กฎหมายบังคับสูตร ประเภทของแรง ฟิสิกส์ของแรงประเภทต่างๆ

ทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในโลกของเราเกิดจากอิทธิพลของแรงบางอย่างทางฟิสิกส์ และคุณจะต้องเรียนรู้แต่ละคนหากไม่ได้อยู่ที่โรงเรียนก็ที่สถาบันอย่างแน่นอน

แน่นอนคุณสามารถลองจดจำได้ แต่จะเร็วกว่ามาก สนุกกว่า และน่าสนใจกว่าเพียงแค่เข้าใจสาระสำคัญของแรงทางกายภาพแต่ละอย่างในขณะที่มันโต้ตอบกับสิ่งแวดล้อม

พลังในธรรมชาติและปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน

มีกองกำลังจำนวนมาก แรงอาร์คิมีดีส แรงดึงดูด แรงแอมแปร์ แรงลอเรนซ์ แรงคอร์โอลิส แรงเสียดทาน-แรงหมุนและอื่น ๆ อันที่จริง เป็นไปไม่ได้ที่จะเรียนรู้แรงทั้งหมดเนื่องจากยังไม่ถูกค้นพบทั้งหมด แต่นี่ก็สำคัญมากเช่นกัน - โดยไม่มีข้อยกเว้น พลังทั้งหมดที่เรารู้จักสามารถลดลงจนปรากฏให้เห็นถึงสิ่งที่เรียกว่า ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทางกายภาพ.

มีปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพพื้นฐาน 4 ประการในธรรมชาติจะถูกต้องกว่าหากกล่าวว่าผู้คนรู้จักการโต้ตอบพื้นฐาน 4 ประการ และในขณะนี้ไม่พบการโต้ตอบอื่นใด การโต้ตอบเหล่านี้คืออะไร?

• ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง
• ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า
• ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง
• ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

ดังนั้น แรงโน้มถ่วงจึงเป็นการแสดงปฏิกิริยาระหว่างแรงโน้มถ่วง แรงทางกลส่วนใหญ่ (แรงเสียดทาน แรงยืดหยุ่น) เป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า แรงที่แข็งแกร่งจะยึดนิวคลีออนของนิวเคลียสของอะตอมไว้ด้วยกัน ป้องกันไม่ให้นิวเคลียสสลายตัว อันตรกิริยาที่อ่อนแอทำให้อนุภาคมูลฐานอิสระสลายตัว ในกรณีนี้ การโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าและที่อ่อนแอจะรวมกันเป็น การโต้ตอบด้วยไฟฟ้า.

ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่ห้าที่เป็นไปได้ (หลังจากการค้นพบ ฮิกส์ โบซอน) เรียกว่า สนามฮิกส์. แต่ในพื้นที่นี้ทุกอย่างได้รับการศึกษาน้อยมากจนเราจะไม่รีบสรุป แต่รอให้นักวิทยาศาสตร์จาก CERN จะบอกเราอย่างไร

มีสองวิธีในการเรียนรู้กฎของฟิสิกส์

อันดับแรก- เรียนรู้ความหมายคำจำกัดความสูตรอย่างโง่เขลา ข้อเสียเปรียบที่สำคัญของวิธีนี้คือไม่น่าจะช่วยตอบคำถามเพิ่มเติมจากครูได้ มีข้อเสียที่สำคัญอีกประการของวิธีนี้ - เมื่อเรียนรู้ด้วยวิธีนี้แล้ว คุณจะไม่ได้รับสิ่งที่สำคัญที่สุดนั่นคือความเข้าใจ ด้วยเหตุนี้ การท่องจำกฎ/สูตร/กฎหมายหรืออะไรก็ตามทำให้คุณได้รับความรู้ระยะสั้นที่เปราะบางในหัวข้อนั้นเท่านั้น

วิธีที่สอง- ความเข้าใจในเนื้อหาที่ศึกษา แต่มันง่ายมากที่จะเข้าใจสิ่งที่ (ในความคิดของคุณ) เป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าใจ?

มีวิธีแก้ไขปัญหาที่ยากมาก แต่แก้ไขได้! ต่อไปนี้เป็นวิธีเรียนรู้แรงทั้งหมดในฟิสิกส์ (และโดยทั่วไปในวิชาอื่นๆ):

หมายเหตุ!

สิ่งสำคัญคือต้องจดจำและรู้จักแรงทางกายภาพทั้งหมด (หรือเรียนรู้รายการทั้งหมดในฟิสิกส์) เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิดที่น่าอาย โปรดจำไว้ว่ามวลของร่างกายไม่ใช่น้ำหนัก แต่เป็นการวัดความเฉื่อย ตัวอย่างเช่น ในสภาวะไร้น้ำหนัก ร่างกายไม่มีน้ำหนัก เพราะไม่มีแรงโน้มถ่วง แต่ถ้าคุณต้องการเคลื่อนย้ายวัตถุด้วยแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์จากที่ของมัน คุณจะต้องออกแรงกระทำกับมัน และยิ่งน้ำหนักตัวมากก็จะต้องใช้แรงมากขึ้น

หากคุณสามารถจินตนาการว่าน้ำหนักของบุคคลสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรโดยขึ้นอยู่กับการเลือกของดาวเคราะห์ คุณจะสามารถเข้าใจแนวคิดของแรงโน้มถ่วงได้อย่างรวดเร็ว ด้วยแนวคิดของน้ำหนักและมวล แรงเร่ง และแรงทางกายภาพอื่นๆ ความเข้าใจนี้จะนำมาซึ่งการรับรู้เชิงตรรกะของกระบวนการอื่นๆ ที่เกิดขึ้น และด้วยเหตุนี้ คุณจะไม่ต้องท่องจำเนื้อหาที่เข้าใจยากด้วยซ้ำ คุณจะสามารถจดจำเนื้อหานั้นได้ตลอดเวลา มันง่ายพอที่จะเข้าใจประเด็น

1. เพื่อให้เข้าใจถึงผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้า ก็เพียงพอแล้วที่จะเข้าใจว่ากระแสไหลผ่านตัวนำอย่างไร และฟิลด์ใดที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ ฟิลด์เหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร พิจารณาสิ่งนี้ด้วยตัวอย่างที่ง่ายที่สุดและจะไม่เป็นเรื่องยากสำหรับคุณที่จะเข้าใจหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า หลักการของการเผาหลอดไฟฟ้า ฯลฯ

ครูจะสนใจว่าคุณเข้าใจเนื้อหาที่ศึกษาได้ดีเพียงใด และไม่สำคัญว่าคุณจะจำสูตรทั้งหมดหรือไม่ และในกรณีของการแก้ปัญหาการควบคุม ห้องปฏิบัติการ งาน งานภาคปฏิบัติ หรือซื้อ RGR คุณก็สามารถช่วยได้เสมอ ผู้เชี่ยวชาญของเราพลังที่แฝงอยู่ในความรู้และประสบการณ์ภาคปฏิบัติหลายปี!

