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, 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), ay lubhang karaniwan. .
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 medyo mababang bilis at masa ng mga katawan sa system, sa gayon ay nilinaw 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 noong unang panahon upang ipaliwanag ang anumang mga phenomena sa mundo sa paligid natin 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 puwersa, 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 (hindi pa nakumpirma sa eksperimento ang pagkakaroon), electromagnetic - virtual photon, mahina - vector boson, malakas - gluon (at sa malalayong distansya - mesons. ). 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 puwersa 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 nabuo sa pamamagitan ng pagpapapangit ng isang spring, na inilarawan ng batas ni Hooke, ay resulta rin ng mga electromagnetic na pwersa sa pagitan ng mga particle at ang prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli, na pinipilit ang mga atomo ng kristal na sala-sala ng isang sangkap na hawakan malapit sa isang posisyon ng balanse. .
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), pati na rin ang variable na gravitational field na nilikha ng gumagalaw na mga katawan sa malalayong distansya mula sa kanila.
Pakikipag-ugnayan ng electromagnetic
Electrostatic na field (field ng fixed charges)
Ang pag-unlad ng pisika pagkatapos idagdag 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 madalas na ginagamit sa halip na isang bayad, bukod pa rito 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
- 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)
- Bronstein I. N. Semendyaev K. A. Handbook ng matematika. M .: Publishing house "Nauka" Edition ng sanggunian na pisikal at matematikal na literatura. 1964.
May apat na uri ng pwersa sa kalikasan: gravitational, electromagnetic, nuclear at weak.
puwersa ng grabidad, o puwersa ng grabidad, gumana sa pagitan ng lahat ng mga katawan. Ngunit ang mga puwersang ito ay kapansin-pansin kung ang isa man lang sa mga katawan ay may mga sukat na naaayon sa mga sukat ng mga planeta. Ang mga puwersa ng pag-akit sa pagitan ng mga ordinaryong katawan ay napakaliit na maaari silang mapabayaan. Samakatuwid, ang mga puwersa ng gravitational ay maaaring ituring na mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga planeta, gayundin sa pagitan ng mga planeta at ng Araw o iba pang mga katawan na may napakalaking masa. Ang mga ito ay maaaring mga bituin, satellite ng mga planeta, atbp.
Mga puwersang electromagnetic kumilos sa pagitan ng mga katawan na may electric charge.
pwersang nukleyar(malakas) ang pinakamakapangyarihan sa kalikasan. Kumikilos sila sa loob ng nuclei ng mga atomo sa layo na 10 -13 cm.
Mahinang Puwersa, tulad ng mga nuclear, kumikilos sa maliliit na distansya ng pagkakasunud-sunod ng 10 -15 cm. Bilang resulta ng kanilang pagkilos, ang mga proseso ay nangyayari sa loob ng nucleus.
Isinasaalang-alang ng mga mekanika ang mga puwersa ng gravitational, mga puwersang nababanat at mga puwersang frictional.
Gravitational forces
Inilarawan ang gravity ang batas ng unibersal na grabitasyon. Ang batas na ito ay binalangkas ni Newton sa gitna XVII V. sa Mathematical Principles of Natural Philosophy.
Grabidadtinatawag na gravitational force kung saan ang anumang materyal na particle ay naaakit sa isa't isa.
Ang puwersa kung saan ang mga materyal na particle ay naaakit sa isa't isa ay direktang proporsyonal sa produkto ng kanilang mga masa at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. .
G - gravitational constant, ayon sa bilang na katumbas ng modulus ng gravitational force kung saan kumikilos ang isang katawan na may unit mass sa isang katawan na may parehong unit mass at matatagpuan sa isang unit na distansya mula dito.
G \u003d 6.67384 (80) 10 −11 m 3 s −2 kg −1, o N m² kg −2.
Sa ibabaw ng Earth, ang gravitational force (gravitational force) ay nagpapakita ng sarili sa anyo grabidad.
Nakikita natin na ang anumang bagay na itinapon sa pahalang na direksyon ay nahuhulog pa rin. Anumang bagay na ibinabato ay nahuhulog din. Ito ay dahil sa puwersa ng gravity na kumikilos anumang materyal na katawan na matatagpuan malapit sa ibabaw ng Earth. Ang gravity ay kumikilos sa mga katawan at sa ibabaw ng iba pang mga astronomical na katawan. Ang puwersang ito ay palaging nakadirekta nang patayo pababa.
Sa ilalim ng impluwensya ng gravity, ang katawan ay gumagalaw sa ibabaw ng planeta na may tinatawag na acceleration free fall acceleration.
