A fizikának négyféle alapvető kölcsönhatása van. Közülük kettő – a gravitációs és az elektromágneses – végtelen hatástartománnyal rendelkezik, és mind a makro-, mind a mikrovilágban megnyilvánul. További kettő - erős (nukleáris) és gyenge (a radioaktív bomlásért felelős) a kis hatássugár miatt csak a mikrokozmoszban nyilvánulnak meg, „rejtve” az atommag belsejében, és semmilyen módon nem nyilvánulnak meg az atommagban. makrokozmosz. Minden mechanikai kölcsönhatás három típusra oszlik: gravitációs erő (gravitáció), rugalmas erő és súrlódási erő. A rugalmas és súrlódási erők elektromágneses természetűek: minden test atomokból áll, amelyekben elektromosan töltött részecskék is vannak.

A gravitációs kölcsönhatás kifejezi az egyetemes gravitáció törvénye:

G – gravitációs állandó, a mennyiségek mértékegységeinek harmonizálására vezették be a képlet mindkét részében, SI-ben G = 6,67. 10 -11 N. m 2 / kg 2 = 6,67. 10-11 m 3 / (kg s 2), T 1 És T 2 – anyagi pontok tömegei, r– a köztük lévő távolság. A (2.3.1) alakban szereplő törvény egy anyagi pont és egy gömbtest vagy két gömbtest közötti gravitációs erők kiszámítására is alkalmazható. Ebben az esetben r – távolság m.t. a labda közepére, illetve a golyók középpontjai közé. A gravitációs erő végig irányul r. Az egyetemes gravitáció törvényében megjelenő tömeget gravitációs vagy gravitációs tömegnek nevezzük, ellentétben a tehetetlen tömeggel, amely azt méri, hogy egy test mennyire képes ellenállni egy másik test hatására bekövetkező állapotváltozásnak. Kísérletileg megállapították, hogy ezek a tömegek egyenlőek egymással (R. Eotvos, 1894). Ezt a kísérleti tényt ekvivalencia elvnek nevezik, és Einstein általános relativitáselméletének (gravitációelméletének) az alapja. Az ekvivalencia elvéből különösen az következik, hogy az egyik testből származó gravitációs erő ugyanolyan gyorsulást kölcsönöz az összes többi testnek, függetlenül azok tömegétől. Például minden testet vonz a föld, a rájuk ható gravitációs erőt nevezzük gravitáció, a (2.3.1) képlet segítségével határozzuk meg:
. Itt
- a gravitáció gyorsulása, M 3 És R 3 illetve a Föld tömege és sugara. A Föld alakja különbözik a gömbtől, és az anyag sűrűsége nem azonos térfogatának különböző helyein, de ezeknek a paramétereknek a befolyása olyan jelentéktelen, hogy elhanyagolható, így a Föld felszínének minden pontján g9,8 m/s 2. Gravitáció a föld felszínén a következő képlettel fejezzük ki:

(2.3.2)

A tárgyaltak alapján egyértelmű, hogy a különböző bolygókon a gravitációs erő és a szabadesés gyorsulása eltérő. Például a Hold gravitációs ereje csaknem 6-szor kisebb, mint a Földön, és ahogy az űrutazó távolodik a Föld felszínétől, a rá ható gravitációs erő csökken.

A gravitáció az oka annak, hogy a támaszték (felfüggesztés) hiánya miatt a test leesik. A támasztól (felfüggesztéstől) ható erőt támasztóreakciónak nevezzük, és mindig a támasz felületére merőlegesen irányul a testre, azaz. a támogatásból. Egyértelmű, hogy a függőleges felület miért nem szolgálhat támasztékul. Testsúly az az erő, amellyel a test rányom egy támasztékot vagy meghúz egy felfüggesztést, amely megakadályozza, hogy a földre zuhanjon. Newton harmadik törvénye szerint a támasz súlya és reakciója (hatáserő és reakcióerő) egyenlő egymással. A súlytalanság fogalma ezen erők hiányát jelenti, különösen, amint ugrunk, hogy elszakadjunk a támasztól, a súlytalanság állapotában találjuk magunkat. A teljes mozgás során, amíg újra rá nem szállunk a támasztékra, a gravitációs erő nem szűnik meg hatni, lassítja a felfelé irányuló mozgást és felgyorsítja a lefelé irányuló mozgást, de nincs súly. A lekapcsolt hajtóművekkel mozgó űrhajó űrhajósai szintén súlytalanságban vannak. Ám amikor az űrhajó felgyorsul, túlterhelést tapasztalnak, amikor a súly jelentősen meghaladja a gravitációs erőt: a támaszreakciónak nemcsak az űrhajóst az üléshez nyomó gravitációs erőt kell kompenzálnia, hanem a talajról irányított gyorsulást is kell adnia. Azonban nem csak az űrhajósok találkoznak ilyen túlterheléssel.