ดูสิ่งนี้ด้วย "พอร์ทัลทางกายภาพ"

แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์มีลักษณะเฉพาะ โมดูล , ทิศทางและ "จุด" ของแอปพลิเคชันความแข็งแกร่ง. ตามพารามิเตอร์สุดท้าย แนวคิดของแรงในฐานะเวกเตอร์ในฟิสิกส์แตกต่างจากแนวคิดของเวกเตอร์ในพีชคณิตเวกเตอร์ โดยที่เวกเตอร์มีค่าเท่ากันในค่าสัมบูรณ์และทิศทาง โดยไม่คำนึงถึงจุดของการใช้งาน จะถือว่าเป็นเวกเตอร์เดียวกัน ในฟิสิกส์ เวกเตอร์เหล่านี้เรียกว่าเวกเตอร์อิสระ ในกลศาสตร์ แนวคิดของเวกเตอร์ที่มีขอบเขตซึ่งเริ่มต้นที่จุดหนึ่งในอวกาศหรืออาจอยู่บนเส้นที่ต่อเนื่องกับทิศทางของเวกเตอร์ (เวกเตอร์เลื่อน) เป็นเรื่องธรรมดามาก .

นอกจากนี้ยังใช้แนวคิด เส้นแรงแสดงถึงเส้นตรงที่ผ่านจุดที่บังคับใช้ซึ่งแรงนั้นชี้นำ

มิติของแรงคือ LMT −2 หน่วยการวัดในระบบหน่วยสากล (SI) คือนิวตัน (N, N) ในระบบ CGS - dyne

ประวัติแนวคิด

แนวคิดของแรงถูกใช้โดยนักวิทยาศาสตร์สมัยโบราณในงานเกี่ยวกับสถิตยศาสตร์และการเคลื่อนไหว เขามีส่วนร่วมในการศึกษากองกำลังในกระบวนการออกแบบกลไกอย่างง่ายในศตวรรษที่สาม พ.ศ อี อาร์คิมิดีส แนวคิดเกี่ยวกับอำนาจของอริสโตเติลซึ่งเกี่ยวข้องกับความไม่ลงรอยกันพื้นฐานกินเวลานานหลายศตวรรษ ความไม่ลงรอยกันเหล่านี้ถูกขจัดออกไปในศตวรรษที่ 17 Isaac Newton ใช้วิธีทางคณิตศาสตร์เพื่ออธิบายแรง กลศาสตร์ของนิวตันยังคงเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเป็นเวลาเกือบสามร้อยปี เมื่อต้นศตวรรษที่ XX อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพแสดงให้เห็นว่ากลศาสตร์ของนิวตันนั้นถูกต้องเฉพาะที่ความเร็วและมวลของร่างกายที่ค่อนข้างต่ำในระบบเท่านั้น ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ความชัดเจนของข้อกำหนดพื้นฐานของจลนศาสตร์และพลศาสตร์ และอธิบายคุณสมบัติใหม่ของกาลอวกาศ

กลศาสตร์นิวตัน

Isaac Newton อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยใช้แนวคิดของความเฉื่อยและแรง เมื่อทำสิ่งนี้แล้ว เขาได้สร้างแนวทางที่ว่าการเคลื่อนไหวทางกลใดๆ นั้นอยู่ภายใต้กฎการอนุรักษ์ทั่วไป ใน Mr. Newton ได้ตีพิมพ์ผลงานที่มีชื่อเสียงของเขา "" ซึ่งเขาได้กล่าวถึงกฎพื้นฐานสามข้อของกลศาสตร์คลาสสิก (กฎที่มีชื่อเสียงของ Newton)

กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน

ตัวอย่างเช่น กฎของกลศาสตร์ในร่างกายของรถบรรทุกจะเหมือนกันทุกประการเมื่อขับไปตามทางตรงของถนนด้วยความเร็วคงที่และเมื่อจอดนิ่ง บุคคลสามารถโยนลูกบอลขึ้นในแนวดิ่งและจับลูกบอลได้ในที่เดียวกันหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง โดยไม่คำนึงว่ารถบรรทุกจะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงหรือหยุดนิ่ง สำหรับเขา ลูกบอลพุ่งเป็นเส้นตรง อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอกบนพื้น วิถีของลูกบอลดูเหมือนพาราโบลา นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าลูกบอลเคลื่อนที่เมื่อเทียบกับพื้นในระหว่างการบินไม่เพียง แต่ในแนวตั้ง แต่ยังอยู่ในแนวนอนด้วยแรงเฉื่อยในทิศทางของรถบรรทุก สำหรับคนที่อยู่ท้ายรถบรรทุก ไม่สำคัญว่ารถบรรทุกจะเคลื่อนไปตามถนน หรือโลกรอบตัวเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามด้วยความเร็วคงที่ และรถบรรทุกจอดนิ่งอยู่ ดังนั้นสภาวะของการหยุดนิ่งและการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอย่างสม่ำเสมอจึงแยกไม่ออกจากกัน

กฎข้อที่สองของนิวตัน

ตามนิยามของโมเมนตัม:

มวลอยู่ที่ไหนความเร็ว

ถ้ามวลของจุดวัสดุยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นอนุพันธ์ของเวลาของมวลจะเป็นศูนย์ และสมการจะกลายเป็น:

กฎข้อที่สามของนิวตัน

สำหรับสองวัตถุใดๆ (ขอเรียกว่าวัตถุ 1 และวัตถุ 2) กฎข้อที่สามของนิวตันระบุว่าแรงของวัตถุ 1 ต่อวัตถุ 2 นั้นมาพร้อมกับลักษณะของแรงที่มีค่าสัมบูรณ์เท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้าม บนร่างกาย 1 จากร่างกาย 2 ในทางคณิตศาสตร์ กฎหมายเขียนดังนี้:

กฎนี้หมายความว่าแรงจะเกิดขึ้นในคู่ของการกระทำและปฏิกิริยาเสมอ หากวัตถุ 1 และวัตถุ 2 อยู่ในระบบเดียวกัน แรงทั้งหมดในระบบเนื่องจากการทำงานร่วมกันของวัตถุเหล่านี้จะเป็นศูนย์:

ซึ่งหมายความว่าไม่มีแรงภายในที่ไม่สมดุลในระบบปิด สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าจุดศูนย์กลางมวลของระบบปิด (นั่นคือสิ่งที่ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงภายนอก) ไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร่งได้ ส่วนต่าง ๆ ของระบบสามารถเร่งความเร็วได้ แต่ในลักษณะที่ระบบโดยรวมยังคงอยู่ในสถานะพักหรือเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่แรงภายนอกกระทำต่อระบบ จุดศูนย์กลางมวลจะเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร่งตามสัดส่วนของแรงภายนอกที่เกิดขึ้น และแปรผกผันกับมวลของระบบ

ปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน

พลังทั้งหมดในธรรมชาติขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประเภท ความเร็วสูงสุดของการแพร่กระจายของปฏิสัมพันธ์ทุกประเภทเท่ากับความเร็วของแสงในสุญญากาศ แรงแม่เหล็กไฟฟ้ากระทำระหว่างวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า แรงโน้มถ่วงกระทำระหว่างวัตถุขนาดใหญ่ ตัวที่แข็งแรงและตัวที่อ่อนแอจะปรากฏในระยะห่างที่น้อยมากเท่านั้น และมีหน้าที่รับผิดชอบในการทำงานร่วมกันระหว่างอนุภาคของอะตอม รวมถึงนิวคลีออนที่ประกอบกันเป็นนิวเคลียสของอะตอม