Ang free fall acceleration sa ibabaw ng Earth ay tinutukoy ng titik g .
F t = mg ,
kaya naman,
g = F t / m
g \u003d 9.81 m / s 2 sa mga pole ng Earth, at sa ekwador g \u003d 9.78 m / s 2.
Kapag nilulutas ang mga simpleng pisikal na problema, ang dami g ito ay itinuturing na katumbas ng 9.8 m / s 2.
Ang klasikal na teorya ng grabitasyon ay naaangkop lamang para sa mga katawan na may bilis na mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag.
nababanat na pwersa
Mga puwersa ng pagkalastiko tinatawag na mga puwersa na lumitaw sa katawan bilang isang resulta ng pagpapapangit, na nagiging sanhi ng pagbabago sa hugis o dami nito. Ang mga puwersang ito ay palaging nagsisikap na ibalik ang katawan sa orihinal nitong posisyon.
Sa panahon ng pagpapapangit, ang mga particle ng katawan ay inilipat. Ang nababanat na puwersa ay nakadirekta sa direksyon na kabaligtaran sa direksyon ng pag-aalis ng butil. Kung huminto ang pagpapapangit, nawawala ang nababanat na puwersa.
Ang Ingles na physicist na si Robert Hooke, isang kontemporaryo ni Newton, ay nakatuklas ng isang batas na nagtatatag ng ugnayan sa pagitan ng puwersa ng pagkalastiko at ng pagpapapangit ng isang katawan.
Kapag ang katawan ay deformed, isang nababanat na puwersa arises, na kung saan ay direktang proporsyonal sa pagpahaba ng katawan, at may isang direksyon na kabaligtaran sa paggalaw ng mga particle sa panahon ng pagpapapangit.
F = k ∆ l ,
saan Upang ay ang tigas ng katawan, o koepisyent ng pagkalastiko;
∆ l - ang halaga ng pagpapapangit, na nagpapakita ng halaga ng pagpahaba ng katawan sa ilalim ng impluwensya ng nababanat na pwersa.
Ang batas ni Hooke ay may bisa para sa nababanat na mga pagpapapangit kapag ang pagpapahaba ng katawan ay maliit, at ang katawan ay nagpapanumbalik ng orihinal nitong mga sukat pagkatapos mawala ang mga puwersang nagdulot ng pagpapapangit na ito.
Kung ang pagpapapangit ay malaki at ang katawan ay hindi bumalik sa orihinal nitong hugis, ang batas ni Hooke ay hindi nalalapat. Sa napakalaking mga pagpapapangit, ang pagkasira ng katawan ay nangyayari.
Mga puwersa ng alitan
Ang friction ay nangyayari kapag ang isang katawan ay gumagalaw sa ibabaw ng isa pa. Mayroon itong electromagnetic na kalikasan. Ito ay isang kinahinatnan ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo at mga molekula ng magkadugtong na mga katawan. Ang direksyon ng friction force ay kabaligtaran sa direksyon ng paggalaw.
Makilala tuyo At likido alitan. Ang friction ay tinatawag na tuyo kung walang likido o gas na layer sa pagitan ng mga katawan.
Ang isang natatanging tampok ng dry friction ay static friction, na nangyayari kapag ang mga katawan ay nasa relatibong pahinga.
Halaga static friction pwersa palaging katumbas ng magnitude ng panlabas na puwersa at nakadirekta sa tapat na direksyon. Pinipigilan ng static friction force ang paggalaw ng katawan.
Sa turn, ang dry friction ay nahahati sa friction madulas at alitan gumugulong.
Kung ang magnitude ng panlabas na puwersa ay lumampas sa magnitude ng friction force, kung gayon sa kasong ito ay lilitaw ang slippage, at ang isa sa mga nakikipag-ugnay na katawan ay magsisimulang sumulong na may kaugnayan sa kabilang katawan. At ang puwersa ng alitan ay tatawagin sliding friction force. Ang direksyon nito ay magiging kabaligtaran sa direksyon ng pag-slide.
Ang sliding friction force ay nakasalalay sa puwersa kung saan ang mga katawan ay pumipindot sa isa't isa, sa estado ng mga rubbing surface, sa bilis ng paggalaw, ngunit hindi nakasalalay sa contact area.
Ang sliding friction force ng isang katawan sa ibabaw ng isa pa ay kinakalkula ng formula:
F tr. = k N ,
saan k- koepisyent ng sliding friction;
N ay ang normal na puwersa ng reaksyon na kumikilos sa katawan mula sa gilid ng ibabaw.
