng isang discrete rigid body , (1.9) kung saan ang mass element ng rigid body, ay ang distansya ng elementong ito mula sa axis ng rotation, ay ang bilang ng mga elemento ng katawan.

3. Sandali ng pagkawalang-galaw sa kaso ng tuluy-tuloy na pamamahagi ng masa (solid solid body). (1.10) Kung ang katawan ay homogenous, i.e. ang density nito ay pareho sa buong volume, pagkatapos ay ginagamit ang expression (1.11), kung saan at ang volume ng katawan.

1. Lakas- vector pisikal na bilang, na isang sukatan ng tindi ng epekto sa isang naibigay katawan iba pang mga katawan, at mga patlang. Naka-attach sa napakalaking lakas ng katawan ang dahilan ng pagbabago nito bilis o pangyayari sa loob nito mga deformasyon at stress.

Nailalarawan ang puwersa bilang isang dami ng vector modyul, direksyon at "punto" ng aplikasyon lakas. Sa pamamagitan ng huling parameter, ang konsepto ng puwersa bilang isang vector sa pisika ay naiiba sa konsepto ng isang vector sa vector algebra, kung saan ang mga vector ay katumbas ng ganap na halaga at direksyon, anuman ang punto ng kanilang aplikasyon, ay itinuturing na parehong vector. Sa pisika, ang mga vector na ito ay tinatawag na mga libreng vector. Sa mechanics, ang konsepto ng mga konektadong vector ay napaka-pangkaraniwan, ang simula nito ay naayos sa isang tiyak na punto sa espasyo o maaaring nasa isang linya na nagpapatuloy sa direksyon ng vector (sliding vectors).

Ginagamit din ang konsepto linya ng puwersa, na nagsasaad ng tuwid na linya na dumadaan sa punto ng paggamit ng puwersa, kung saan nakadirekta ang puwersa.

Ang ikalawang batas ni Newton ay nagsasaad na sa mga inertial reference system, ang acceleration ng isang materyal na punto sa direksyon ay kasabay ng resulta ng lahat ng pwersa na inilapat sa katawan, at sa absolute value ay direktang proporsyonal sa force modulus at inversely proportional sa masa ng materyal. punto. O, katumbas nito, ang rate ng pagbabago ng momentum ng isang materyal na punto ay katumbas ng inilapat na puwersa.

Kapag ang isang puwersa ay inilapat sa isang katawan ng may hangganan na mga sukat, ang mga mekanikal na stress ay lumitaw sa loob nito, na sinamahan ng mga deformation.

Mula sa punto ng view ng Standard Model ng elementary particle physics, ang mga pangunahing pakikipag-ugnayan (gravitational, weak, electromagnetic, strong) ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagpapalitan ng tinatawag na gauge boson. Ang mga eksperimento sa pisika na may mataas na enerhiya ay isinagawa noong 70s-80s. ika-20 siglo nakumpirma ang pagpapalagay na ang mahina at electromagnetic na pakikipag-ugnayan ay mga pagpapakita ng isang mas pangunahing electroweak na pakikipag-ugnayan.

Ang dimensyon ng puwersa ay LMT −2, ang yunit ng pagsukat sa International System of Units (SI) ay ang newton (N, N), sa CGS system ito ang dyne.

2. Ang unang batas ni Newton.

Ang unang batas ni Newton ay nagsasaad na may mga frame of reference kung saan ang mga katawan ay nagpapanatili ng isang estado ng pahinga o pare-parehong rectilinear motion sa kawalan ng mga aksyon sa kanila mula sa ibang mga katawan o may mutual compensation ng mga impluwensyang ito. Ang ganitong mga frame ng sanggunian ay tinatawag na inertial. Iminungkahi ni Newton na ang bawat napakalaking bagay ay may isang tiyak na halaga ng pagkawalang-kilos, na nagpapakilala sa "natural na estado" ng paggalaw ng bagay na ito. Ang ideyang ito ay tinatanggihan ang pananaw ni Aristotle, na itinuturing na ang pahinga ay ang "natural na estado" ng isang bagay. Ang unang batas ni Newton ay sumasalungat sa Aristotelian physics, isa sa mga probisyon na kung saan ay ang assertion na ang isang katawan ay maaaring ilipat sa isang pare-pareho ang bilis lamang sa ilalim ng pagkilos ng isang puwersa. Ang katotohanan na sa Newtonian mechanics sa inertial frames of reference rest ay pisikal na hindi nakikilala mula sa unipormeng rectilinear motion ay ang katwiran ng prinsipyo ng relativity ni Galileo. Sa kabuuan ng mga katawan, sa panimula imposibleng matukoy kung alin sa mga ito ang "gumagalaw" at kung alin ang "napapahinga". Posibleng magsalita tungkol sa paggalaw lamang na may kaugnayan sa anumang frame of reference. Pareho ang mga batas ng mekanika sa lahat ng inertial frames of reference, sa madaling salita, lahat sila ay mekanikal na katumbas. Ang huli ay sumusunod sa tinatawag na mga pagbabagong-anyo ng Galilea.