A rugalmas erő egy rugalmasan deformált testben keletkezik és ellensúlyozza a külső erőt. alakító erő. A deformációk, i.e. A test pontjai közötti távolságok külső hatás hatására bekövetkező változásait rugalmasnak nevezzük, ha a hatás megszűnése után megszűnnek. Általában csak kis alakváltozások rugalmasak. Ilyen például az összenyomott vagy megfeszített rugó rugalmas alakváltozása. A 7. a) ábra egy deformálatlan rugót mutat, a 7. ábra b) ugyanazt a rugót külső erő feszíti az összeggel x, ennek eredményeként a
.A rugalmas erő nagyságát a Hooke-törvény fejezi ki:

F= - kx (2.3.3)

k – a rugalmassági (merevségi) együtthatót, amely egy adott test állandó értéke, SI-ben mérjük newton per méterben (N/m). A mínusz jel a rugalmas erő és az alakváltozás ellentétes irányát jelzi.

A súrlódási erő megakadályozza a test mozgását. Különbséget tesznek száraz és folyékony súrlódás között.

A száraz súrlódási erő egy bizonyos felület mentén egymással érintkező szilárd testek között keletkezik, és az okozza, hogy az egyik test felületi érdessége, egy másik test felületi érdességéhez tapadva, megakadályozza, hogy egymáshoz képest elcsúszjanak. . Rizs. A 8. ábra a vizsgált helyzetet szemlélteti: az 1. test sebességgel mozog a test felülete mentén 2. A tapasztalat azt mutatja, hogy a csúszó súrlódási erő F tr arányos a támasz reakciójával Nés a sebességgel ellentétes irányba van irányítva:

F tr =  N (2.3.4)

 - súrlódási tényező, dimenzió nélküli mennyiség. Jelentése az anyagtól függ A dörzsölő felületek minősége, a feldolgozás minősége, a szennyezettség és általában két konkrét test esetében körülbelül állandónak tekinthető. Valójában, mivel a sebesség nullára hajlamos, a súrlódási erő enyhén növekszik az értékre F 0 . ábrán. A 9. ábra a csúszó súrlódási erő modulusát mutatja a 8. ábrán látható mozgás sebességének függvényében.

Ahhoz, hogy az 1 nyugalmi test elmozduljon, valamivel nagyobb erőt kell rá hatni F 0 . Ha a külső nyíróerő F< F 0 , akkor az 1. test mozdulatlan marad. Ez azt jelenti, hogy a külső erő nem képes legyőzni a súrlódást, és a statikus súrlódási erő kiegyensúlyozza F pok. Newton törvényeiből az következik, hogy a statikus súrlódási erő számszerűen egyenlő és ellentétes irányú. F . A fentiekből kitűnik, hogy 0 F pok . F 0 . A maximális statikus súrlódási erő érdekében néha a statikus súrlódási együtthatót használják  0 a képletben:

F 0 =  0 N (2.3.5)

Figyeljük meg, hogy a (2.3.5) képlet és  0 csak a maximális statikus súrlódási erőhöz képest van értelme.

Folyékony vagy viszkózus súrlódás akkor lép fel, amikor a folyadék- vagy gázrétegek egymáshoz képest mozognak. Akkor fordul elő, amikor egy szilárd test folyadékban vagy gázban mozog, valamint folyékony (viszkózus) kenőanyag jelenlétében a szilárd testek súrlódó felületei között. A folyékony súrlódás sajátossága a statikus súrlódás hiánya. Valószínűleg Ön is megfigyelte már, hogy egy nehéz farönköt a vízben még egy gyerek is gond nélkül el tud mozgatni, míg a szárazföldön fekvő farönköt még egy erős ember sem tudja mindig megmozdítani. A viszkózus súrlódás másik megkülönböztető jellemzője a súrlódási erő növekedése a sebesség növekedésével, és kis sebességeknél ez a függés lineáris, nagy sebességnél pedig négyzetessé válik. A viszkózus súrlódási erővel vízben való úszás és búvárkodás során, valamint szeles időben találkozunk.

Figyeljük meg, hogy egy testre több erő hatását eggyel helyettesíthetjük. Ezt eredőnek nevezik, és egyenlő a testre ható összes erő vektorösszegével:

(2.3.6)

A (2.3.6) képlet a szuperpozíció elvének kifejezése, azaz. független összeadás elve. Ugyanez az elv lehetővé teszi, hogy egy erőt vetületeinek összegeként ábrázoljunk, például:

A dinamikai problémák megoldása során elsősorban a következő állandó vagy változó erőket vesszük figyelembe (a változó erők változásának törvényeit általában kísérleti úton állapítjuk meg).

Gravitáció. Ez egy állandó P erő, amely a földfelszín közelében található bármely testre hat (további részletekért lásd a 92. §-t). A gravitációs modulus megegyezik a test súlyával.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy a P erő hatására bármely testnek, amely szabadon esik a Földre (kis magasságból és levegőtlen térben), ugyanaz a g gyorsulás, amelyet gravitációs gyorsulásnak neveznek, és néha gravitációs gyorsulásnak is nevezik.