Rolling friction force nangyayari sa pagitan ng isang katawan na gumulong sa ibabaw ng ibabaw at sa ibabaw mismo. Lumilitaw ang gayong mga puwersa, halimbawa, kapag ang mga gulong ng isang kotse ay nakipag-ugnay sa ibabaw ng kalsada.
Ang halaga ng rolling friction force ay kinakalkula ng formula
saan F t – rolling friction force;
f ay ang koepisyent ng rolling friction;
R ay ang radius ng rolling body;
N - puwersa ng pagpindot.
Mga batas ni Newton
Batas I ni Newton
May mga ganitong sistema ng sanggunian, na tinatawag na inertial, na may paggalang kung saan ang mga katawan ay nagpapanatili ng kanilang bilis na hindi nagbabago, kung hindi sila apektado ng ibang mga katawan o ang pagkilos ng iba pang mga pwersa ay nabayaran.
Batas II ni Newton
Ang acceleration ng isang katawan ay direktang proporsyonal sa resulta ng mga puwersa na inilapat sa katawan at inversely proporsyonal sa masa nito:
Pangatlong batas ni Newton
Ang mga puwersa kung saan kumikilos ang dalawang katawan sa isa't isa ay pantay sa magnitude at magkasalungat sa direksyon.
Mga uri ng puwersa
Ang puwersa ng pagkalastiko tinatawag na puwersa na nangyayari sa katawan kapag nagbabago ang hugis o sukat nito. Nangyayari ito kung ang katawan ay na-compress, nakaunat, nakatungo o nakapilipit. Halimbawa, ang isang nababanat na puwersa ay lumitaw sa isang tagsibol bilang isang resulta ng compression nito at kumikilos sa isang brick.
Ang nababanat na puwersa ay palaging nakadirekta sa tapat ng puwersa na nagdulot ng pagbabago sa hugis o sukat ng katawan. Sa aming halimbawa, ang nahulog na ladrilyo ay nag-compress sa tagsibol, iyon ay, kumilos ito nang may pababang puwersa. Bilang isang resulta, ang isang nababanat na puwersa ay lumitaw sa tagsibol, na nakadirekta sa kabaligtaran na direksyon, iyon ay, pataas. Maaari naming kumpirmahin ito sa pamamagitan ng pagmamasid sa rebound ng isang brick.
Batas ni Hooke: ang nababanat na puwersa na nagmumula sa isang deformed body ay direktang proporsyonal sa deformation vector at kabaligtaran nito sa direksyon.
kung saan ang k ay ang koepisyent ng pagkalastiko, ang L ay ang halaga ng nababanat na pagpapapangit.
grabidad tawag sa puwersa kung saan ang lahat ng katawan sa mundo ay naaakit sa isa't isa (tingnan ang § 2-a). Ang pagkakaiba-iba ng puwersa ng gravitational ay ang puwersa ng grabidad - ang puwersa kung saan ang isang katawan na matatagpuan malapit sa isang planeta ay naaakit dito. Halimbawa, ang isang rocket na nakatayo sa Mars ay apektado din ng gravity.
Grabidad palaging nakadirekta patungo sa gitna ng planeta. Ang figure ay nagpapakita na ang Earth ay umaakit sa batang lalaki at ang bola na may pwersa na nakadirekta pababa, iyon ay, patungo sa gitna ng planeta. Tulad ng nakikita mo, ang "pababa" na direksyon ay iba para sa iba't ibang lugar sa planeta. Magiging totoo din ito para sa iba pang mga planeta at mga cosmic na katawan. Pag-aaralan natin ang puwersa ng grabidad nang mas detalyado sa § 3-d.
Sa lakas ng alitan tinatawag na puwersa na pumipigil sa isang katawan na dumulas sa ibabaw ng isa pa. Isaalang-alang ang pagguhit. Ang biglaang pagpepreno ng sasakyan ay laging may kasamang "squeal of brakes". Ang tunog na ito ay sanhi ng mga gulong na dumudulas sa simento. Sa kasong ito, ang mga gulong ay malakas na nabura, dahil ang puwersa ng friction ay kumikilos sa pagitan ng mga gulong at kalsada, na pumipigil sa pagdulas.
Ang puwersa ng friction ay palaging nakadirekta sa tapat ng direksyon ng (posibleng) pag-slide ng itinuturing na katawan sa ibabaw ng iba. Halimbawa, kapag ang isang kotse ay nagpreno nang husto, ang mga gulong nito ay dumudulas, na nangangahulugan na ang puwersa ng friction na kumikilos sa kanila sa kalsada ay nakadirekta sa kabaligtaran na direksyon, iyon ay, pabalik.
