Conceptul de forță în fizică. Principalele tipuri de forțe mecanice Tipuri de forțe și caracteristicile acestora

Cuvântul „putere” este atât de atotcuprinzător încât a-i oferi un concept clar este o sarcină aproape imposibilă. Varietatea de la forța musculară la forța minții nu acoperă întreaga gamă de concepte investite în ea. Forța, considerată ca mărime fizică, are un sens și o definiție bine definite. Formula forței definește un model matematic: dependența forței de parametrii principali.

Istoria cercetării forței include definiția dependenței de parametri și dovada experimentală a dependenței.

Forța în fizică

Forța este o măsură a interacțiunii corpurilor. Acțiunea reciprocă a corpurilor unul asupra celuilalt descrie pe deplin procesele asociate cu o schimbare a vitezei sau deformarii corpurilor.

Ca mărime fizică, forța are o unitate de măsură (în sistemul SI - Newton) și un dispozitiv pentru măsurarea acesteia - un dinamometru. Principiul de funcționare al forțemetrului se bazează pe compararea forței care acționează asupra corpului cu forța elastică a arcului dinamometrului.

O forță de 1 newton este considerată forța sub care un corp cu masa de 1 kg își schimbă viteza cu 1 m într-o secundă.

Forța este definită ca:

• direcția de acțiune;
• punct de aplicare;
• modul, valoare absolută.

Descriind interacțiunea, asigurați-vă că indicați acești parametri.

Tipuri de interacțiuni naturale: gravitaționale, electromagnetice, puternice, slabe. Gravitația universală gravitațională cu varietatea sa - gravitația) există datorită influenței câmpurilor gravitaționale care înconjoară orice corp care are masă. Studiul câmpurilor gravitaționale nu a fost finalizat până acum. Nu este încă posibil să găsiți sursa câmpului.

Un număr mai mare de forțe apar din cauza interacțiunii electromagnetice a atomilor care alcătuiesc substanța.

forta de presiune

Când un corp interacționează cu Pământul, acesta exercită presiune asupra suprafeței. A cărei forță are forma: P = mg, este determinată de masa corpului (m). Accelerația de cădere liberă (g) are valori diferite la diferite latitudini ale Pământului.

Forța de presiune verticală este egală ca modul și opusă ca direcție forței elastice care ia naștere în suport. Formula forței se modifică în funcție de mișcarea corpului.

Modificarea greutății corporale

Acțiunea unui corp asupra unui suport datorită interacțiunii cu Pământul este adesea denumită greutatea corpului. Interesant este că cantitatea de greutate corporală depinde de accelerația mișcării în direcția verticală. În cazul în care direcția de accelerație este opusă accelerației căderii libere, se observă o creștere a greutății. Dacă accelerația corpului coincide cu direcția căderii libere, atunci greutatea corpului scade. De exemplu, în timp ce se află într-un lift ascendent, la începutul ascensiunii, o persoană simte o creștere în greutate pentru un timp. Nu este necesar să se afirme că masa sa se schimbă. În același timp, împărtășim conceptele de „greutate corporală” și „masa” acesteia.

Forță elastică

Când forma corpului se schimbă (deformarea acestuia), apare o forță care tinde să readucă corpul la forma sa inițială. Această forță a primit numele de „forță elastică”. Apare ca urmare a interacțiunii electrice a particulelor care alcătuiesc corpul.

Luați în considerare cea mai simplă deformare: tensiune și compresie. Tensiunea este însoțită de o creștere a dimensiunilor liniare ale corpurilor, compresia - de scăderea acestora. Valoarea care caracterizează aceste procese se numește alungirea corpului. Să o notăm cu „x”. Formula forței elastice este direct legată de alungire. Fiecare corp supus deformarii are propriii parametri geometrici si fizici. Dependența rezistenței elastice la deformare de proprietățile corpului și ale materialului din care este realizată este determinată de coeficientul de elasticitate, să-l numim rigiditate (k).

Modelul matematic al interacțiunii elastice este descris de legea lui Hooke.