Ekkor a (D) egyenletből az következik

Ezek az egyenlőségek lehetővé teszik egy test tömegének ismeretében a súlyának (a rá ható gravitációs erő modulusának) meghatározását, vagy a test tömegének ismeretében a tömegének meghatározását. A testtömeg vagy a gravitáció, hasonlóan a g értékéhez, a szélesség és magasság függvényében változik; A tömeg egy adott test állandó mennyisége.

Súrlódási erő. Ezt nevezzük röviden a mozgó testre (folyékony kenőanyag hiányában) ható csúszósúrlódási erőnek. Modulusát az egyenlőség határozza meg (lásd 23. §)

ahol f a súrlódási együttható, amelyet állandónak tekintünk; N - normális reakció.

A gravitációs erő. Ez az az erő, amellyel két anyagi test vonzódik egymáshoz a Newton által felfedezett egyetemes gravitáció törvénye szerint. A gravitációs erő a távolságtól függ, és két egymástól távol lévő tömegű anyagi pont esetében az egyenlőséggel fejezzük ki

ahol f a gravitációs állandó (in).

Rugalmas erő. Ez az erő a távolságtól is függ. Értéke a Hooke-törvény alapján határozható meg, mely szerint a feszültség (területegységre jutó erő) arányos az alakváltozással. Különösen a rugó rugalmas erejére kapjuk az értéket

hol van a rugó megnyúlása (vagy összenyomása); c az úgynevezett rugómerevségi együttható (SI-ben mérve).

Viszkózus súrlódási erő. Ez a sebességtől függő erő akkor hat a testre, amikor az nagyon viszkózus közegben (vagy folyékony kenőanyag jelenlétében) lassan mozog, és az egyenlőséggel fejezhető ki.

ahol v a test sebessége; - ellenállási együttható. A (7) alak függését a viszkózus súrlódás Newton által felfedezett törvénye alapján kaphatjuk meg.

Aerodinamikai (hidrodinamikus) légellenállási erő.

Ez az erő a sebességtől is függ, és olyan testre hat, amely például olyan közegben mozog, mint a levegő vagy a víz. Általában az értékét az egyenlőség fejezi ki

hol a közeg sűrűsége; - a test vetületi területe a mozgás irányára merőleges síkra (középső terület); - dimenzió nélküli légellenállási együttható, amelyet általában kísérleti úton határoznak meg, a test alakjától és mozgás közbeni orientációjától függően.

Tehetetlenségi és gravitációs tömegek. Egy adott test tömegének kísérleti meghatározásához az (1) törvényből indulhatunk ki, ahol a tömeg a tehetetlenség mértékeként szerepel, ezért inerciális tömegnek nevezzük. De kiindulhatunk az (5) törvényből is, ahol a tömeg a test gravitációs tulajdonságainak mértékeként szerepel, és ennek megfelelően gravitációs (vagy nehéz) tömegnek nevezzük. Elvileg sehonnan nem következik, hogy a tehetetlenségi és a gravitációs tömegek ugyanazt a mennyiséget képviselik. Számos kísérlet azonban megállapította, hogy mindkét tömeg értéke nagyon nagy pontossággal esik egybe (a szovjet fizikusok (1971) kísérletei szerint, pontossággal). Ezt a kísérletileg megállapított tényt az ekvivalencia elvének nevezzük. Einstein általános relativitáselméletére (gravitációs elméletére) alapozta.

A fentiek alapján a mechanikában a tömeg fogalmát használják, a tömeget a test tehetetlenségének és gravitációs tulajdonságainak mértékeként határozzák meg.

A „hatalom” szó annyira átfogó, hogy világos fogalmat adni neki szinte lehetetlen feladat. Az izomerőtől az elmeerőig terjedő változatosság nem fedi le a benne foglalt fogalmak teljes spektrumát. A fizikai mennyiségnek tekintett erőnek világosan meghatározott jelentése és meghatározása van. Az erőképlet egy matematikai modellt ad meg: az erő függését az alapvető paraméterektől.

Az erők vizsgálatának története magában foglalja a paraméterektől való függés meghatározását és a függőség kísérleti bizonyítását.

Erő a fizikában

Az erő a testek kölcsönhatásának mértéke. A testek egymásra gyakorolt ​​kölcsönös hatása teljes mértékben leírja azokat a folyamatokat, amelyek a testek sebességének vagy deformációjának változásaihoz kapcsolódnak.

Fizikai mennyiségként az erőnek van egy mértékegysége (az SI rendszerben - Newton) és a mérésére szolgáló eszköz - egy dinamométer. Az erőmérő működési elve azon alapul, hogy a testre ható erőt összehasonlítjuk a próbapad rugójának rugalmas erejével.