Ang puwersa ng friction ay lumalabas hindi lamang kapag ang isang katawan ay dumudulas sa ibabaw ng isa pa. Mayroon ding static friction force. Halimbawa, ang pagtulak sa kalsada gamit ang isang boot, hindi namin napapansin ang pagkadulas nito. Sa kasong ito, lumitaw ang isang static na puwersa ng friction, dahil sa kung saan tayo sumulong. Sa kawalan ng lakas na ito, hindi tayo makakagawa ng isang hakbang, tulad ng, halimbawa, sa yelo.
Sa pamamagitan ng kapangyarihan ni Archimedes(o buoyant force) ay ang puwersa kung saan kumikilos ang isang likido o gas sa isang katawan na nakalubog sa kanila - itinutulak nila ito palabas. Ipinapakita ng figure na ang tubig ay kumikilos sa mga bula ng hangin na inilalabas ng isda - tinutulak sila nito sa ibabaw. Ang tubig ay kumikilos din sa mga isda at mga bato - binabawasan nito ang kanilang timbang (ang puwersa na pinipindot ng mga bato sa ilalim).
Ang lakas ng paglaban. Ang puwersang kumikilos sa isang katawan sa panahon ng paggalaw nito sa pagsasalin sa isang likido o gas ay tinatawag na drag force.
Ang puwersa ng paglaban ay nakasalalay sa bilis ng katawan na nauugnay sa panlabas na kapaligiran at nakadirekta sa tapat ng bilis ng vector ng katawan.
kung saan ang k ay ang koepisyent ng proporsyonalidad, depende sa bilis ng katawan na may kaugnayan sa daluyan, ang V ay ang modulus ng tulin ng katawan na may kaugnayan sa daluyan.
Ang puwersa ng gravity attraction.
Ang pakikipag-ugnayan ng gravitational sa pagitan ng mga katawan ay isinasagawa sa pamamagitan ng isang gravitational field.
Ang mga puwersa ng gravity ay nakadirekta sa isang tuwid na linya na nag-uugnay sa mga nakikipag-ugnay na mga punto, i.e. ay ang mga sentral na pwersa.
Batas ng grabidad:
Sa pagitan ng dalawang materyal na punto ay may mga puwersa ng mutual attraction na proporsyonal sa produkto ng masa ng mga punto, inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.
kung saan G = 6.67 10^-11 (N m^2) / kg^2 - gravitational constant, m1, m2 - gravitational mass ng materyal na mga punto, R - distansya sa pagitan ng mga materyal na punto.
Ang batas ng unibersal na grabitasyon ay may bisa din para sa mga homogenous na spherical na katawan. Sa kasong ito, ang R ay ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng grabidad ng mga katawan.
Ang lahat ng mga proseso sa paligid natin ay nangyayari bilang resulta ng pagkilos ng isa o ibang pisikal na puwersa. Sa pagpapakita nito, ang isang tao ay nakakatugon sa lahat ng dako, simula sa katotohanan na kailangan niyang magpuwersa upang makaalis sa kama sa umaga, at nagtatapos sa mga paggalaw ng napakalaking bagay sa kalawakan. Ang artikulong ito ay nakatuon sa mga tanong kung ano ang puwersa sa pisika, at kung anong mga uri nito ang umiiral.
Ang konsepto ng lakas
Ang tanong kung ano ang puwersa sa pisika, sinimulan nating isaalang-alang ang kahulugan nito. Sa ilalim nito, ipinapalagay ang isang dami na maaaring magbago ng momentum ng katawan na pinag-uusapan. Ang mathematical expression para sa kahulugang ito ay ganito ang hitsura:
Dito ang dp¯ ay ang pagbabago sa momentum (kung hindi man ito ay tinatawag na momentum), ang dt ay ang yugto ng panahon kung kailan ito nagbabago. Ipinapakita nito na ang F¯ (force) ay isang vector, iyon ay, upang matukoy ito, kailangan mong malaman ang parehong module (ganap na halaga) at ang direksyon ng aplikasyon nito.
Tulad ng alam mo, ang momentum ay sinusukat sa kg * m / s. Nangangahulugan ito na ang F¯ ay kinakalkula sa kg*m/s 2 . Ang yunit ng pagsukat na ito ay tinatawag na newton (N) sa SI. Dahil ang unit m / s 2 ay isang sukatan ng linear acceleration sa klasikal na mekanika, kung gayon ang ika-2 batas ni Isaac Newton ay awtomatikong sumusunod mula sa kahulugan ng puwersa:
Sa gayong pormula, ang a¯ = dv¯/dt ay ang acceleration.