Forța care rezultă din deformarea corpului este îndreptată împotriva direcției de deplasare a părților individuale ale corpului, este direct proporțională cu alungirea acestuia:

• F y = -kx (în notație vectorială).

Semnul „-” indică direcția opusă de deformare și forță.

În formă scalară, nu există semn negativ. Forța elastică, a cărei formulă este următoarea F y = kx, este utilizată numai pentru deformații elastice.

Interacțiunea unui câmp magnetic cu curentul

Este descris efectul unui câmp magnetic asupra unui curent continuu.În acest caz, forța cu care acționează câmpul magnetic asupra unui conductor cu curent plasat în el se numește forță Amperi.

Interacțiunea câmpului magnetic cu provoacă o manifestare de forță. Forța Amperi, a cărei formulă este F = IBlsinα, depinde de (B), lungimea părții active a conductorului (l), (I) în conductor și unghiul dintre direcția curentului și inducția magnetică. .

Datorită ultimei dependențe, se poate argumenta că vectorul câmpului magnetic se poate schimba atunci când conductorul este rotit sau direcția curentului se schimbă. Regula mâinii stângi vă permite să setați direcția de acțiune. Dacă mâna stângă este poziționată astfel încât vectorul de inducție magnetică să intre în palmă, patru degete sunt direcționate de-a lungul curentului din conductor, atunci degetul mare îndoit la 90 ° va arăta direcția câmpului magnetic.

Utilizarea acestui efect de către omenire a fost găsită, de exemplu, în motoarele electrice. Rotația rotorului este cauzată de un câmp magnetic creat de un electromagnet puternic. Formula de forță vă permite să judecați posibilitatea de a schimba puterea motorului. Odată cu creșterea intensității curentului sau a câmpului, cuplul crește, ceea ce duce la o creștere a puterii motorului.

Traiectorii particulelor

Interacțiunea unui câmp magnetic cu o sarcină este utilizată pe scară largă în spectrografele de masă în studiul particulelor elementare.

Acțiunea câmpului în acest caz provoacă apariția unei forțe numite forță Lorentz. Când o particulă încărcată care se mișcă cu o anumită viteză intră într-un câmp magnetic, a cărui formulă are forma F = vBqsinα face ca particula să se miște într-un cerc.

În acest model matematic, v este modulul de viteză al unei particule a cărei sarcină electrică este q, B este inducția magnetică a câmpului, α este unghiul dintre direcțiile vitezei și inducția magnetică.

Particula se mișcă într-un cerc (sau un arc de cerc), deoarece forța și viteza sunt direcționate la un unghi de 90 ° una față de cealaltă. O modificare a direcției vitezei liniare determină apariția unei accelerații.

Regula mâinii stângi, discutată mai sus, are loc și în studiul forței Lorentz: dacă mâna stângă este plasată în așa fel încât vectorul inducției magnetice să intre în palmă, patru degete întinse într-o linie sunt îndreptate de-a lungul viteza unei particule încărcate pozitiv, apoi îndoit cu 90 °, degetul mare va arăta direcția forței.

Probleme cu plasma

Interacțiunea dintre câmp magnetic și materie este utilizată în ciclotroni. Problemele asociate studiului de laborator al plasmei nu permit păstrarea acesteia în vase închise. High poate exista doar la temperaturi ridicate. Plasma poate fi păstrată într-un singur loc în spațiu prin intermediul câmpurilor magnetice, răsucirea gazului sub formă de inel. Cele controlate pot fi studiate și prin răsucirea plasmei de înaltă temperatură într-un filament folosind câmpuri magnetice.

Un exemplu de acțiune a unui câmp magnetic în condiții naturale asupra unui gaz ionizat este Aurora Borealis. Acest spectacol maiestuos este observat dincolo de Cercul Arctic la o altitudine de 100 km deasupra suprafeței pământului. Stralucirea misterioasa colorata a gazului a putut fi explicata abia in secolul al XX-lea. Câmpul magnetic al Pământului în apropierea polilor nu poate împiedica pătrunderea vântului solar în atmosferă. Radiația cea mai activă direcționată de-a lungul liniilor de inducție magnetică provoacă ionizarea atmosferei.