1 newton erőnek azt az erőt vesszük, amelynek hatására egy 1 kg tömegű test 1 másodperc alatt 1 m-rel megváltoztatja sebességét.

Meghatározott erősség:

• cselekvés iránya;
• alkalmazási pont;
• modul, abszolút érték.

Az interakció leírásakor feltétlenül tüntesse fel ezeket a paramétereket.

A természetes kölcsönhatások típusai: gravitációs, elektromágneses, erős, gyenge. A gravitációs univerzális gravitáció annak változatosságával - gravitációval) minden tömeggel rendelkező testet körülvevő gravitációs mezők hatására létezik. A gravitációs mezők vizsgálata még nem fejeződött be. A mező forrását egyelőre nem lehet megtalálni.

Az anyagot alkotó atomok elektromágneses kölcsönhatása miatt nagyobb számú erő keletkezik.

Nyomáserő

Amikor egy test kölcsönhatásba lép a Földdel, nyomást gyakorol a felszínre. Ennek az erőnek a formája: P = mg, a testtömeg (m) határozza meg. A gravitáció okozta gyorsulás (g) a Föld különböző szélességi fokain eltérő értékű.

A függőleges nyomáserő egyenlő nagyságú és ellentétes irányú a támaszban fellépő rugalmas erővel. Az erő képlete a test mozgásától függően változik.

A testtömeg változása

A testnek a Földdel való kölcsönhatás miatti támaszra gyakorolt ​​hatását gyakran testsúlynak nevezik. Érdekes módon a testtömeg nagysága függ a függőleges irányú mozgás gyorsulásától. Abban az esetben, ha a gyorsulás iránya ellentétes a gravitáció gyorsulásával, tömegnövekedés figyelhető meg. Ha a test gyorsulása egybeesik a szabadesés irányával, akkor a test súlya csökken. Például egy felszálló liftben az emelkedés elején az ember egy ideig súlynövekedést érez. Mondanunk sem kell, hogy a tömege változik. Ugyanakkor különválasztjuk a „testsúly” és a „tömeg” fogalmát.

Rugalmas erő

Amikor egy test alakja megváltozik (deformációja), olyan erő jelenik meg, amely hajlamos a testet eredeti alakjába visszaállítani. Ennek az erőnek a „rugalmas erő” nevet adták. A testet alkotó részecskék elektromos kölcsönhatása eredményeként jön létre.

Tekintsük a legegyszerűbb alakváltozást: a feszültséget és a kompressziót. A feszültséget a testek lineáris méreteinek növekedése, a kompressziót - a csökkenésükkel kíséri. Az ezeket a folyamatokat jellemző mennyiséget testnyúlásnak nevezzük. Jelöljük "x"-el. A rugalmas erő képlete közvetlenül kapcsolódik a nyúláshoz. Minden deformálódó testnek megvannak a maga geometriai és fizikai paraméterei. Az alakváltozással szembeni rugalmas ellenállás függését a test és az anyag tulajdonságaitól, amelyből készült, a rugalmassági együttható, nevezzük merevségnek (k) határozza meg.

A rugalmas kölcsönhatás matematikai modelljét a Hooke-törvény írja le.

A test deformációja során fellépő erő az egyes testrészek elmozdulásának irányával szemben irányul, és egyenesen arányos a megnyúlásával:

• F y = -kx (vektoros jelöléssel).

A „-” jel a deformáció és az erő ellentétes irányát jelzi.

Skaláris formában nincs negatív előjel. A rugalmas erőt, amelynek képlete a következő: F y = kx, csak rugalmas alakváltozásokra használjuk.

A mágneses mező kölcsönhatása az árammal

A mágneses tér egyenáramra gyakorolt ​​hatását írjuk le. Ebben az esetben azt az erőt, amellyel a mágneses tér egy vezetőre hat, Amper-erőnek nevezzük.

A mágneses tér kölcsönhatása erőkifejtést okoz. Az amper-erő, amelynek képlete F = IBlsinα, függ (B), a vezető aktív részének hosszától (l), (I) a vezetőben, valamint az áram iránya és a mágneses indukció közötti szögtől. .

Az utolsó függésnek köszönhetően kijelenthető, hogy a mágneses tér hatásvektora változhat a vezető forgatásakor vagy az áram irányának megváltozásakor. A bal kéz szabálya lehetővé teszi a cselekvés irányának meghatározását. Ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a mágneses indukciós vektor belép a tenyérbe, a négy ujj a vezetőben lévő áram mentén van irányítva, akkor a 90 ° -ban hajlított hüvelykujj a mágneses mező irányát mutatja.

Az emberiség talált alkalmazásokat erre a hatásra, például villanymotorokban. A forgórész forgását egy erős elektromágnes által létrehozott mágneses mező okozza. Az erőképlet lehetővé teszi, hogy megítélje a motor teljesítményének megváltoztatásának lehetőségét. Az áramerősség vagy a térerő növekedésével a nyomaték növekszik, ami a motor teljesítményének növekedéséhez vezet.