Ang pormula ng puwersa na ito sa physics ay nagpapakita na sa Newtonian mechanics ang quantity F¯ ay nailalarawan sa pamamagitan ng acceleration na maibibigay nito sa isang katawan na may mass m.
Pag-uuri ng mga uri ng pwersa
Ang paksa ng puwersa sa pisika ay medyo malawak, at sa detalyadong pagsasaalang-alang ito ay nakakaapekto sa mga pangunahing konsepto ng istraktura ng bagay at ang mga prosesong nagaganap sa Uniberso. Sa artikulong ito, hindi natin isasaalang-alang ang konsepto ng relativistic force (mga prosesong nagaganap sa malapit sa liwanag na bilis) at puwersa sa quantum mechanics, ngunit lilimitahan natin ang ating sarili sa paglalarawan nito para sa mga macroscopic na bagay, na ang paggalaw ay tinutukoy ng mga batas ng klasikal na mekanika.
Kaya, batay sa pang-araw-araw na pagmamasid sa mga proseso sa pang-araw-araw na buhay at kalikasan, ang mga sumusunod na uri ng puwersa ay maaaring makilala:
- gravity (gravity);
- epekto ng suporta;
- alitan;
- pag-igting;
- pagkalastiko;
- nagbabalik.
Pagbubukas ng tanong kung anong puwersa ang nasa pisika, isasaalang-alang namin ang bawat isa sa mga uri na ito nang mas detalyado.
Ang unibersal na grabitasyon ni Newton
Sa pisika, ang pagkilos ng gravity ay ipinakita sa pagkahumaling ng dalawang bagay na may hangganan na masa. Ang puwersa ng grabidad ay medyo mahina kung ihahambing sa mga pakikipag-ugnayang elektrikal o nuklear. Ito ay nagpapakita ng sarili sa isang cosmic scale (paggalaw ng mga planeta, bituin, kalawakan).
Noong ika-17 siglo, si Isaac Newton, na pinag-aaralan ang paggalaw ng mga planeta sa paligid ng Araw, ay dumating sa pagbabalangkas ng batas, na tinatawag na unibersal na grabitasyon. Sa pisika, ang pormula para sa puwersa ng grabidad ay nakasulat tulad ng sumusunod:
Ang isang pang-eksperimentong pagpapasiya ng halaga ng G ay ginawa lamang sa pagtatapos ng ika-18 siglo ni Henry Cavendish, na gumamit ng balanse ng pamamaluktot sa kanyang eksperimento. Ginawa ng eksperimentong ito na matukoy ang masa ng ating planeta.
Sa pormula sa itaas, kung ang isa sa mga katawan ay ang ating Earth, kung gayon ang puwersa ng grabidad para sa anumang bagay na matatagpuan malapit sa ibabaw ng lupa ay magiging katumbas ng:
F \u003d G * M * m / R 2 \u003d m * g,
kung saan g \u003d G * M / R 2
Narito ang M ay ang masa ng planeta, ang R ay ang radius nito (ang distansya sa pagitan ng katawan at sentro ng Earth ay humigit-kumulang katumbas ng radius ng huli). Ang huling expression ay isang mathematical na representasyon ng dami, na karaniwang tinatawag na bigat ng katawan, iyon ay:
Ipinapakita ng expression na sa pisika ang gravity ay katumbas ng bigat ng isang katawan. Ang halaga ng P ay sinusukat na alam ang puwersa ng paglaban ng suporta kung saan matatagpuan ang ibinigay na katawan.
Suportahan ang reaksyon sa ibabaw
Bakit hindi nahuhulog sa lupa ang mga tao, bahay at iba pang bagay? Bakit hindi nahuhulog ang librong inilagay sa mesa? Ang mga ito at iba pang katulad na mga katotohanan ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng puwersa ng reaksyon ng suporta, na kadalasang tinutukoy ng titik N. Malinaw na mula sa pangalan na ito ay isang katangian ng epekto sa katawan ng ibabaw kung saan ito ay matatagpuan.
Batay sa nabanggit na katotohanan ng ekwilibriyo, maaari nating isulat ang expression:
(para sa pahalang na posisyon ng katawan)
Iyon ay, ang puwersa ng suporta ay katumbas ng ganap na halaga sa bigat ng katawan kung ito ay nasa pahalang na ibabaw, at kabaligtaran nito sa direksyon. Kung ang katawan ay matatagpuan sa isang hilig na eroplano, kung gayon ang pagkalkula ng N ay isinasagawa na gamit ang trigonometric function (sin (x) o cos (x)), dahil ang P ay palaging nakadirekta patungo sa gitna ng Earth (pababa), at ang N ay nakadirekta patayo sa surface plane (pataas).