3. Pangalawang batas ni Newton.

Ang pangalawang batas ni Newton sa modernong pormulasyon nito ay ganito ang tunog: sa isang inertial frame of reference, ang rate ng pagbabago sa momentum ng isang materyal na punto ay katumbas ng vector sum ng lahat ng pwersang kumikilos sa puntong ito.

kung saan ang momentum ng materyal na punto, ay ang kabuuang puwersa na kumikilos sa materyal na punto. Ang ikalawang batas ni Newton ay nagsasaad na ang pagkilos ng hindi balanseng pwersa ay humahantong sa pagbabago sa momentum ng isang materyal na punto.

Sa pamamagitan ng kahulugan ng momentum:

nasaan ang masa, ang bilis.

Sa mga klasikal na mekanika, sa bilis ng paggalaw na mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag, ang masa ng isang materyal na punto ay itinuturing na hindi nagbabago, na nagpapahintulot na alisin ito mula sa tanda ng pagkakaiba sa ilalim ng mga kundisyong ito:

Dahil sa kahulugan ng acceleration ng isang punto, ang pangalawang batas ni Newton ay kinuha ang anyo:

Ito ay sinasabing "ang pangalawang pinakatanyag na pormula sa pisika", bagaman si Newton mismo ay hindi kailanman tahasang isinulat ang kanyang pangalawang batas sa ganitong porma. Sa kauna-unahang pagkakataon ang anyo ng batas na ito ay matatagpuan sa mga gawa ni K. Maclaurin at L. Euler.

Dahil sa anumang inertial frame of reference ang acceleration ng katawan ay pareho at hindi nagbabago kapag lumilipat mula sa isang frame patungo sa isa pa, kung gayon ang puwersa ay invariant na may kinalaman sa naturang paglipat.

Sa lahat ng natural na phenomena lakas, anuman ang pinagmulan nito, lumilitaw lamang sa isang mekanikal na kahulugan, iyon ay, bilang sanhi ng paglabag sa uniporme at rectilinear na paggalaw ng katawan sa inertial coordinate system. Ang kabaligtaran na pahayag, i.e. ang pagtatatag ng katotohanan ng naturang kilusan, ay hindi nagpapahiwatig ng kawalan ng mga puwersa na kumikilos sa katawan, ngunit ang mga aksyon ng mga puwersang ito ay magkaparehong balanse. Kung hindi: ang kanilang vector sum ay isang vector na may module na katumbas ng zero. Ito ang batayan para sa pagsukat ng magnitude ng isang puwersa kapag ito ay nabayaran ng isang puwersa na ang magnitude ay kilala.

Ang pangalawang batas ni Newton ay nagpapahintulot sa iyo na sukatin ang magnitude ng puwersa. Halimbawa, ang pag-alam sa masa ng isang planeta at ang centripetal acceleration nito habang gumagalaw sa orbit ay nagpapahintulot sa amin na kalkulahin ang magnitude ng puwersa ng gravitational attraction na kumikilos sa planetang ito mula sa Araw.