Részecskepályák

A mágneses tér és a töltés kölcsönhatását széles körben használják tömegspektrográfokban az elemi részecskék tanulmányozása során.

A mező hatása ebben az esetben a Lorentz-erőnek nevezett erő megjelenését okozza. Amikor egy bizonyos sebességgel mozgó töltött részecske belép egy mágneses mezőbe, amelynek képlete F = vBqsinα, a részecske körben mozog.

Ebben a matematikai modellben v a q elektromos töltésű részecske sebességmodulusa, B a tér mágneses indukciója, α a sebesség irányai és a mágneses indukció közötti szög.

A részecske körben (vagy körívben) mozog, mivel az erő és a sebesség 90 ° -os szöget zár be egymással. A lineáris sebesség irányának megváltoztatása gyorsulást okoz.

A bal kéz fentebb tárgyalt szabálya a Lorentz-erő vizsgálatakor is érvényesül: ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a mágneses indukciós vektor behatol a tenyérbe, akkor négy, egy vonalban kinyújtott ujjat irányítunk egy ujj sebessége mentén. pozitív töltésű részecske, majd 90°-kal meghajlítva a hüvelykujj jelzi az erő irányát.

Plazma problémák

A mágneses tér és az anyag kölcsönhatását a ciklotronokban használják. A plazma laboratóriumi vizsgálatával kapcsolatos problémák nem teszik lehetővé, hogy zárt edényekben tartsák. Magas csak magas hőmérsékleten létezhet. A plazma a térben egy helyen tartható mágneses mezők segítségével, a gázt gyűrű formájában csavarva. A szabályozottakat úgy is lehet tanulmányozni, hogy a magas hőmérsékletű plazmát mágneses mezők segítségével zsinórba csavarják.

A mágneses tér természetes körülmények között ionizált gázra gyakorolt ​​hatására példa az Aurora Borealis. Ezt a fenséges látványt az Északi-sarkkör felett figyelik meg, 100 km-es magasságban a Föld felszíne felett. A gáz titokzatos színes ragyogását csak a 20. században lehetett megmagyarázni. A föld mágneses tere a pólusok közelében nem tudja megakadályozni a napszél légkörbe jutását. A legaktívabb sugárzás, amely mágneses indukciós vonalak mentén irányul, a légkör ionizációját okozza.

A töltésmozgással kapcsolatos jelenségek

Történelmileg a vezetőben lévő áram áramlását jellemző fő mennyiséget áramerősségnek nevezik. Érdekes, hogy ennek a fogalomnak semmi köze az erőhöz a fizikában. Az áramerősség, amelynek képlete tartalmazza az egységnyi idő alatt a vezető keresztmetszetén átáramló töltést, a következőképpen alakul:

• I = q/t, ahol t a q töltés áramlási ideje.

Valójában az áram a töltés mértéke. Mértékegysége az Amper (A), szemben az N-lel.

Az erőmunka meghatározása

Az anyagra kifejtett erő munkavégzéssel jár együtt. Az erő munkája olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő az erő és a hatása alatt áthaladó elmozdulás, valamint az erő és az elmozdulás iránya közötti szög koszinuszának szorzatával.

A szükséges erőmunka, amelynek képlete A = FScosα, tartalmazza az erő nagyságát.

Egy test működését a test sebességének megváltozása vagy deformációja kíséri, ami az energia egyidejű változását jelzi. Az erő által végzett munka közvetlenül függ a nagyságától.

Ismerni kell az egyes erők hatópontját és irányát. Fontos, hogy meg tudjuk határozni, mely erők és milyen irányban hatnak a testre. Az erőt Newtonban mérve jelöljük. Az erők megkülönböztetése érdekében a következőképpen jelöljük őket

Az alábbiakban bemutatjuk a természetben működő fő erőket. A problémák megoldása során nem lehet olyan erőket kitalálni, amelyek nem léteznek!

A természetben sokféle erő van. Itt figyelembe vesszük azokat az erőket, amelyeket az iskolai fizika tantárgyban figyelembe veszünk a dinamika tanulmányozása során. Más erőket is megemlítenek, amelyekről más fejezetekben lesz szó.

Gravitáció

A bolygó minden testére hatással van a Föld gravitációja. Azt az erőt, amellyel a Föld vonzza az egyes testeket, a képlet határozza meg

Az alkalmazási pont a test súlypontjában van. Gravitáció mindig függőlegesen lefelé irányítva.

Súrlódási erő

Ismerkedjünk meg a súrlódási erővel. Ez az erő akkor lép fel, amikor a testek mozognak és két felület érintkezik. Az erő azért jelentkezik, mert mikroszkóp alatt nézve a felületek nem olyan simaak, mint amilyennek látszanak. A súrlódási erőt a következő képlet határozza meg:

Az erőt két felület érintkezési pontján fejtik ki. A mozgással ellentétes irányba irányítva.