Ang pag-unawa sa sanhi ng puwersa N ay lampas sa saklaw ng klasikal na mekanika. Sa maikling salita, sabihin natin na ito ay direktang bunga ng tinatawag na prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli. Ayon sa kanya, ang dalawang electron ay hindi maaaring nasa parehong estado. Ang katotohanang ito ay humahantong sa katotohanan na kung ang dalawang mga atomo ay pinagsama, kung gayon, sa kabila ng kanilang 99% na kawalan ng laman, ang mga shell ng elektron ay hindi maaaring tumagos sa isa't isa, at isang malakas na pagtanggi ang lilitaw sa pagitan nila.
Pwersa ng friction
Sa pisika, ang ganitong uri ng puwersang pagkilos ay hindi gaanong madalas kaysa sa mga tinalakay sa itaas. Ang friction ay nangyayari sa tuwing nagsisimulang gumalaw ang isang bagay. Sa pangkalahatan, sa pisika, ang friction force ay karaniwang iniuugnay sa isa sa 3 uri:
- pahinga;
- madulas;
- gumugulong.
Ang unang dalawang uri ay inilalarawan ng sumusunod na expression:
Narito ang μ ay ang koepisyent ng friction, ang halaga nito ay depende sa parehong uri ng puwersa (pahinga o friction) at sa mga materyales ng rubbing surface.
Ang rolling friction, isang pangunahing halimbawa kung saan ay isang gumagalaw na gulong, ay kinakalkula gamit ang formula:
Narito ang R ay ang radius ng gulong, ang f ay isang koepisyent na naiiba sa μ hindi lamang sa halaga, kundi pati na rin sa dimensyon (μ ay walang sukat, f ay sinusukat sa mga yunit ng haba).
Ang anumang uri ng friction force ay palaging nakadirekta laban sa paggalaw, ay direktang proporsyonal sa puwersa N at hindi nakasalalay sa lugar ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga ibabaw.
Ang dahilan ng paglitaw ng alitan sa pagitan ng dalawang ibabaw ay ang pagkakaroon ng microheterogeneities sa kanila, na humahantong sa kanilang "pakikipag-ugnayan" tulad ng maliliit na kawit. Ang simpleng paliwanag na ito ay isang medyo magandang approximation ng tunay na proseso, na kung saan ay mas kumplikado, at para sa isang malalim na pag-unawa ay nagsasangkot ng pagsasaalang-alang ng mga pakikipag-ugnayan sa isang atomic scale.
Ang mga formula sa itaas ay tumutukoy sa friction ng solids. Sa kaso ng mga likidong sangkap (mga likido at gas), naroroon din ang alitan, tanging ito ay lumalabas na proporsyonal sa bilis ng bagay (ang parisukat ng bilis para sa mabilis na paggalaw).
Lakas ng tensyon
Ano ang puwersa sa pisika kapag isinasaalang-alang ang paggalaw ng mga kalakal gamit ang mga lubid, lubid at kable? Tinatawag itong tension force. Ito ay karaniwang tinutukoy ng letrang T (tingnan ang figure sa itaas).
Kung isinasaalang-alang ang mga problema sa pisika sa puwersa ng pag-igting, kung gayon ang isang simpleng mekanismo bilang isang bloke ay madalas na lumitaw sa kanila. Ito ay nagpapahintulot sa iyo na i-redirect ang kumikilos na puwersa T. Ang mga espesyal na disenyo ng bloke ay nagbibigay ng pakinabang sa puwersang inilapat upang iangat ang pagkarga.
Ang kababalaghan ng pagkalastiko
Kung ang mga deformation ng isang solidong katawan ay maliit (hanggang sa 1%), pagkatapos ay pagkatapos ng aplikasyon ng isang panlabas na puwersa, sila ay ganap na nawawala. Sa prosesong ito, gumagana ang pagpapapangit, na lumilikha ng tinatawag na nababanat na puwersa. Para sa isang spring, ang halagang ito ay inilalarawan ng batas ni Hooke. Ang kaukulang formula ay ganito ang hitsura:
Narito ang x ay ang displacement ng spring mula sa estado ng equilibrium nito (absolute deformation), ang k ay ang koepisyent. Ang minus sign sa expression ay nagpapakita na ang nababanat na puwersa ay nakadirekta laban sa anumang pagpapapangit (tension at compression), iyon ay, naglalayong ibalik ang posisyon ng balanse.