Fenomene asociate mișcării sarcinii

Din punct de vedere istoric, cantitatea principală care caracterizează fluxul de curent într-un conductor se numește puterea curentului. Interesant este că acest concept nu are nimic de-a face cu forța în fizică. Puterea curentului, a cărei formulă include sarcina care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a conductorului, are forma:

• I = q/t, unde t este timpul de curgere a sarcinii q.

De fapt, puterea curentului este cantitatea de încărcare. Unitatea sa de măsură este Amperi (A), spre deosebire de N.

Determinarea muncii unei forțe

Acțiunea forței asupra unei substanțe este însoțită de efectuarea muncii. Lucrul unei forțe este o mărime fizică egală numeric cu produsul dintre forța și deplasarea trecută sub acțiunea acesteia și cosinusul unghiului dintre direcțiile forței și deplasarea.

Lucrul dorit al forței, a cărei formulă este A = FScosα, include mărimea forței.

Acțiunea corpului este însoțită de o modificare a vitezei corpului sau de deformare, ceea ce indică modificări simultane ale energiei. Munca efectuată de o forță este direct legată de mărimea acesteia.

Fizica are patru tipuri de interacțiuni fundamentale. Două dintre ele - gravitaționale și electromagnetice au o rază infinită de acțiune și se manifestă atât în ​​macro- cât și în microcosmos. Încă două - puternice (nucleare) și slabe (responsabile pentru dezintegrarea radioactivă), datorită micșorării razei de acțiune, se manifestă numai în microcosmos, „ascunzându-se” în interiorul nucleului atomului și nu se manifestă în macrocosm. Toate interacțiunile mecanice sunt reduse la trei tipuri: forță gravitațională (gravitație), forță elastică și forță de frecare. Forțele elastice și de frecare sunt de natură electromagnetică: toate corpurile sunt compuse din atomi, care includ particule încărcate electric.

Interacțiunea gravitațională exprimă Legea gravitației:

G - constantă gravitațională, s-a introdus să se convină asupra unităților de măsură ale mărimilor din ambele părți ale formulei, în SI G = 6,67. 10 -11 N. m 2 / kg 2 = 6,67. 10 -11 m 3 / (kg. s 2), T 1 Și T 2 - mase de puncte materiale, r este distanța dintre ele. Legea sub forma (2.3.1) este aplicabilă și pentru calcularea forțelor gravitaționale dintre un punct material și un corp sferic, sau două corpuri sferice. În acest caz r – distanta fata de b.w. spre centrul mingii, respectiv, între centrele mingii. Forța gravitației este direcționată de-a lungul r. Masa care apare în legea gravitației universale se numește masa gravitațională sau gravitațională, spre deosebire de masa inerțială, care măsoară capacitatea unui corp de a rezista unei schimbări de stare sub influența altui corp. S-a stabilit experimental că aceste mase sunt egale între ele (R. Eötvös, 1894). Acest fapt experimental se numește principiul echivalenței și stă la baza teoriei generale a relativității a lui Einstein (teoria gravitației). Din principiul echivalenței, în special, rezultă că forța gravitațională a unui corp conferă tuturor celorlalte corpuri aceeași accelerație, indiferent de masele lor. De exemplu, toate corpurile sunt atrase de pământ, se numește forța gravitațională care acționează asupra lor gravitatie, îl definim folosind formula (2.3.1):
. Aici
- accelerarea gravitației, M 3 Și R 3 respectiv masa pământului și raza acestuia. Forma Pământului diferă de o sferă, în plus, densitatea materiei nu este aceeași în diferite locuri ale volumului său, dar influența acestor parametri este atât de nesemnificativă încât poate fi neglijată, astfel încât în ​​toate punctele de pe Pământul. suprafaţă g9,8 m/s 2 . Gravitatie pe suprafața pământului se exprimă prin formula:

(2.3.2)

Din ceea ce s-a luat în considerare, este clar că pe diferite planete forța gravitației și accelerația căderii libere care îi sunt transmise sunt diferite. De exemplu, forța gravitației pe Lună este de aproape 6 ori mai mică decât pe Pământ, iar pe măsură ce călătorul spațial se îndepărtează de suprafața Pământului, forța gravitației care acționează asupra lui scade.