Földi reakcióerő

Képzeljünk el egy nagyon nehéz tárgyat az asztalon. Az asztal meghajlik a tárgy súlya alatt. De Newton harmadik törvénye szerint az asztal pontosan olyan erővel hat a tárgyra, mint az asztalon lévő tárgy. Az erő ellentétes irányú azzal az erővel, amellyel a tárgy az asztalt nyomja. Vagyis fel. Ezt az erőt talajreakciónak nevezzük. Az erő neve "beszél" a támogatás reagál. Ez az erő akkor lép fel, amikor a támasztékot érintik. Előfordulásának természete molekuláris szinten. Úgy tűnt, hogy a tárgy deformálja a molekulák szokásos helyzetét és kapcsolatait (az asztalon belül), azok viszont igyekeznek visszatérni eredeti állapotukba, „ellenállni”.

Abszolút minden test, még egy nagyon könnyű is (például egy asztalon fekvő ceruza), mikroszinten deformálja a támasztékot. Ezért földreakció lép fel.

Nincs speciális képlet ennek az erőnek a megtalálására. betűvel van jelölve, de ez az erő egyszerűen a rugalmassági erő egy külön fajtája, így jelölhető úgy is, mint

Az erőt a tárgy és a támaszték érintkezési pontján fejtik ki. A támasztékra merőlegesen irányítva.

Mivel a testet anyagi pontként ábrázoljuk, az erő a középpontból is ábrázolható

Rugalmas erő

Ez az erő deformáció (az anyag kezdeti állapotának megváltozása) eredményeként jön létre. Például amikor megnyújtunk egy rugót, növeljük a távolságot a rugóanyag molekulái között. Amikor összenyomunk egy rugót, csökkentjük. Amikor csavarjuk vagy eltoljuk. Mindezekben a példákban olyan erő keletkezik, amely megakadályozza a deformációt - a rugalmas erő.

Hooke törvénye

A rugalmas erő az alakváltozással ellentétes irányban irányul.

Mivel a testet anyagi pontként ábrázoljuk, az erő a középpontból is ábrázolható

Például rugók sorba kapcsolásakor a merevséget a képlet alapján számítják ki

Párhuzamos csatlakoztatás esetén a merevség

A minta merevsége. Young-modulus.

A Young-modulus egy anyag rugalmassági tulajdonságait jellemzi. Ez egy állandó érték, amely csak az anyagtól és annak fizikai állapotától függ. Az anyag azon képességét jellemzi, hogy ellenáll a húzó vagy nyomó deformációnak. A Young-modulus értéke táblázatos.

Tudjon meg többet a szilárd anyagok tulajdonságairól.

Testsúly

A testsúly az az erő, amellyel egy tárgy hat a támasztékra. Azt mondod, ez a gravitációs erő! A zűrzavar a következőkben jelentkezik: valóban, egy test súlya gyakran megegyezik a gravitációs erővel, de ezek az erők teljesen mások. A gravitáció olyan erő, amely a Földdel való kölcsönhatás eredményeként jön létre. A súly a támogatással való interakció eredménye. A gravitációs erő a tárgy súlypontjában hat, míg a súly az az erő, amely a támasztékra (nem a tárgyra) hat!

Nincs képlet a súly meghatározására. Ezt az erőt a betű jelöli.

A támasztó reakcióerő vagy rugalmas erő egy tárgynak a felfüggesztésre vagy támaszra való ütközésére válaszul jön létre, ezért a test súlya számszerűen mindig megegyezik a rugalmas erővel, de ellentétes irányú.

A támogatási reakcióerő és a súly azonos természetű erők Newton 3. törvénye szerint, egyenlőek és ellentétes irányúak. A súly olyan erő, amely a támasztékra hat, nem a testre. A gravitációs erő hat a testre.

Lehet, hogy a testtömeg nem egyenlő a gravitációval. Lehet több vagy kevesebb, vagy lehet, hogy a súly nulla. Ezt az állapotot ún súlytalanság. A súlytalanság olyan állapot, amikor egy tárgy nem lép kölcsönhatásba egy támasztékkal, például a repülés állapota: van gravitáció, de a súly nulla!

Meghatározható a gyorsulás iránya, ha meghatározza, hová irányul az eredő erő

Kérjük, vegye figyelembe, hogy a súly erő, newtonban mérve. Hogyan kell helyesen válaszolni a kérdésre: „Mennyi a súlyod”? 50 kg-ot válaszolunk, nem a súlyunkat, hanem a tömegünket nevezzük meg! Ebben a példában a súlyunk egyenlő a gravitációval, azaz megközelítőleg 500 N!