4. Pangatlong batas ni Newton.

Para sa alinmang dalawang katawan (tawagin natin silang katawan 1 at katawan 2), ang ikatlong batas ni Newton ay nagsasaad na ang puwersa ng pagkilos ng katawan 1 sa katawan 2 ay sinamahan ng hitsura ng isang puwersa na katumbas ng ganap na halaga, ngunit kabaligtaran sa direksyon, kumikilos. sa katawan 1 mula sa katawan 2. Sa matematika, ang batas ay nakasulat Kaya:

Ang batas na ito ay nangangahulugan na ang mga puwersa ay palaging lumitaw sa mga pares ng aksyon-reaksyon. Kung ang katawan 1 at katawan 2 ay nasa parehong sistema, kung gayon ang kabuuang puwersa sa sistema dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga katawan na ito ay zero:

Nangangahulugan ito na walang hindi balanseng panloob na pwersa sa isang saradong sistema. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang sentro ng masa ng isang saradong sistema (iyon ay, isa na hindi apektado ng mga panlabas na puwersa) ay hindi maaaring gumalaw nang may pagbilis. Ang mga hiwalay na bahagi ng system ay maaaring mapabilis, ngunit sa paraang ang sistema sa kabuuan ay nananatili sa isang estado ng pahinga o pare-parehong rectilinear motion. Gayunpaman, kung ang mga panlabas na pwersa ay kumikilos sa sistema, ang sentro ng masa nito ay magsisimulang gumalaw na may acceleration na proporsyonal sa resultang panlabas na puwersa at inversely proporsyonal sa masa ng system.

5. Gravity.

Grabidad ( grabidad) - unibersal na interaksyon sa pagitan ng anumang uri ng bagay. Sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika, inilalarawan ito ng batas ng unibersal na grabitasyon, na binuo ni Isaac Newton sa kanyang akdang "The Mathematical Principles of Natural Philosophy". Nakuha ni Newton ang magnitude ng acceleration kung saan ang Buwan ay gumagalaw sa paligid ng Earth, sa pag-aakalang sa pagkalkula na ang gravitational force ay bumababa nang baligtad sa parisukat ng distansya mula sa gravitating body. Bilang karagdagan, nalaman din niya na ang acceleration dahil sa pagkahumaling ng isang katawan sa iba ay proporsyonal sa produkto ng masa ng mga katawan na ito. Batay sa dalawang konklusyong ito, nabuo ang batas ng grabidad: anumang materyal na mga particle ay naaakit sa isa't isa na may puwersa na direktang proporsyonal sa produkto ng mga masa ( at ) at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila:

Narito ang gravitational constant, ang halaga nito ay unang nakuha ni Henry Cavendish sa kanyang mga eksperimento. Gamit ang batas na ito, makakakuha ang isa ng mga formula para sa pagkalkula ng puwersa ng gravitational ng mga katawan ng di-makatwirang hugis. Ang teorya ng grabitasyon ni Newton ay mahusay na naglalarawan sa paggalaw ng mga planeta ng solar system at maraming iba pang mga celestial na katawan. Gayunpaman, ito ay batay sa konsepto ng long-range action, na sumasalungat sa teorya ng relativity. Samakatuwid, ang klasikal na teorya ng gravity ay hindi naaangkop upang ilarawan ang paggalaw ng mga katawan na gumagalaw sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, ang mga gravitational field ng napakalaking bagay (halimbawa, mga black hole), gayundin ang variable na gravitational field na nilikha ng gumagalaw na mga katawan sa malalayong distansya mula sa kanila.

Ang isang mas pangkalahatang teorya ng grabidad ay ang pangkalahatang teorya ng relativity ni Albert Einstein. Sa loob nito, ang gravity ay hindi nailalarawan sa pamamagitan ng isang invariant na puwersa na hindi nakadepende sa frame of reference. Sa halip, ang malayang paggalaw ng mga katawan sa isang gravitational field, na nakikita ng nagmamasid bilang paggalaw sa mga curved trajectories sa three-dimensional space-time na may variable na bilis, ay itinuturing na paggalaw sa pamamagitan ng inertia kasama ang isang geodesic na linya sa isang curved four-dimensional space. -oras, kung saan iba ang daloy ng oras sa iba't ibang punto. . Bukod dito, ang linyang ito ay sa isang kahulugan "ang pinakadirekta" - ito ay tulad na ang pagitan ng espasyo-oras (tamang oras) sa pagitan ng dalawang puwang-oras na posisyon ng isang partikular na katawan ay pinakamataas. Ang kurbada ng espasyo ay nakasalalay sa masa ng mga katawan, gayundin sa lahat ng uri ng enerhiya na naroroon sa sistema.