วัดความเข้มของการโต้ตอบที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ หน่วยของพลังงาน(อิเล็กตรอนโวลต์) ไม่ใช่ หน่วยของแรงดังนั้น การใช้คำว่า "แรง" กับสิ่งเหล่านี้จึงอธิบายได้ด้วยประเพณีที่นำมาจากสมัยโบราณ เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ใดๆ ในโลกรอบตัวเราด้วยการกระทำของ "พลัง" เฉพาะสำหรับแต่ละปรากฏการณ์

แนวคิดเรื่องแรงไม่สามารถใช้กับปรากฏการณ์ของโลกระดับปรมาณูได้ นี่คือแนวคิดจากคลังแสงของฟิสิกส์คลาสสิก ซึ่งเกี่ยวข้อง (แม้ว่าจะเป็นเพียงจิตใต้สำนึก) กับแนวคิดของนิวตันเกี่ยวกับแรงที่กระทำในระยะไกล ในฟิสิกส์ของอะตอม ไม่มีแรงดังกล่าวอีกแล้ว พวกมันถูกแทนที่ด้วยอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคที่เกิดขึ้นในสนาม ซึ่งก็คืออนุภาคอื่นๆ ดังนั้นนักฟิสิกส์พลังงานสูงจึงหลีกเลี่ยงการใช้คำนี้ บังคับแทนที่ด้วยคำว่า ปฏิสัมพันธ์.

ปฏิสัมพันธ์แต่ละประเภทเกิดจากการแลกเปลี่ยนพาหะปฏิสัมพันธ์ที่สอดคล้องกัน: แรงโน้มถ่วง - การแลกเปลี่ยนกราวิตอน (การดำรงอยู่ยังไม่ได้รับการยืนยันจากการทดลอง), แม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอนเสมือน, อ่อนแอ - เวกเตอร์โบซอน, แข็งแรง - กลูออน (และในระยะทางไกล - มีซอน ). ปัจจุบัน การโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการโต้ตอบที่อ่อนแอได้รวมเข้ากับการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าขั้นพื้นฐานมากขึ้น มีความพยายามที่จะรวมปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสี่เข้าเป็นหนึ่งเดียว (ที่เรียกว่าทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่)

โดยหลักการแล้ว พลังที่หลากหลายทั้งหมดที่แสดงออกมาในธรรมชาติสามารถลดลงเหลือปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสี่นี้ ตัวอย่างเช่น แรงเสียดทานเป็นการรวมตัวกันของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำระหว่างอะตอมของสองพื้นผิวที่สัมผัสกัน และหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli) ซึ่งป้องกันไม่ให้อะตอมทะลุผ่านเข้าไปในพื้นที่ของกันและกัน แรงที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปของสปริงซึ่งอธิบายไว้ในกฎของฮุคนั้นเป็นผลมาจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาคและหลักการกีดกันของเพาลี ซึ่งบังคับให้อะตอมของโครงผลึกของสารอยู่ใกล้ตำแหน่งสมดุล .

อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติมันไม่เพียง แต่ไม่เหมาะสม แต่ยังเป็นไปไม่ได้ตามเงื่อนไขของปัญหาด้วยการพิจารณาโดยละเอียดเกี่ยวกับปัญหาของการกระทำของกองกำลัง

แรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วง ( แรงโน้มถ่วง) - ปฏิสัมพันธ์ที่เป็นสากลระหว่างสสารประเภทใดก็ได้ ภายในกรอบของกลศาสตร์คลาสสิก กฎนี้อธิบายโดยกฎของความโน้มถ่วงสากล ซึ่งกำหนดโดย Isaac Newton ในผลงานของเขาเรื่อง "The Mathematical Principles of Natural Philosophy" นิวตันได้รับขนาดของความเร่งที่ดวงจันทร์เคลื่อนที่ไปรอบโลกโดยสมมติว่าแรงโน้มถ่วงลดลงผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากวัตถุโน้มถ่วง นอกจากนี้เขายังพบว่าความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของวัตถุหนึ่งต่ออีกวัตถุหนึ่งนั้นเป็นสัดส่วนกับผลคูณของมวลของวัตถุเหล่านี้ จากข้อสรุปทั้งสองนี้ กฎของแรงโน้มถ่วงได้รับการกำหนดขึ้น: อนุภาคของวัสดุใดๆ ถูกดึงดูดเข้าหากันด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวล ( และ ) และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน:

นี่คือค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นค่าแรกที่ได้รับจากการทดลองของเขาโดย Henry Cavendish เมื่อใช้กฎนี้เราสามารถรับสูตรสำหรับการคำนวณแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่มีรูปร่างตามอำเภอใจ ทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตันอธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะและเทห์ฟากฟ้าอื่น ๆ ได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม มันขึ้นอยู่กับแนวคิดของการกระทำระยะไกล ซึ่งขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ ดังนั้น ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิกจึงใช้ไม่ได้ในการอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง สนามแรงโน้มถ่วงของวัตถุมวลมาก (เช่น หลุมดำ) ตลอดจนสนามโน้มถ่วงแปรผันที่สร้างขึ้นโดย เคลื่อนย้ายศพในระยะทางไกลจากพวกเขา

ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าสถิต (สนามไฟฟ้าสถิต)

พัฒนาการของฟิสิกส์หลังจากนิวตันได้เพิ่มปริมาณประจุไฟฟ้าในมิติ C ลงในสามหลัก (ความยาว มวล เวลา) อย่างไรก็ตาม ตามข้อกำหนดของการปฏิบัติที่อิงตามความสะดวกในการวัด กระแสไฟฟ้าที่มีขนาดเท่ากับผม มักใช้แทนการชาร์จ นอกจากนี้ ฉัน = คต − 1 . หน่วยของประจุคือคูลอมบ์ และหน่วยของกระแสคือแอมแปร์

เนื่องจากประจุดังกล่าวไม่ได้มีอยู่อย่างเป็นอิสระจากร่างกายที่แบกมัน ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าของวัตถุจึงแสดงออกมาในรูปแบบของแรงแบบเดียวกับที่พิจารณาในกลศาสตร์ ซึ่งทำให้เกิดความเร่ง เมื่อนำไปใช้กับอันตรกิริยาไฟฟ้าสถิตของสอง "จุดประจุ" ในสุญญากาศ จะใช้กฎของคูลอมบ์:

ระยะห่างระหว่างประจุอยู่ที่ไหน และ ε 0 ≈ 8.854187817 10 −12 F/m ในสารที่เป็นเนื้อเดียวกัน (ไอโซทรอปิก) ในระบบนี้ แรงอันตรกิริยาจะลดลง 1 เท่า โดยที่ ε คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลาง

ทิศทางของแรงตรงกับเส้นที่เชื่อมจุดประจุ ในทางกราฟิก สนามไฟฟ้าสถิตมักแสดงเป็นภาพของเส้นแรง ซึ่งเป็นเส้นโคจรในจินตนาการที่อนุภาคมีประจุซึ่งไม่มีมวลเคลื่อนที่ บรรทัดเหล่านี้เริ่มต้นที่หนึ่งและสิ้นสุดที่ค่าธรรมเนียมอื่น

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า (สนาม DC)