Ang pisikal na dahilan para sa paglitaw ng nababanat at mga puwersa ng pag-igting ay pareho, ito ay binubuo sa hitsura ng pagkahumaling o pagtanggi sa pagitan ng mga atomo ng isang sangkap kapag nagbabago ang distansya ng balanse sa pagitan nila.
Alam ng lahat na kapag bumaril mula sa anumang baril, nangyayari ang tinatawag na recoil. Ito ay nagpapakita ng sarili sa katotohanan na ang puwitan ng isang baril ay tumama sa balikat ng tagabaril, at ang tangke o baril ay gumulong pabalik kapag ang projectile ay lumipad palabas sa nguso. Ang lahat ng ito ay mga pagpapakita ng kapangyarihan ng pagkakaloob. Ang pormula para dito ay katulad ng ibinigay sa simula ng artikulo kapag tinukoy ang konsepto ng "puwersa".
Tulad ng maaari mong hulaan, ang dahilan para sa paglitaw ng mga puwersa ng pag-urong ay ang pagpapakita ng batas ng konserbasyon ng momentum ng system. Kaya, ang isang bala na lumilipad mula sa nguso ng isang baril ay nagdadala ng eksaktong momentum kung saan ang puwit ay tumama sa tagabaril sa balikat, bilang isang resulta, ang kabuuang momentum ay nananatiling pare-pareho (katumbas ng zero para sa isang medyo resting system).
Mayroong ilang mga batas na nagpapakilala sa mga pisikal na proseso sa panahon ng mekanikal na paggalaw ng mga katawan.
Ang mga sumusunod na pangunahing batas ng mga puwersa sa pisika ay nakikilala:
- ang batas ng grabidad;
- ang batas ng unibersal na grabitasyon;
- batas ng friction force;
- ang batas ng puwersa ng pagkalastiko;
- Mga batas ni Newton.
batas ng grabidad
Puna 1
Ang gravity ay isa sa mga pagpapakita ng pagkilos ng mga puwersa ng gravitational.
Ang gravity ay kinakatawan bilang isang puwersa na kumikilos sa katawan mula sa gilid ng planeta at binibigyan ito ng acceleration ng free fall.
Ang libreng pagkahulog ay maaaring isaalang-alang sa anyong $mg = G\frac(mM)(r^2)$, kung saan nakuha natin ang formula ng free fall acceleration:
$g = G\frac(M)(r^2)$.
Ang formula para sa pagtukoy ng gravity ay magiging ganito:
$(\overline(F))_g = m\overline(g)$
Ang gravity ay may isang tiyak na vector ng pagpapalaganap. Ito ay palaging nakadirekta patayo pababa, iyon ay, patungo sa gitna ng planeta. Ang puwersa ng grabidad ay patuloy na kumikilos sa katawan at nangangahulugan ito na ito ay gumagawa ng isang libreng pagkahulog.
Ang tilapon ng paggalaw sa ilalim ng pagkilos ng grabidad ay nakasalalay sa:
- module ng paunang bilis ng bagay;
- direksyon ng bilis ng katawan.
Ang tao ay nakakatagpo ng pisikal na kababalaghang ito araw-araw.
Ang puwersa ng grabidad ay maaari ding ilarawan bilang formula na $P = mg$. Kapag pinabilis ang libreng pagkahulog, ang mga karagdagang dami ay isinasaalang-alang din.
Kung isasaalang-alang natin ang batas ng unibersal na grabitasyon, na binuo ni Isaac Newton, ang lahat ng mga katawan ay may isang tiyak na masa. Naaakit sila sa isa't isa nang may puwersa. Tatawagin itong gravitational force.
$F = G\frac(m_1m_2)(r^2)$
Ang puwersang ito ay direktang proporsyonal sa produkto ng masa ng dalawang katawan at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.
$G = 6.7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, kung saan ang $G$ ay ang gravitational constant at mayroon itong international system measurements SI pare-pareho ang halaga.
Kahulugan 1
Ang timbang ay ang puwersa kung saan kumikilos ang katawan sa ibabaw ng planeta pagkatapos ng paglitaw ng grabidad.