6. Electrostatic field (field ng fixed charges).

Ang pag-unlad ng pisika pagkatapos na idinagdag ni Newton ang tatlong pangunahing (haba, masa, oras) na dami ng isang electric charge na may sukat na C. Gayunpaman, batay sa mga kinakailangan ng pagsasanay, nagsimula silang gumamit ng hindi isang yunit ng singil, ngunit isang yunit ng electric current bilang pangunahing yunit ng pagsukat. Kaya, sa sistema ng SI, ang pangunahing yunit ay ang ampere, at ang yunit ng singil ay ang palawit, isang derivative nito.

Dahil ang singil, tulad nito, ay hindi umiiral nang nakapag-iisa sa katawan na nagdadala nito, ang elektrikal na pakikipag-ugnayan ng mga katawan ay nagpapakita ng sarili sa anyo ng parehong puwersa na isinasaalang-alang sa mekanika, na nagiging sanhi ng pagbilis. Bilang inilapat sa electrostatic na pakikipag-ugnayan ng dalawang puntong singil na may mga halaga at matatagpuan sa vacuum, ang batas ng Coulomb ay ginagamit. Sa form na naaayon sa SI system, mayroon itong anyo:

nasaan ang puwersa kung saan kumikilos ang charge 1 sa charge 2; Kapag ang mga singil ay inilagay sa isang homogenous at isotropic medium, ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ay bumababa ng isang factor ng ε, kung saan ang ε ay ang permittivity ng medium.

Ang puwersa ay nakadirekta sa linya na nagkokonekta sa mga singil sa punto. Sa graphically, ang isang electrostatic field ay karaniwang inilalarawan bilang isang larawan ng mga linya ng puwersa, na kung saan ay haka-haka na mga tilapon kung saan ang isang massless charged particle ay gumagalaw. Ang mga linyang ito ay nagsisimula sa isa at nagtatapos sa isa pang singil.

7. Electromagnetic field (direct current field).

Ang pagkakaroon ng magnetic field ay kinilala noong Middle Ages ng mga Intsik, na gumamit ng "mapagmahal na bato" - isang magnet, bilang isang prototype ng magnetic compass. Sa graphically, ang magnetic field ay karaniwang inilalarawan bilang mga saradong linya ng puwersa, ang density nito (tulad ng sa kaso ng isang electrostatic field) ay tumutukoy sa intensity nito. Sa kasaysayan, ang isang visual na paraan upang mailarawan ang magnetic field ay ang mga pag-file ng bakal, na ibinuhos, halimbawa, sa isang sheet ng papel na inilagay sa isang magnet.

Nalaman ni Oersted na ang kasalukuyang dumadaloy sa konduktor ay nagdudulot ng pagpapalihis ng magnetic needle.

Napagpasyahan ni Faraday na ang isang magnetic field ay nilikha sa paligid ng isang kasalukuyang nagdadala ng conductor.

Ang Ampere ay naglagay ng isang hypothesis, na kinikilala sa pisika, bilang isang modelo ng proseso ng paglitaw ng isang magnetic field, na binubuo sa pagkakaroon ng mga mikroskopikong saradong alon sa mga materyales, na magkakasamang nagbibigay ng epekto ng natural o sapilitan na magnetism.

Nalaman ni Ampere na sa isang reference frame sa vacuum, na may kaugnayan sa kung saan ang singil ay gumagalaw, iyon ay, ito ay kumikilos tulad ng isang electric current, isang magnetic field ang lumitaw, ang intensity nito ay tinutukoy ng magnetic induction vector na nakahiga sa isang eroplano. patayo sa direksyon ng paggalaw ng singil.

Ang yunit ng magnetic induction ay tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Ang problema ay nalutas sa dami ng Ampere, na sinukat ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang magkatulad na konduktor sa mga alon na dumadaloy sa kanila. Ang isa sa mga konduktor ay lumikha ng isang magnetic field sa paligid mismo, ang pangalawa ay tumugon sa patlang na ito sa pamamagitan ng paglapit o paglayo sa isang masusukat na puwersa, alam kung alin at ang magnitude ng kasalukuyang lakas, posible upang matukoy ang modulus ng magnetic induction vector.