การมีอยู่ของสนามแม่เหล็กเป็นที่รู้จักในยุคกลางโดยชาวจีนซึ่งใช้ "หินแห่งความรัก" ซึ่งเป็นแม่เหล็กเป็นต้นแบบของเข็มทิศแม่เหล็ก ในทางกราฟิก สนามแม่เหล็กมักแสดงเป็นเส้นแรงปิด ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็ก (เช่น ในกรณีของสนามไฟฟ้าสถิต) จะเป็นตัวกำหนดความเข้มของมัน ในอดีต วิธีการมองเห็นภาพสนามแม่เหล็กคือการตะไบเหล็ก เทลงบนแผ่นกระดาษที่วางบนแม่เหล็ก

ประเภทของแรงที่ได้มา

แรงยืดหยุ่น- แรงที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปของร่างกายและต่อต้านการเสียรูปนี้ ในกรณีของการเสียรูปแบบยืดหยุ่น เป็นไปได้ แรงยืดหยุ่นมีลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นการแสดงออกของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในระดับมหภาค แรงยืดหยุ่นจะอยู่ตรงข้ามกับการกระจัด ซึ่งตั้งฉากกับพื้นผิว เวกเตอร์แรงอยู่ตรงข้ามกับทิศทางการกระจัดของโมเลกุล

แรงเสียดทาน- แรงที่เกิดจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุแข็งและต้านการเคลื่อนที่นี้ หมายถึง กองกำลังกระจายตัว. แรงเสียดทานมีลักษณะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นการรวมตัวกันของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลในระดับมหภาค เวกเตอร์แรงเสียดทานอยู่ตรงข้ามกับเวกเตอร์ความเร็ว

แรงต้านทานปานกลาง- แรงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นของแข็งในตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ หมายถึง กองกำลังกระจายตัว. แรงต้านทานมีลักษณะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นด้วยตาเปล่าของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล เวกเตอร์แรงต้านมีทิศทางตรงกันข้ามกับเวกเตอร์ความเร็ว

แรงของปฏิกิริยาสนับสนุนปกติ- แรงยืดหยุ่นที่กระทำจากด้านข้างของส่วนรองรับบนร่างกาย ตั้งฉากกับพื้นผิวของส่วนรองรับ

แรงตึงผิว- แรงที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของส่วนเฟส มีลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเป็นปรากฏการณ์ทางมหภาคของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล แรงดึงจะถูกส่งตรงไปยังส่วนต่อประสาน เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดึงดูดที่ไม่ถูกชดเชยของโมเลกุลซึ่งอยู่ที่ขอบเขตของเฟสโดยโมเลกุลที่ไม่ได้อยู่ที่ขอบเขตของเฟส

แรงดันออสโมซิส

กองกำลังแวนเดอร์วาลส์- แรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างโมเลกุลที่เกิดจากการโพลาไรเซชันของโมเลกุลและการก่อตัวของไดโพล กองกำลัง Van der Waals ลดลงอย่างรวดเร็วตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น

แรงเฉื่อยเป็นแรงสมมติที่นำมาใช้ในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยเพื่อให้เป็นไปตามกฎข้อที่สองของนิวตันในกรอบอ้างอิงนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับวัตถุที่มีความเร่งอย่างสม่ำเสมอ แรงของความเฉื่อยจะอยู่ตรงข้ามกับความเร่ง จากแรงเฉื่อยทั้งหมด แรงหนีศูนย์กลางและแรงโคริโอลิสสามารถแยกแยะได้เพื่อความสะดวก

ผลลัพธ์

เมื่อคำนวณความเร่งของวัตถุ แรงทั้งหมดที่กระทำกับวัตถุนั้นจะถูกแทนที่ด้วยแรงเดียว ซึ่งเรียกว่า แรงลัพธ์ นี่คือผลรวมทางเรขาคณิตของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกาย ในกรณีนี้ การกระทำของแต่ละแรงไม่ได้ขึ้นอยู่กับการกระทำของผู้อื่น นั่นคือ แรงแต่ละแรงส่งไปยังร่างกายด้วยความเร่งที่จะส่งผลในกรณีที่ไม่มีการกระทำของแรงอื่น ข้อความนี้เรียกว่าหลักการของความเป็นอิสระจากการกระทำของกองกำลัง (หลักการของการซ้อนทับ)

ดูสิ่งนี้ด้วย

แหล่งที่มา

• Grigoriev V. I. , Myakishev G. Ya. - "กองกำลังในธรรมชาติ"
• Landau, L. D. , Lifshitz, E. M.กลศาสตร์ - รุ่นที่ 5 โปรเฟสเซอร์ - ม.: Fizmatlit, 2547. - 224 น. - ("ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี" เล่มที่ 1) - .

หมายเหตุ

1. อภิธานศัพท์. หอดูดาวโลก. องค์การนาซ่า. - "แรง - ปัจจัยภายนอกใด ๆ ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนไหวของร่างกายอิสระหรือการเกิดความเครียดภายในในร่างกายคงที่"(ภาษาอังกฤษ)
2. Bronstein I. N. Semendyaev K. A. คู่มือคณิตศาสตร์ ม.: สำนักพิมพ์ "Nauka" ฉบับอ้างอิงวรรณกรรมทางกายภาพและคณิตศาสตร์ 2507

คำว่า "พลัง" นั้นมีความหมายครอบคลุมทั้งหมด ดังนั้นการทำให้แนวคิดที่ชัดเจนนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ความหลากหลายตั้งแต่ความแข็งแกร่งของกล้ามเนื้อไปจนถึงความแข็งแกร่งของจิตใจไม่ครอบคลุมแนวคิดทั้งหมดที่ลงทุนไป แรงซึ่งถือเป็นปริมาณทางกายภาพมีความหมายและคำจำกัดความที่ชัดเจน สูตรแรงกำหนดแบบจำลองทางคณิตศาสตร์: การพึ่งพาของแรงกับพารามิเตอร์หลัก

ประวัติของการวิจัยแรงรวมถึงคำจำกัดความของการพึ่งพาพารามิเตอร์และหลักฐานการทดลองของการพึ่งพา

แรงในทางฟิสิกส์

แรงคือการวัดปฏิสัมพันธ์ของร่างกาย การกระทำร่วมกันของร่างกายซึ่งกันและกันอธิบายกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความเร็วหรือการเสียรูปของร่างกาย

ในฐานะที่เป็นปริมาณทางกายภาพ แรงมีหน่วยวัด (ในระบบ SI - นิวตัน) และอุปกรณ์สำหรับวัด - ไดนาโมมิเตอร์ หลักการทำงานของเครื่องวัดแรงนั้นขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบแรงที่กระทำต่อร่างกายกับแรงยืดหยุ่นของสปริงไดนาโมมิเตอร์

แรง 1 นิวตันถือเป็นแรงที่วัตถุมวล 1 กิโลกรัมเปลี่ยนความเร็ว 1 เมตรใน 1 วินาที

ความแข็งแกร่งถูกกำหนดเป็น:

• ทิศทางของการกระทำ
• จุดรับสมัคร;
• โมดูล ค่าสัมบูรณ์

ในการอธิบายการโต้ตอบ อย่าลืมระบุพารามิเตอร์เหล่านี้

ประเภทของปฏิสัมพันธ์ทางธรรมชาติ: แรงโน้มถ่วง, แม่เหล็กไฟฟ้า, แรง, อ่อนแอ ความโน้มถ่วงสากลที่มีความหลากหลาย - ความโน้มถ่วง) มีอยู่เนื่องจากอิทธิพลของสนามโน้มถ่วงที่ล้อมรอบวัตถุใดๆ ที่มีมวล การศึกษาสนามโน้มถ่วงยังไม่เสร็จสิ้น ยังไม่สามารถหาแหล่งที่มาของสนามได้

แรงจำนวนมากเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอะตอมที่ประกอบเป็นสสาร

แรงกด

เมื่อวัตถุมีปฏิสัมพันธ์กับโลก มันจะออกแรงกดบนพื้นผิว แรงที่มีรูปแบบ: P = mg กำหนดโดยมวลของร่างกาย (m) ความเร่งของการตกอย่างอิสระ (g) มีค่าต่างกันที่ละติจูดต่างๆ ของโลก

แรงกดแนวตั้งมีค่าเท่ากันในโมดูลัสและมีทิศทางตรงกันข้ามกับแรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นในการรองรับ สูตรแรงจะเปลี่ยนไปตามการเคลื่อนไหวของร่างกาย

การเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักตัว

การกระทำของร่างกายในการสนับสนุนเนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์กับโลกมักเรียกว่าน้ำหนักของร่างกาย ที่น่าสนใจคือปริมาณของน้ำหนักตัวขึ้นอยู่กับความเร่งของการเคลื่อนที่ในแนวตั้ง ในกรณีที่ทิศทางของการเร่งความเร็วอยู่ตรงข้ามกับการเร่งความเร็วของการตกอย่างอิสระ จะสังเกตเห็นน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น หากความเร่งของร่างกายสอดคล้องกับทิศทางของการตกอย่างอิสระ น้ำหนักของร่างกายจะลดลง ตัวอย่างเช่น ในขณะที่กำลังขึ้นลิฟต์ เมื่อเริ่มขึ้นลิฟต์ คนๆ หนึ่งจะรู้สึกว่าน้ำหนักเพิ่มขึ้นชั่วขณะหนึ่ง ไม่จำเป็นต้องยืนยันว่ามวลของมันกำลังเปลี่ยนแปลง ในเวลาเดียวกัน เราแบ่งปันแนวคิดของ "น้ำหนักตัว" และ "มวล" ของมัน

แรงยืดหยุ่น

เมื่อรูปร่างของร่างกายเปลี่ยนไป (การเสียรูป) แรงจะปรากฏขึ้นซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้ร่างกายกลับคืนสู่รูปร่างเดิม แรงนี้มีชื่อว่า "แรงยืดหยุ่น" มันเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางไฟฟ้าของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นร่างกาย

พิจารณาการเปลี่ยนรูปที่ง่ายที่สุด: แรงดึงและแรงอัด ความตึงเครียดจะมาพร้อมกับการเพิ่มขนาดเชิงเส้นของร่างกาย การบีบอัด - โดยการลดลง ค่าที่แสดงลักษณะกระบวนการเหล่านี้เรียกว่าการยืดตัวของร่างกาย แทนด้วย "x" สูตรแรงยืดหยุ่นเกี่ยวข้องโดยตรงกับการยืดตัว ร่างกายแต่ละคนภายใต้การเปลี่ยนรูปมีพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตและทางกายภาพของตัวเอง การพึ่งพาความต้านทานความยืดหยุ่นต่อการเสียรูปในคุณสมบัติของร่างกายและวัสดุที่ทำขึ้นนั้นพิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นซึ่งเรียกว่าความแข็ง (k)

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของปฏิสัมพันธ์แบบยืดหยุ่นอธิบายโดยกฎของฮุค

แรงที่เกิดจากการเสียรูปของร่างกายนั้นพุ่งตรงไปยังทิศทางการเคลื่อนที่ของส่วนต่าง ๆ ของร่างกายซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการยืดตัว:

• F y = -kx (ในรูปแบบเวกเตอร์)

เครื่องหมาย "-" หมายถึงทิศทางตรงกันข้ามของการเสียรูปและแรง

ในรูปสเกลาร์ไม่มีเครื่องหมายลบ แรงยืดหยุ่นซึ่งมีสูตรดังนี้ F y = kx ใช้สำหรับการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเท่านั้น

ปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กกับกระแส

มีการอธิบายถึงผลกระทบของสนามแม่เหล็กที่มีต่อกระแสตรง ในกรณีนี้ แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อตัวนำที่มีกระแสอยู่ในนั้นเรียกว่าแรงแอมแปร์

อันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดปรากฏการณ์แรง แรงแอมแปร์ซึ่งมีสูตรคือ F = IBlsinα ขึ้นอยู่กับ (B) ความยาวของส่วนที่ใช้งานของตัวนำ (l), (I) ในตัวนำและมุมระหว่างทิศทางของกระแสและการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก .

ต้องขอบคุณการพึ่งพาครั้งสุดท้าย เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อตัวนำหมุนหรือทิศทางของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน กฎมือซ้ายช่วยให้คุณกำหนดทิศทางของการกระทำ หากมือซ้ายอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือ นิ้วสี่นิ้วจะชี้ไปตามกระแสในตัวนำ จากนั้นนิ้วหัวแม่มืองอ 90 ° จะแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก

มนุษย์ใช้เอฟเฟกต์นี้ เช่น ในมอเตอร์ไฟฟ้า การหมุนของโรเตอร์เกิดจากสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลัง สูตรแรงช่วยให้คุณสามารถตัดสินความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนกำลังเครื่องยนต์ เมื่อกระแสหรือความแรงของสนามเพิ่มขึ้น แรงบิดจะเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้กำลังมอเตอร์เพิ่มขึ้น

วิถีของอนุภาค

ปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กที่มีประจุถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแมสสเปกโตรกราฟในการศึกษาอนุภาคมูลฐาน

การกระทำของสนามในกรณีนี้ทำให้เกิดแรงที่เรียกว่า Lorentz force เมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหนึ่งเข้าสู่สนามแม่เหล็ก สูตรที่มีรูปแบบ F = vBqsinα ทำให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลม

ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์นี้ v คือโมดูลัสความเร็วของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็น q, B คือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนาม α คือมุมระหว่างทิศทางของความเร็วและการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลม (หรือส่วนโค้งของวงกลม) เนื่องจากแรงและความเร็วมีทิศทางทำมุม 90° ซึ่งกันและกัน การเปลี่ยนแปลงทิศทางของความเร็วเชิงเส้นทำให้เกิดความเร่งขึ้น

กฎของมือซ้ายที่กล่าวถึงข้างต้นยังเกิดขึ้นในการศึกษาแรง Lorentz: หากวางมือซ้ายในลักษณะที่เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือนิ้วทั้งสี่ที่ยื่นออกไปในแนวเดียวกันจะถูกชี้นำ ความเร็วของอนุภาคที่มีประจุบวก จากนั้นงอ 90° นิ้วหัวแม่มือจะแสดงทิศทางของแรง