Túlterhelés- a súly és a gravitáció aránya

Arkhimédész ereje

Az erő a test és a folyadék (gáz) kölcsönhatása eredményeként keletkezik, amikor folyadékba (vagy gázba) merül. Ez az erő kiszorítja a testet a vízből (gázból). Ezért függőlegesen felfelé irányul (tolja). A képlet határozza meg:

A levegőben elhanyagoljuk Arkhimédész erejét.

Ha az Archimedes-erő egyenlő a gravitációs erővel, a test lebeg. Ha az Arkhimédész erő nagyobb, akkor a folyadék felszínére emelkedik, ha kisebb, akkor lesüllyed.

Elektromos erők

Vannak elektromos eredetű erők. Elektromos töltés jelenlétében fordul elő. Ezeket az erőket, például a Coulomb-erőt, az Amper-erőt, a Lorentz-erőt részletesen az Elektromosság című fejezet tárgyalja.

A testre ható erők sematikus jelölése

A testet gyakran anyagi pontként modellezik. Ezért az ábrákon a különböző alkalmazási pontokat egy pontba helyezik át - a központba, és a testet sematikusan körként vagy téglalapként ábrázolják.

Az erők helyes kijelölése érdekében fel kell sorolni az összes testet, amellyel a vizsgált test kölcsönhatásba lép. Határozza meg, mi történik mindegyikkel való interakció eredményeként: súrlódás, deformáció, vonzás vagy esetleg taszítás. Határozza meg az erő típusát és helyesen adja meg az irányt. Figyelem! Az erők mennyisége egybeesik azon testek számával, amelyekkel a kölcsönhatás létrejön.

A legfontosabb, hogy emlékezzen

1) Erők és természetük;
2) Az erők iránya;
3) Legyen képes azonosítani a ható erőket

Létezik külső (száraz) és belső (viszkózus) súrlódás. Külső súrlódás lép fel az érintkező szilárd felületek között, belső súrlódás lép fel a folyadék- vagy gázrétegek között azok relatív mozgása során. Háromféle külső súrlódás létezik: statikus súrlódás, csúszósúrlódás és gördülési súrlódás.

A gördülési súrlódást a képlet határozza meg

Az ellenállási erő akkor lép fel, amikor egy test folyadékban vagy gázban mozog. Az ellenállási erő nagysága függ a test méretétől és alakjától, mozgásának sebességétől és a folyadék vagy gáz tulajdonságaitól. Alacsony mozgási sebességnél a húzóerő arányos a test sebességével

Nagy sebességnél arányos a sebesség négyzetével

Tekintsük egy tárgy és a Föld kölcsönös vonzását. Közöttük a gravitáció törvénye szerint erő keletkezik

Hasonlítsuk össze most a gravitáció törvényét és a gravitációs erőt

A gravitációs gyorsulás nagysága a Föld tömegétől és sugarától függ! Így az adott bolygó tömegének és sugarának felhasználásával kiszámítható, hogy a Holdon vagy bármely más bolygón lévő objektumok milyen gyorsulással esnek le.

A Föld középpontja és a sarkok közötti távolság kisebb, mint az Egyenlítő. Ezért a gravitáció gyorsulása az egyenlítőn valamivel kisebb, mint a sarkokon. Ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy a nehézségi gyorsulásnak a terület szélességétől való függésének fő oka a Föld tengelye körüli forgása.

Ahogy távolodunk a Föld felszínétől, a gravitációs erő és a gravitációs gyorsulás fordított arányban változik a Föld középpontja távolságának négyzetével.

A természetben négyféle erő létezik: gravitációs, elektromágneses, nukleáris és gyenge.

Gravitációs erők vagy gravitáció, minden test között cselekedni. De ezek az erők észrevehetők, ha legalább az egyik test mérete összemérhető a bolygók méretével. A közönséges testek közötti vonzási erők olyan kicsik, hogy elhanyagolhatóak. Ezért a bolygók, valamint a bolygók és a Nap vagy más nagyon nagy tömegű testek közötti kölcsönhatási erők gravitációsnak tekinthetők. Ezek lehetnek csillagok, bolygók műholdai stb.

Elektromágneses erők elektromos töltéssel rendelkező testek között működnek.

Nukleáris erők(erős) a természetben a legerősebbek. Az atommagok belsejében 10-13 cm távolságra hatnak.

Gyenge erők, mint a nukleárisak, 10-15 cm nagyságrendű távolságra hatnak. Hatásuk eredményeként a mag belsejében folyamatok mennek végbe.

A mechanika figyelembe veszi a gravitációs erőket, a rugalmas erőket és a súrlódási erőket.

Gravitációs erők

A gravitáció leírása az egyetemes gravitáció törvénye. Ez a törvény volt közepén Newton vázolta A XVII V. „A természetfilozófia matematikai alapelvei” című művében.

A gravitáció szerintaz a gravitációs erő, amellyel bármely anyagrészecske vonzza egymást.

Az az erő, amellyel az anyagrészecskék vonzzák egymást, egyenesen arányos tömegük szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével .

G – gravitációs állandó, számszerűen megegyezik annak a gravitációs erőnek a modulusával, amellyel egy egységnyi tömegű test hat egy azonos egységtömegű és attól egységnyi távolságra lévő testre.

G = 6,67384(80) 10 −11 m 3 s −2 kg −1, vagy N m² kg −2.

A Föld felszínén a gravitációs erő (gravitációs erő) úgy nyilvánul meg gravitáció.

Látjuk, hogy minden vízszintes irányba dobott tárgy mégis leesik. Minden feldobott tárgy le is esik. Ez a gravitáció hatására történik, amely rá hat bármely anyagi test, amely a Föld felszíne közelében található. A gravitációs erő testekre és más csillagászati ​​testek felületére hat. Ez az erő mindig függőlegesen lefelé irányul.

A gravitáció hatására egy test gyorsulással mozog a bolygó felszíne felé, amit ún a szabadesés gyorsulása.

A gravitáció felgyorsulását a Föld felszínén betűvel jelöljük g .

Ft = mg ,

ennélfogva,

g = Ft / m

g = 9,81 m/s 2 a Föld sarkain és az egyenlítőn g = 9,78 m/s2.

Egyszerű fizikai feladatok megoldásánál az érték g 9,8 m/s 2 -nek tekintendő.

A gravitáció klasszikus elmélete csak olyan testekre alkalmazható, amelyek sebessége sokkal kisebb, mint a fénysebesség.

Rugalmas erők

Rugalmas erők Olyan erőknek nevezzük, amelyek a testben deformáció következtében keletkeznek, és ennek alakja vagy térfogata megváltozik. Ezek az erők mindig arra törekszenek, hogy a testet visszaállítsák eredeti helyzetébe.

A deformáció során a test részecskéi elmozdulnak. A rugalmas erő a részecskék elmozdulásának irányával ellentétes irányban irányul. Ha a deformáció megáll, a rugalmas erő eltűnik.

Robert Hooke angol fizikus, Newton kortársa, felfedezett egy törvényt, amely kapcsolatot teremt a rugalmassági erő és a test deformációja között.

Ha egy test deformálódik, akkor olyan rugalmas erő lép fel, amely egyenesen arányos a test nyúlásával, és iránya ellentétes a részecskék deformáció közbeni mozgásával.

F = k ∆ l ,

Ahol Nak nek – a test merevsége vagy rugalmassági együtthatója;

∆ l – az alakváltozás mértéke, amely a test rugalmas erők hatására bekövetkező nyúlását mutatja.

A Hooke-törvény a rugalmas alakváltozásokra vonatkozik, ha a test nyúlása kicsi, és a test visszaállítja eredeti méreteit, miután a deformációt okozó erők megszűnnek.

Ha az alakváltozás nagy, és a test nem tér vissza eredeti alakjába, a Hooke-törvény nem érvényesül. Nál nél A nagyon nagy deformációk a test pusztulását okozzák.

Súrlódási erők

Súrlódás akkor lép fel, amikor az egyik test egy másik felületén mozog. Elektromágneses természetű. Ez az egymással érintkező testek atomjai és molekulái közötti kölcsönhatás következménye. A súrlódási erő iránya ellentétes a mozgás irányával.

Megkülönböztetni szárazÉs folyékony súrlódás. A súrlódást száraznak nevezzük, ha a testek között nincs folyékony vagy gáznemű réteg.

A száraz súrlódás megkülönböztető jellemzője a statikus súrlódás, amely akkor lép fel, amikor a testek viszonylagos nyugalomban vannak.

Nagyságrend statikus súrlódási erők mindig megegyezik a külső erő nagyságával és ellentétes irányba irányul. A statikus súrlódási erő megakadályozza a test mozgását.

A száraz súrlódást viszont súrlódásra osztják csúszásés súrlódás gördülő.

Ha a külső erő nagysága meghaladja a súrlódási erő nagyságát, akkor csúszás következik be, és az érintkező testek egyike előremozdul a másik testhez képest. És a súrlódási erőt hívják csúszó súrlódási erő. Iránya ellentétes lesz a csúszás irányával.

A csúszósúrlódás ereje függ a testek egymásra nyomódásának erőétől, a súrlódó felületek állapotától, a mozgás sebességétől, de nem függ az érintkezési területtől.

Az egyik test csúszósúrlódási erejét a másik felületén a következő képlettel számítjuk ki:

F tr. = k N ,

Ahol k – csúszó súrlódási együttható;

N – a felületről a testre ható normál reakcióerő.

Gördülési súrlódási erő egy felületen gördülő test és maga a felület között fordul elő. Ilyen erők például akkor jelentkeznek, amikor az autógumik érintkeznek az útfelülettel.

A gördülési súrlódási erő nagyságát a képlet számítja ki

Ahol Ft – gördülési súrlódási erő;

f – gördülési súrlódási tényező;

R – a gördülő test sugara;

N – nyomóerő.