Ang puwersang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil sa kuryente na hindi gumagalaw na may kaugnayan sa isa't isa ay inilarawan ng batas ng Coulomb. Gayunpaman, ang mga singil na gumagalaw na may kaugnayan sa isa't isa ay lumilikha ng mga magnetic field, kung saan ang mga alon na nilikha ng paggalaw ng mga singil ay karaniwang napupunta sa isang estado ng pakikipag-ugnayan ng puwersa.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng puwersa na nagmumula sa kamag-anak na paggalaw ng mga singil at ang kaso ng kanilang nakatigil na pagkakalagay ay ang pagkakaiba sa geometry ng mga puwersang ito. Para sa kaso ng electrostatics, ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang singil ay nakadirekta sa linya na nagkokonekta sa kanila. Samakatuwid, ang geometry ng problema ay dalawang-dimensional at ang pagsasaalang-alang ay isinasagawa sa eroplano na dumadaan sa linyang ito.

Sa kaso ng mga alon, ang puwersa na nagpapakilala sa magnetic field na nilikha ng kasalukuyang ay matatagpuan sa isang eroplano na patayo sa kasalukuyang. Samakatuwid, ang larawan ng kababalaghan ay nagiging tatlong-dimensional. Ang magnetic field na nilikha ng elemento ng unang kasalukuyang, walang katapusang maliit ang haba, na nakikipag-ugnayan sa parehong elemento ng pangalawang kasalukuyang, sa pangkalahatang kaso, ay lumilikha ng puwersa na kumikilos dito. Bukod dito, para sa parehong mga alon, ang larawang ito ay ganap na simetriko sa kahulugan na ang pagnunumero ng mga alon ay arbitrary.

Ang batas ng pakikipag-ugnayan ng mga alon ay ginagamit upang i-standardize ang direktang electric current.

8. Malakas na pakikipag-ugnayan.

Ang malakas na pakikipag-ugnayan ay ang pangunahing short-range na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga hadron at quark. Sa atomic nucleus, ang malakas na puwersa ay nagtataglay ng positibong sisingilin (nakararanas ng electrostatic repulsion) na mga proton, nangyayari ito sa pamamagitan ng pagpapalitan ng pi-meson sa pagitan ng mga nucleon (proton at neutron). Ang mga Pi-meson ay nabubuhay nang napakaliit, ang kanilang buhay ay sapat lamang upang magbigay ng mga puwersang nuklear sa loob ng radius ng nucleus, samakatuwid ang mga puwersang nuklear ay tinatawag na short-range. Ang isang pagtaas sa bilang ng mga neutron ay "nagpapalabnaw" sa nucleus, binabawasan ang mga electrostatic na pwersa at pagtaas ng mga nukleyar, ngunit sa isang malaking bilang ng mga neutron, bilang mga fermion, sila mismo ay nagsisimulang makaranas ng pagtanggi dahil sa prinsipyo ng Pauli. Gayundin, kapag ang mga nucleon ay masyadong malapit sa isa't isa, ang pagpapalitan ng mga W-boson ay nagsisimula, na nagiging sanhi ng pagtanggi, salamat sa kung saan ang atomic nuclei ay hindi "bumagsak".

Sa loob mismo ng mga hadron, pinagsasama-sama ng malakas na puwersa ang mga quark na bumubuo sa mga hadron. Ang quanta ng malakas na field ay mga gluon. Ang bawat quark ay may isa sa tatlong "kulay" na singil, ang bawat gluon ay binubuo ng isang pares ng "kulay" - "anticolor". Ang mga gluon ay nagbubuklod sa mga quark sa tinatawag na. "pagkakulong", dahil sa kung saan ang mga libreng quark ay hindi pa naobserbahan sa eksperimento sa ngayon. Kapag ang mga quark ay humiwalay sa isa't isa, ang enerhiya ng gluon bond ay tumataas, at hindi bumababa tulad ng sa kaso ng nuclear interaction. Ang pagkakaroon ng gumugol ng maraming enerhiya (sa pamamagitan ng pagbangga ng mga hadron sa accelerator), ang isa ay maaaring masira ang quark-gluon bond, ngunit sa kasong ito, isang jet ng mga bagong hadron ang ilalabas. Gayunpaman, ang mga libreng quark ay maaaring umiral sa kalawakan: kung ang isang quark ay nakaiwas sa pagkakulong sa panahon ng Big Bang, kung gayon ang posibilidad na mapuksa kasama ang kaukulang antiquark o maging isang walang kulay na hadron para sa naturang quark ay napakaliit.