ปัญหาเกี่ยวกับพลาสมา

ปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กและสสารถูกใช้ในไซโคลตรอน ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาในห้องปฏิบัติการของพลาสมาไม่อนุญาตให้เก็บไว้ในภาชนะปิด สูงสามารถอยู่ได้ที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น พลาสมาสามารถเก็บไว้ในที่เดียวในอวกาศได้โดยใช้สนามแม่เหล็ก บิดแก๊สในรูปของวงแหวน นอกจากนี้ยังสามารถศึกษาสิ่งที่ควบคุมได้โดยการบิดพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงให้เป็นเส้นใยโดยใช้สนามแม่เหล็ก

ตัวอย่างของการกระทำของสนามแม่เหล็กในสภาวะธรรมชาติบนก๊าซไอออไนซ์คือ Aurora Borealis ปรากฏการณ์อันยิ่งใหญ่นี้สังเกตได้เหนือเส้นอาร์กติกเซอร์เคิลที่ระดับความสูง 100 กม. เหนือพื้นผิวโลก การเรืองแสงของก๊าซที่มีสีสันลึกลับสามารถอธิบายได้ในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น สนามแม่เหล็กโลกบริเวณขั้วโลกไม่สามารถป้องกันลมสุริยะไม่ให้ทะลุผ่านชั้นบรรยากาศได้ การแผ่รังสีที่ใช้งานมากที่สุดซึ่งกำกับตามแนวของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของบรรยากาศ

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของประจุ

ในอดีต ปริมาณหลักที่แสดงลักษณะการไหลของกระแสในตัวนำเรียกว่า ความแรงของกระแส น่าสนใจ แนวคิดนี้ไม่เกี่ยวกับแรงในทางฟิสิกส์ ความแรงของกระแสซึ่งรวมถึงประจุที่ไหลต่อหน่วยเวลาผ่านส่วนตัดขวางของตัวนำมีรูปแบบ:

• I = q/t โดยที่ t คือเวลาการไหลของประจุ q

ในความเป็นจริงความแรงของกระแสคือจำนวนประจุ หน่วยวัดคือแอมแปร์ (A) ซึ่งแตกต่างจาก N

การกำหนดการทำงานของแรง

แรงกระทำต่อสารนั้นมาพร้อมกับประสิทธิภาพการทำงาน งานของแรงคือปริมาณทางกายภาพที่เป็นตัวเลขเท่ากับผลคูณของแรงและการกระจัดที่ผ่านไปภายใต้แรงกระทำ และค่าโคไซน์ของมุมระหว่างทิศทางของแรงและการกระจัด

งานที่ต้องการของแรง ซึ่งมีสูตรคือ A = FScosα รวมถึงขนาดของแรง

การกระทำของร่างกายนั้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความเร็วของร่างกายหรือการเสียรูปซึ่งบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานพร้อมกัน งานที่ทำโดยแรงเกี่ยวข้องโดยตรงกับขนาดของมัน

ฟิสิกส์มีปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประเภท สองในนั้น - แรงโน้มถ่วงและแม่เหล็กไฟฟ้ามีรัศมีของการกระทำที่ไม่มีที่สิ้นสุดและแสดงให้เห็นทั้งในมหภาคและในพิภพเล็ก ๆ อีกสองคน - แข็งแกร่ง (นิวเคลียร์) และอ่อนแอ (รับผิดชอบการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี) เนื่องจากรัศมีของการกระทำที่เล็กจึงปรากฏตัวเฉพาะในพิภพเล็ก ๆ "ซ่อนตัว" ภายในนิวเคลียสของอะตอมและไม่ปรากฏตัวใน จักรวาล. ปฏิสัมพันธ์ทางกลทั้งหมดจะลดลงเหลือสามประเภท: แรงโน้มถ่วง (แรงโน้มถ่วง) แรงยืดหยุ่นและแรงเสียดทาน แรงยืดหยุ่นและแรงเสียดทานเป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าโดยธรรมชาติ ร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยอะตอม ซึ่งรวมถึงอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า

ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงเป็นการแสดงออก กฎแห่งแรงดึงดูด:

ช - ค่าคงที่ความโน้มถ่วงถูกนำมาใช้เพื่อตกลงกับหน่วยการวัดปริมาณในทั้งสองส่วนของสูตรใน SI ช = 6.67. 10 -11 N. m 2 / kg 2 = 6.67. 10 -11 ม. 3 / (กก. s 2), ต 1 และ ต 2 - มวลของจุดวัสดุ รคือระยะห่างระหว่างกัน กฎหมายในรูปแบบ (2.3.1) ยังใช้บังคับสำหรับการคำนวณแรงโน้มถ่วงระหว่างจุดวัสดุกับวัตถุทรงกลม หรือวัตถุทรงกลมสองชิ้น ในกรณีนี้ ร – ระยะห่างจาก b.w. ไปยังกึ่งกลางของลูกบอล ตามลำดับ ระหว่างกึ่งกลางของลูกบอล แรงโน้มถ่วงจะพุ่งตรงไป ร. มวลที่ปรากฏในกฎของความโน้มถ่วงสากลเรียกว่ามวลโน้มถ่วงหรือมวลความโน้มถ่วง ตรงกันข้ามกับมวลเฉื่อย ซึ่งวัดความสามารถของร่างกายในการต่อต้านการเปลี่ยนแปลงสถานะภายใต้อิทธิพลของวัตถุอื่น มีการทดลองแล้วว่ามวลเหล่านี้มีค่าเท่ากัน (R. Eötvös, 1894) ข้อเท็จจริงจากการทดลองนี้เรียกว่าหลักการของความสมมูลและอยู่ภายใต้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (ทฤษฎีความโน้มถ่วง) โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากหลักการของความเท่าเทียมกัน มันตามมาว่าแรงโน้มถ่วงจากวัตถุหนึ่งส่งความเร่งเท่ากันไปยังวัตถุอื่นๆ ทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงมวลของพวกมัน เช่น วัตถุทั้งหมดถูกดึงดูดมายังโลก แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุนั้นเรียกว่า แรงโน้มถ่วงเรากำหนดโดยใช้สูตร (2.3.1):
. ที่นี่
- การเร่งแรงโน้มถ่วง ม 3 และ ร 3 ตามลำดับ มวลของโลกและรัศมีของมัน รูปร่างของโลกแตกต่างจากทรงกลม ยิ่งกว่านั้น ความหนาแน่นของสสารไม่เท่ากันในที่ต่างๆ ของปริมาตร แต่อิทธิพลของพารามิเตอร์เหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญจนสามารถละเลยได้ ดังนั้นในทุกจุดบนโลก พื้นผิว ช9.8 ม./วินาที 2 . แรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวโลกแสดงโดยสูตร:

(2.3.2)

จากสิ่งที่ได้พิจารณา เป็นที่ชัดเจนว่าบนดาวเคราะห์ต่างๆ แรงโน้มถ่วงและความเร่งของการตกอย่างอิสระที่มอบให้นั้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น แรงโน้มถ่วงบนดวงจันทร์น้อยกว่าบนโลกเกือบ 6 เท่า และเมื่อนักเดินทางในอวกาศเคลื่อนตัวออกห่างจากพื้นผิวโลก แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อดวงจันทร์จะลดลง