Sa mga kaso kung saan ang katawan ay nakapahinga o gumagalaw nang pantay sa isang pahalang na ibabaw, kung gayon ang bigat ay magiging katumbas ng puwersa ng reaksyon ng suporta at tumutugma sa halaga sa magnitude ng puwersa ng grabidad:
Sa pare-parehong pinabilis na paggalaw patayo, ang timbang ay mag-iiba mula sa puwersa ng grabidad, batay sa acceleration vector. Kapag ang acceleration vector ay nakadirekta sa kabaligtaran na direksyon, isang overload na kondisyon ang nangyayari. Sa mga kaso kapag ang katawan kasama ang suporta ay gumagalaw nang may acceleration $a = g$, kung gayon ang timbang ay magiging katumbas ng zero. Ang estado ng zero weight ay tinatawag na weightlessness.
Ang lakas ng gravitational field ay kinakalkula tulad ng sumusunod:
$g = \frac(F)(m)$
Ang halaga ng $F$ ay ang gravitational force na kumikilos sa isang materyal na punto na may mass na $m$.
Ang katawan ay inilalagay sa isang tiyak na punto sa field.
Ang potensyal na enerhiya ng gravitational interaction ng dalawang materyal na punto na may masa $m_1$ at $m_2$ ay dapat nasa layo na $r$ sa isa't isa.
Ang potensyal ng gravitational field ay matatagpuan sa pamamagitan ng formula:
$\varphi = \Pi / m$
Dito ang $П$ ay ang potensyal na enerhiya ng isang materyal na punto na may mass na $m$. Ito ay inilalagay sa isang tiyak na punto sa field.
Mga batas ng friction force
Puna 2
Ang puwersa ng friction ay lumalabas sa panahon ng paggalaw at nakadirekta laban sa pag-slide ng katawan.
Ang static friction force ay magiging proporsyonal sa normal na reaksyon. Ang static friction force ay hindi nakadepende sa hugis at laki ng mga rubbing surface. Ang static na koepisyent ng friction ay nakasalalay sa materyal ng mga katawan na nakikipag-ugnayan at bumubuo ng puwersa ng friction. Gayunpaman, ang mga batas ng friction ay hindi matatawag na matatag at tumpak, dahil ang iba't ibang mga paglihis ay madalas na sinusunod sa mga resulta ng pananaliksik.
Ang tradisyonal na pagsulat ng friction force ay nagsasangkot ng paggamit ng koepisyent ng friction ($\eta$), ang $N$ ay ang puwersa ng normal na presyon.
Mayroon ding panlabas na friction, rolling friction force, sliding friction force, viscous friction force at iba pang uri ng friction.
Ang batas ng nababanat na puwersa
Ang nababanat na puwersa ay katumbas ng katigasan ng katawan, na pinarami ng dami ng pagpapapangit:
$F = k \cdot \Delta l$
Sa aming klasikal na pormula ng puwersa para sa paghahanap ng nababanat na puwersa, ang pangunahing lugar ay inookupahan ng katigasan ng katawan ($k$) at ang pagpapapangit ng katawan ($\Delta l$). Ang yunit ng puwersa ay ang newton (N).
Ang gayong pormula ay maaaring ilarawan ang pinakasimpleng kaso ng pagpapapangit. Tinatawag itong batas ni Hooke. Sinasabi nito na kapag sinubukan mong i-deform ang katawan sa anumang paraan na posible, ang nababanat na puwersa ay may posibilidad na ibalik ang hugis ng bagay sa orihinal nitong anyo.
Upang maunawaan at tumpak na ilarawan ang pisikal na kababalaghan, ang mga karagdagang konsepto ay ipinakilala. Ang koepisyent ng pagkalastiko ay nagpapakita ng pag-asa sa:
- mga katangian ng materyal;
- laki ng baras.
Sa partikular, ang pag-asa sa mga sukat ng baras o ang cross-sectional area at haba ay nakikilala. Pagkatapos ang koepisyent ng pagkalastiko ng katawan ay nakasulat bilang:
$k = \frac(ES)(L)$
Sa gayong pormula, ang dami na $E$ ay ang modulus ng elasticity ng unang uri. Tinatawag din itong Young's modulus. Sinasalamin nito ang mga mekanikal na katangian ng isang partikular na materyal.
Kapag kinakalkula ang mga tuwid na bar, ang batas ni Hooke ay ginagamit sa relatibong anyo:
$\Delta l = \frac(FL)(ES)$
Nabanggit na ang paggamit ng batas ni Hooke ay magiging epektibo lamang para sa medyo maliit na mga pagpapapangit. Kung nalampasan ang antas ng limitasyon sa proporsyonalidad, magiging non-linear ang relasyon sa pagitan ng mga strain at stress. Para sa ilang media, hindi mailalapat ang batas ni Hooke kahit na may maliliit na deformation.