9. Mahinang pakikipag-ugnayan.

Ang mahinang interaksyon ay ang pangunahing short-range na interaksyon. Saklaw 10 −18 m. Symmetrical na may paggalang sa kumbinasyon ng spatial inversion at charge conjugation. Ang mahinang pakikipag-ugnayan ay nagsasangkot ng lahat ng pangunahingfermion (lepton at mga quark). Ito ang tanging interaksyon na kinabibilanganneutrino(hindi banggitin grabidad, bale-wala sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo), na nagpapaliwanag sa napakalaking lakas ng pagtagos ng mga particle na ito. Ang mahinang pakikipag-ugnayan ay nagpapahintulot sa mga lepton, quark at kanilang mgaantiparticle palitan enerhiya, timbang, singil ng kuryente at mga numerong quantum- ibig sabihin, maging isa't isa. Isa sa mga pagpapakitapagkabulok ng beta.

Kinakailangang malaman ang punto ng aplikasyon at ang direksyon ng bawat puwersa. Mahalagang matukoy nang eksakto kung anong mga puwersa ang kumikilos sa katawan at sa anong direksyon. Ang puwersa ay tinutukoy bilang , sinusukat sa Newtons. Upang makilala sa pagitan ng mga puwersa, sila ay itinalaga bilang mga sumusunod

Nasa ibaba ang mga pangunahing puwersa na kumikilos sa kalikasan. Imposibleng mag-imbento ng mga di-umiiral na pwersa kapag nilulutas ang mga problema!

Maraming pwersa sa kalikasan. Dito isinasaalang-alang namin ang mga puwersa na isinasaalang-alang sa kurso ng pisika ng paaralan kapag nag-aaral ng dinamika. Nabanggit din ang iba pang pwersa, na tatalakayin sa ibang mga seksyon.

Grabidad

Ang bawat katawan sa planeta ay apektado ng gravity ng Earth. Ang puwersa kung saan umaakit ang Earth sa bawat katawan ay tinutukoy ng formula

Ang punto ng aplikasyon ay nasa gitna ng gravity ng katawan. Grabidad laging nakaturo patayo pababa.

Pwersa ng friction

Kilalanin natin ang puwersa ng alitan. Lumilitaw ang puwersang ito kapag gumagalaw ang mga katawan at nagkadikit ang dalawang ibabaw. Ang puwersa ay lumitaw bilang isang resulta ng katotohanan na ang mga ibabaw, kapag tiningnan sa ilalim ng isang mikroskopyo, ay hindi makinis na tila. Ang puwersa ng friction ay tinutukoy ng formula:

Ang puwersa ay inilalapat sa punto ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng dalawang ibabaw. Nakadirekta sa direksyon na kabaligtaran ng paggalaw.

Suportahan ang puwersa ng reaksyon

Isipin ang isang napakabigat na bagay na nakahiga sa isang mesa. Ang mesa ay yumuko sa ilalim ng bigat ng bagay. Ngunit ayon sa ikatlong batas ni Newton, ang talahanayan ay kumikilos sa bagay na may eksaktong kaparehong puwersa gaya ng bagay sa mesa. Ang puwersa ay nakadirekta sa tapat ng puwersa kung saan pinindot ng bagay ang mesa. Nakataas na yan. Ang puwersang ito ay tinatawag na reaksyon ng suporta. Ang pangalan ng puwersa ay "nagsasalita" tumugon sa suporta. Lumilitaw ang puwersang ito tuwing may epekto sa suporta. Ang likas na katangian ng paglitaw nito sa antas ng molekular. Ang bagay, tulad nito, ay nag-deform sa karaniwang posisyon at mga koneksyon ng mga molekula (sa loob ng talahanayan), sila, sa turn, ay may posibilidad na bumalik sa kanilang orihinal na estado, "lumalaban".

Ganap na anumang katawan, kahit na isang napakagaan (halimbawa, isang lapis na nakahiga sa isang mesa), deforms ang suporta sa micro level. Samakatuwid, nangyayari ang isang reaksyon ng suporta.

Walang espesyal na pormula para sa paghahanap ng puwersang ito. Itinalaga nila ito sa pamamagitan ng titik, ngunit ang puwersang ito ay isang hiwalay na uri ng elastikong puwersa, kaya maaari rin itong tukuyin bilang

Ang puwersa ay inilalapat sa punto ng pakikipag-ugnay ng bagay na may suporta. Nakadirekta patayo sa suporta.