แรงโน้มถ่วงเป็นสาเหตุที่ทำให้ร่างกายขาดการสนับสนุน (ระงับ) แรงที่กระทำจากด้านข้างของส่วนรองรับ (การระงับ) เรียกว่าปฏิกิริยาของส่วนรองรับและมักจะตั้งฉากกับพื้นผิวของส่วนรองรับกับร่างกาย เช่น จากการสนับสนุน เป็นที่ชัดเจนว่าเหตุใดพื้นผิวแนวตั้งจึงไม่สามารถใช้เป็นตัวรองรับได้ น้ำหนักตัวเรียกแรงที่ร่างกายกดบนที่ค้ำหรือดึงที่กันสะเทือนไม่ให้ตกถึงพื้น. ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน น้ำหนักและปฏิกิริยาของแรงพยุง (แรงกระทำและแรงปฏิกิริยา) มีค่าเท่ากัน แนวคิดของภาวะไร้น้ำหนักหมายถึงการไม่มีแรงเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทันทีที่เรากระโดดเพื่อแยกตัวออกจากการรองรับ เราจะตกอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก ในช่วงเวลาทั้งหมดของการเคลื่อนไหวจนกระทั่งเราลงจอดบนแนวรับอีกครั้ง แรงโน้มถ่วงไม่หยุดทำหน้าที่ ชะลอการเคลื่อนไหวขึ้นและเร่งการเคลื่อนไหวลง แต่ไม่มีน้ำหนัก นักบินอวกาศในยานอวกาศที่เคลื่อนที่โดยที่เครื่องยนต์ดับก็อยู่ในสภาพไร้น้ำหนักเช่นกัน แต่เมื่อยานอวกาศเร่งความเร็ว พวกเขาจะประสบกับภาระที่มากเกินไปเมื่อน้ำหนักเกินแรงโน้มถ่วงอย่างมีนัยสำคัญ ปฏิกิริยาของส่วนรองรับไม่เพียงแต่ชดเชยแรงโน้มถ่วงที่กดนักบินอวกาศไปยังที่นั่งเท่านั้น แต่ยังให้อัตราเร่งที่พุ่งตรงจากพื้นโลกด้วย อย่างไรก็ตาม ไม่เพียงแต่นักบินอวกาศเท่านั้นที่ต้องเผชิญกับภาวะน้ำหนักเกินดังกล่าว

แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นในร่างกายที่เปลี่ยนรูปอย่างยืดหยุ่นและต้านแรงภายนอก พลังก่อตัว การเสียรูปเช่น การเปลี่ยนแปลงของระยะห่างระหว่างจุดต่าง ๆ ของร่างกายอันเป็นผลมาจากอิทธิพลภายนอกเรียกว่า ยืดหยุ่น หากพวกมันหายไปหลังจากการกำจัดอิทธิพล ตามกฎแล้วการเสียรูปเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ยืดหยุ่นได้ ตัวอย่างคือการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นของสปริงที่ถูกบีบอัดหรือยืดออก รูปที่ 7 a) แสดงสปริงที่ไม่เสียรูป รูปที่ 7 b) สปริงตัวเดียวกันถูกยืดออกโดยแรงภายนอก ตามจำนวนเงิน xเป็นผลให้ก
.ขนาดของแรงยืดหยุ่นแสดงโดยกฎของฮุค:

ฉ= - เคเอ็กซ์ (2.3.3)

เค – ค่าสัมประสิทธิ์ของความยืดหยุ่น (ความแข็ง) ซึ่งเป็นค่าคงที่สำหรับร่างกายที่กำหนดใน SI จะวัดเป็นนิวตันต่อเมตร (N / m) เครื่องหมายลบระบุทิศทางตรงกันข้ามของแรงยืดหยุ่นและการเสียรูป

แรงเสียดทานทำให้ร่างกายขยับไม่ได้ แยกความแตกต่างระหว่างการเสียดสีแบบแห้งกับการเสียดสีแบบของเหลว

แรงเสียดทานแบบแห้งเกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็งที่สัมผัสกันตามพื้นผิวบางอย่าง และเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าความขรุขระของพื้นผิวของวัตถุหนึ่งเกาะติดกับพื้นผิวที่ขรุขระของวัตถุอื่น ป้องกันไม่ให้วัตถุทั้งสองเคลื่อนตัวสัมพันธ์กัน ข้าว. 8 แสดงสถานการณ์ที่กำลังพิจารณา: ร่างกาย 1 เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว บนพื้นผิวของร่างกาย 2. ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าแรงเสียดทานเลื่อน ฉ ทเป็นสัดส่วนกับปฏิกิริยาสนับสนุน เอ็นและพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับความเร็ว:

ฉ ท =  เอ็น (2.3.4)

 - ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ปริมาณไร้มิติ ความหมายของมันขึ้นอยู่กับ พื้นผิวเสียดทาน คุณภาพของการประมวลผล การปนเปื้อน และมักจะถือว่าคงที่โดยประมาณสำหรับสองวัตถุที่เฉพาะเจาะจง ในความเป็นจริง เมื่อความเร็วมีแนวโน้มเป็นศูนย์ แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นตามค่าที่กำหนด ฉ 0 . บนมะเดื่อ รูปที่ 9 แสดงกราฟของโมดูลัสแรงเสียดทานแบบเลื่อนเทียบกับความเร็วของการเคลื่อนที่ที่แสดงในรูปที่ 8

เพื่อให้ร่างกายที่อยู่นิ่ง 1 เคลื่อนที่ได้ ต้องใช้แรงกับมันมากเกินเล็กน้อย ฉ 0 . หากได้รับแรงเฉือนภายนอก ฉ< ฉ 0 แล้วร่างที่ 1 จะอยู่นิ่งๆ ซึ่งหมายความว่าแรงภายนอกไม่สามารถเอาชนะแรงเสียดทานได้ และแรงเสียดทานสถิตจะสมดุล ฉ ป๊อก. จากกฎของนิวตัน จะได้ว่าแรงเสียดทานสถิตมีค่าเป็นตัวเลขเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม ฉ . จากที่ได้กล่าวมา จะเห็นว่า 0 ฉ ป๊อก . ฉ 0 . สำหรับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด บางครั้งใช้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต  0 ในสูตร:

ฉ 0 =  0 เอ็น (2.3.5)

โปรดทราบว่าสูตร (2.3.5) และ  0 สมเหตุสมผลเฉพาะเมื่อสัมพันธ์กับแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเท่านั้น

แรงเสียดทาน ของเหลวหรือของหนืด เกิดขึ้นเมื่อชั้นของของเหลวหรือก๊าซเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน เกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่เป็นของแข็งเคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซ รวมทั้งเมื่อมีของเหลว (หนืด) สารหล่อลื่นอยู่ระหว่างพื้นผิวที่เสียดสีของวัตถุที่เป็นของแข็ง คุณลักษณะของการเสียดสีของของเหลวคือการไม่มีแรงเสียดทานสถิต คุณอาจต้องสังเกตว่าแม้แต่เด็กก็สามารถเคลื่อนย้ายท่อนซุงที่มีน้ำหนักมากในน้ำได้โดยไม่ยาก ในขณะที่ท่อนซุงเดียวกันที่วางอยู่บนบกก็ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้เสมอไป แม้แต่คนที่แข็งแรง คุณสมบัติที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งของแรงเสียดทานหนืดคือแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น ยิ่งกว่านั้น สำหรับความเร็วต่ำ การพึ่งพานี้จะเป็นแบบเส้นตรง และที่ความเร็วสูงจะกลายเป็นกำลังสอง เราเผชิญกับแรงเสียดทานหนืดจากการว่ายน้ำและการดำน้ำรวมถึงในสภาพอากาศที่มีลมแรง