Dahil ang katawan ay kinakatawan bilang isang materyal na punto, ang puwersa ay maaaring ilarawan mula sa gitna

Nababanat na puwersa

Ang puwersa na ito ay lumitaw bilang isang resulta ng pagpapapangit (mga pagbabago sa paunang estado ng bagay). Halimbawa, kapag nag-stretch tayo ng spring, pinapataas natin ang distansya sa pagitan ng mga molecule ng spring material. Kapag ini-compress namin ang spring, binabawasan namin ito. Kapag tayo ay umiikot o lumipat. Sa lahat ng mga halimbawang ito, lumitaw ang isang puwersa na pumipigil sa pagpapapangit - ang nababanat na puwersa.

Batas ni Hooke

Ang nababanat na puwersa ay nakadirekta sa tapat ng pagpapapangit.

Dahil ang katawan ay kinakatawan bilang isang materyal na punto, ang puwersa ay maaaring ilarawan mula sa gitna

Kapag nakakonekta sa serye, halimbawa, mga spring, ang higpit ay kinakalkula ng formula

Kapag konektado sa parallel, ang higpit

Sample na paninigas. Modulus ni Young.

Ang modulus ni Young ay nagpapakilala sa mga nababanat na katangian ng isang sangkap. Ito ay isang palaging halaga na nakasalalay lamang sa materyal, ang pisikal na estado nito. Nailalarawan ang kakayahan ng isang materyal na labanan ang makunat o compressive na pagpapapangit. Ang halaga ng modulus ni Young ay tabular.

Matuto nang higit pa tungkol sa mga katangian ng solids.

Timbang ng katawan

Ang bigat ng katawan ay ang puwersa kung saan kumikilos ang isang bagay sa isang suporta. Sabi mo gravity! Ang pagkalito ay nangyayari sa mga sumusunod: sa katunayan, kadalasan ang bigat ng katawan ay katumbas ng puwersa ng grabidad, ngunit ang mga puwersang ito ay ganap na naiiba. Ang gravity ay ang puwersa na nagreresulta mula sa pakikipag-ugnayan sa Earth. Ang timbang ay resulta ng pakikipag-ugnayan sa suporta. Ang puwersa ng grabidad ay inilalapat sa gitna ng grabidad ng bagay, habang ang bigat ay ang puwersa na inilalapat sa suporta (hindi sa bagay)!

Walang formula para sa pagtukoy ng timbang. Ang puwersang ito ay tinutukoy ng titik.

Ang puwersa ng reaksyon ng suporta o elastic na puwersa ay lumitaw bilang tugon sa epekto ng isang bagay sa isang suspensyon o suporta, samakatuwid ang bigat ng katawan ay palaging kapareho ng bilang ng nababanat na puwersa, ngunit may kabaligtaran na direksyon.

Ang puwersa ng reaksyon ng suporta at ang bigat ay mga puwersa ng parehong kalikasan, ayon sa ika-3 batas ni Newton sila ay pantay at magkasalungat na direksyon. Ang timbang ay isang puwersa na kumikilos sa isang suporta, hindi sa isang katawan. Ang puwersa ng grabidad ay kumikilos sa katawan.

Maaaring hindi katumbas ng gravity ang timbang ng katawan. Maaari itong maging mas marami o mas kaunti, o maaaring maging zero ang timbang. Ang estadong ito ay tinatawag kawalan ng timbang. Ang kawalan ng timbang ay isang estado kapag ang isang bagay ay hindi nakikipag-ugnayan sa isang suporta, halimbawa, isang estado ng paglipad: mayroong gravity, ngunit ang timbang ay zero!

Posibleng matukoy ang direksyon ng acceleration kung matukoy mo kung saan nakadirekta ang resultang puwersa

Tandaan na ang timbang ay isang puwersa, na sinusukat sa Newtons. Paano tama na sagutin ang tanong: "Magkano ang iyong timbang"? Sumasagot kami ng 50 kg, hindi pinangalanan ang timbang, ngunit ang aming masa! Sa halimbawang ito, ang ating timbang ay katumbas ng gravity, na humigit-kumulang 500N!

Overload- ang ratio ng timbang sa gravity

Lakas ni Archimedes

Ang puwersa ay lumitaw bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng isang katawan sa isang likido (gas), kapag ito ay nahuhulog sa isang likido (o gas). Ang puwersang ito ay nagtutulak sa katawan palabas ng tubig (gas). Samakatuwid, ito ay nakadirekta patayo pataas (tulak). Natutukoy ng formula:

Sa hangin, napapabayaan natin ang puwersa ni Archimedes.

Kung ang puwersa ng Archimedes ay katumbas ng puwersa ng grabidad, lumulutang ang katawan. Kung ang puwersa ng Archimedes ay mas malaki, pagkatapos ito ay tumataas sa ibabaw ng likido, kung ito ay mas mababa, ito ay lumulubog.

mga puwersang elektrikal

May mga puwersa ng pinagmulan ng kuryente. Nangyayari sa pagkakaroon ng isang electric charge. Ang mga puwersang ito, tulad ng puwersa ng Coulomb, puwersa ng Ampère, puwersa ng Lorentz, ay tinalakay nang detalyado sa seksyong Elektrisidad.

Schematic na pagtatalaga ng mga puwersa na kumikilos sa katawan

Kadalasan ang katawan ay na-modelo ng isang materyal na punto. Samakatuwid, sa mga diagram, ang iba't ibang mga punto ng aplikasyon ay inilipat sa isang punto - sa gitna, at ang katawan ay inilalarawan sa eskematiko bilang isang bilog o parihaba.

Upang maitalaga nang tama ang mga puwersa, kinakailangang ilista ang lahat ng mga katawan kung saan nakikipag-ugnayan ang katawan sa ilalim ng pag-aaral. Tukuyin kung ano ang mangyayari bilang resulta ng pakikipag-ugnayan sa bawat isa: friction, deformation, attraction, o maaaring repulsion. Tukuyin ang uri ng puwersa, ipahiwatig nang tama ang direksyon. Pansin! Ang bilang ng mga puwersa ay magkakasabay sa bilang ng mga katawan kung saan nagaganap ang pakikipag-ugnayan.

Ang pangunahing bagay na dapat tandaan

1) Mga puwersa at ang kanilang kalikasan;
2) Direksyon ng mga pwersa;
3) Matukoy ang mga kumikilos na pwersa

Matukoy ang pagkakaiba sa pagitan ng panlabas (tuyo) at panloob (malagkit) na alitan. Ang panlabas na alitan ay nangyayari sa pagitan ng mga solidong ibabaw na nakikipag-ugnay, ang panloob na alitan ay nangyayari sa pagitan ng mga layer ng likido o gas sa panahon ng kanilang kamag-anak na paggalaw. May tatlong uri ng external friction: static friction, sliding friction at rolling friction.

Ang rolling friction ay tinutukoy ng formula

Ang puwersa ng paglaban ay lumitaw kapag ang isang katawan ay gumagalaw sa isang likido o gas. Ang magnitude ng puwersa ng paglaban ay nakasalalay sa laki at hugis ng katawan, ang bilis ng paggalaw nito at ang mga katangian ng likido o gas. Sa mababang bilis, ang puwersa ng paglaban ay proporsyonal sa bilis ng katawan

Sa mataas na bilis ito ay proporsyonal sa parisukat ng bilis

Isaalang-alang ang mutual attraction ng isang bagay at ng Earth. Sa pagitan nila, ayon sa batas ng grabidad, isang puwersa ang lumitaw

Ngayon ihambing natin ang batas ng grabidad at ang puwersa ng grabidad

Ang halaga ng free fall acceleration ay depende sa masa ng Earth at sa radius nito! Kaya, posibleng kalkulahin kung anong acceleration na mga bagay sa Buwan o sa alinmang planeta ang mahuhulog, gamit ang masa at radius ng planetang iyon.

Ang distansya mula sa gitna ng Earth hanggang sa mga pole ay mas mababa kaysa sa ekwador. Samakatuwid, ang acceleration ng free fall sa ekwador ay bahagyang mas mababa kaysa sa mga pole. Kasabay nito, dapat tandaan na ang pangunahing dahilan para sa pag-asa ng acceleration ng free fall sa latitude ng lugar ay ang katotohanan na ang Earth ay umiikot sa paligid ng axis nito.

Kapag lumalayo sa ibabaw ng Earth, ang puwersa ng gravity at ang acceleration ng free fall ay nagbabago nang kabaligtaran sa parisukat ng distansya sa gitna ng Earth.