โปรดทราบว่าแรงกระทำต่อร่างกายของหลายแรงสามารถถูกแทนที่ด้วยหนึ่งแรง เรียกว่าผลลัพธ์และเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกาย:

(2.3.6)

สูตร (2.3.6) เป็นการแสดงออกของหลักการซ้อนเช่น หลักการบวกอิสระ หลักการเดียวกันนี้ทำให้แรงหนึ่งสามารถแสดงเป็นผลรวมของเส้นโครงของมันได้ เช่น:

แรงโน้มถ่วง (แรงโน้มถ่วง)

ในกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลก วัตถุใดๆ ที่มีมวล m ได้รับผลกระทบจากแรง: , เรียกว่าแรงโน้มถ่วง - แรงที่วัตถุถูกดึงดูดมายังโลก ภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดของโลก วัตถุทั้งหมดจะตกลงมาด้วยความเร่งเท่ากัน ซึ่งเรียกว่าความเร่งของการตกอย่างอิสระ

น้ำหนักตัว- เรียกว่าแรงที่ร่างกายกระทำโดยแรงโน้มถ่วงต่อโลกเพื่อรองรับหรือดึงด้ายแขวน

แรงโน้มถ่วงจะกระทำเสมอ และน้ำหนักจะปรากฏก็ต่อเมื่อมีแรงอื่นๆ กระทำต่อร่างกายนอกเหนือจากแรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงจะเท่ากับน้ำหนักของร่างกายก็ต่อเมื่อความเร่งของร่างกายสัมพันธ์กับโลกเป็นศูนย์ มิฉะนั้นความเร่งของร่างกายโดยการสนับสนุนสัมพันธ์กับโลกอยู่ที่ไหน หากร่างกายเคลื่อนไหวอย่างอิสระในสนามแรงโน้มถ่วง น้ำหนักจะเป็นศูนย์ นั่นคือ ร่างกายจะไร้น้ำหนัก

ความไร้น้ำหนักคือสถานะของร่างกายที่มันเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเท่านั้น

แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของร่างกายพร้อมกับการเปลี่ยนรูป

แรงยืดหยุ่นเป็นสัดส่วนกับการกระจัดของอนุภาคจากตำแหน่งสมดุลและมุ่งตรงไปยังตำแหน่งสมดุล:

โดยที่เวกเตอร์รัศมีที่แสดงลักษณะการกระจัดของอนุภาคจากตำแหน่งสมดุลคือความยืดหยุ่น ตัวอย่างของแรงดังกล่าวคือแรงยืดหยุ่นของการเสียรูปของสปริงภายใต้แรงดึงหรือแรงอัด

แรงเสียดทานเลื่อนเกิดขึ้นเมื่อร่างกายที่กำหนดเลื่อนไปบนพื้นผิวของอีก:

โดยที่ k คือค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานแบบเลื่อน ขึ้นอยู่กับลักษณะและสภาพของพื้นผิวสัมผัส N คือแรงกดปกติที่กดพื้นผิวที่ถูกัน

แรงเสียดทานจะถูกส่งตรงไปยังพื้นผิวที่ถูในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนไหวของวัตถุที่กำหนดเมื่อเทียบกับวัตถุอื่น

§ 13. พลังงาน งานและพลังงาน

พลังงานเป็นการวัดแบบสากลของการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบต่างๆ พลังงานรูปแบบต่างๆ เกี่ยวข้องกับรูปแบบการเคลื่อนที่ของสสารในรูปแบบต่างๆ ได้แก่ เชิงกล ความร้อน แม่เหล็กไฟฟ้า นิวเคลียร์ ฯลฯ

การเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนไหวเชิงกลและพลังงานของร่างกายเกิดขึ้นในกระบวนการของแรงปฏิสัมพันธ์ของร่างกายนี้กับร่างกายอื่น ในการระบุลักษณะเชิงปริมาณของกระบวนการนี้ในกลศาสตร์ แนวคิดของงานที่ทำโดยใช้กำลังได้รับการแนะนำ

รูปที่ 13.1

หากแรงที่พิจารณามีค่าคงที่ และวัตถุที่รับแรงนั้นเคลื่อนที่ในแนวขวางและเป็นเส้นตรง งานที่ทำโดยแรงเมื่อวัตถุเคลื่อนผ่านเส้นทางจะเรียกว่าปริมาณ

ที่ไหน เอ -มุมระหว่างแรงกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ

รูปที่ 13.2

งาน- ค่าสเกลาร์ ถ้าเวกเตอร์แรงและเวกเตอร์การกระจัดสร้างมุมแหลม นั่นคือ ถ้าอย่างนั้นถ้าเป็นเช่นนั้น แรงที่กระทำในแนวตั้งฉากกับการกระจัดของร่างกายจะไม่ทำงาน

ในกรณีทั่วไป ร่างกายสามารถเคลื่อนไหวได้ตามอำเภอใจและค่อนข้างซับซ้อน (รูปที่ 13.2) เลือกส่วนพื้นฐานของเส้นทาง ดีเอสซึ่งแรงนั้นถือว่าคงที่ และการกระจัดจะเป็นเส้นตรง งานพื้นฐานในส่วนนี้เท่ากับ

งานทั้งหมดที่ทำบนเส้นทางถูกกำหนดโดยอินทิกรัล

หน่วยของงานคือจูล ( เจ) - งานที่ทำโดยแรง 1N บนเส้นทาง 1m: 1J-1Ns

รูปที่ 13.3

แรงที่กระทำต่อจุดวัสดุเรียกว่า อนุรักษ์นิยม หรือ ศักยภาพ ถ้างานที่ทำโดยแรงนี้เมื่อย้ายจุดนี้จากตำแหน่งโดยพลการ 1 ไปอีก 2 ไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่นี้เกิดขึ้น:

=

การกลับทิศทางการเคลื่อนที่ของจุดตามวิถีทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเครื่องหมายของแรงอนุรักษ์นิยม เนื่องจากปริมาณเปลี่ยนแปลงเครื่องหมาย ดังนั้น เมื่อย้ายจุดวัสดุไปตามวิถีปิด เป็นต้น 1- ก-2- ข-1 งานที่ทำโดยกองกำลังอนุรักษ์นิยมเป็นศูนย์

ตัวอย่างของแรงอนุรักษ์นิยม ได้แก่ แรงของความโน้มถ่วงสากล แรงยืดหยุ่น แรงอันตรกิริยาของไฟฟ้าสถิตของวัตถุที่มีประจุ สนามที่มีการทำงานของแรงในการเคลื่อนจุดวัสดุไปตามวิถีปิดโดยพลการซึ่งมีค่าเท่ากับศูนย์เรียกว่าศักย์ไฟฟ้า

เพื่อกำหนดลักษณะของอัตราการทำงาน แนะนำแนวคิด พลัง. กำลังเท่ากับผลคูณสเกลาร์ของเวกเตอร์แรงและเวกเตอร์ความเร็วที่จุดของแรงนี้เคลื่อนที่

หน่วยกำลังวัตต์ (W): 1 W คือกำลังที่ 1 J ทำงานเสร็จใน 1 วินาที: \u003d 1W \u003d 1J / s