Gravitația este motivul pentru care lipsa de sprijin (suspensie) provoacă căderea corpului. Forța care acționează din partea laterală a suportului (suspensia) se numește reacția suportului și este întotdeauna îndreptată perpendicular pe suprafața suportului pe corp, i.e. din suport. Este clar de ce o suprafață verticală nu poate servi drept suport. greutate corporala numită forța cu care corpul apasă pe un suport sau trage o suspensie care îl împiedică să cadă pe pământ. În conformitate cu a treia lege a lui Newton, greutatea și reacția suportului (forța de acțiune și forța de reacție) sunt egale între ele. Conceptul de imponderabilitate înseamnă absența acestor forțe, în special, de îndată ce sărim pentru a ne desprinde de sprijin, cădem într-o stare de imponderabilitate. Pe tot timpul mișcării, până când aterizăm din nou pe suport, forța gravitației nu încetează să acționeze, încetinind mișcarea în sus și accelerând mișcarea în jos, dar nu există greutate. Astronauții dintr-o navă spațială care se mișcă cu motoarele oprite sunt, de asemenea, într-o stare de imponderabilitate. Dar atunci când navele spațiale accelerează, ei se confruntă cu supraîncărcări atunci când greutatea depășește semnificativ forța gravitațională: reacția suportului nu trebuie doar să compenseze forța gravitațională care presează astronautul pe scaun, ci și să transmită o accelerație direcționată de la pământ. Cu toate acestea, nu numai astronauții se confruntă cu astfel de supraîncărcări.

Forța elastică apare într-un corp deformat elastic și contracarează forța externă. putere formativă. Deformări, adică o modificare a distantelor dintre punctele corpului ca urmare a unei influente externe se numeste elastica daca acestea dispar dupa inlaturarea influentei. De regulă, doar deformațiile mici sunt elastice. Un exemplu este deformarea elastică a unui arc comprimat sau întins. Fig. 7 a) prezintă un arc neformat, Fig. 7 b) același arc este întins de o forță externă prin suma X, ca urmare, a
.Mărimea forței elastice este exprimată prin legea lui Hooke:

F= - kx (2.3.3)

k – coeficientul de elasticitate (rigiditatea), o valoare constantă pentru un corp dat, în SI se măsoară în newtoni pe metru (N/m). Semnul minus indică direcțiile opuse ale forței elastice și deformației.

Forța de frecare împiedică mișcarea corpului. Distingeți frecarea uscată și frecarea lichidă.

Forța de frecare uscată apare între corpurile solide în contact unele cu altele de-a lungul unei anumite suprafețe și este cauzată de faptul că rugozitatea suprafeței unui corp, agățată de rugozitatea suprafeței unui alt corp, le împiedică să alunece unul față de celălalt. Orez. 8 ilustrează situația luată în considerare: corpul 1 se mișcă cu o viteză pe suprafaţa corpului 2. Experienţa arată că forţa de frecare de alunecare F tr proporţional cu reacţia de sprijin Nși este îndreptată în direcția opusă vitezei:

F tr =  N (2.3.4)

 - coeficient de frecare, mărime adimensională. Sensul lui depinde de suprafețele de frecare, calitatea prelucrării lor, contaminarea și este de obicei considerată aproximativ constantă pentru două corpuri specifice. De fapt, deoarece viteza tinde spre zero, există o oarecare creștere a forței de frecare până la valoare F 0 . Pe fig. Figura 9 prezintă un grafic al modulului forței de frecare de alunecare în funcție de viteză pentru mișcarea prezentată în Figura 8.

Pentru ca un corp aflat în repaus 1 să se miște, trebuie să i se aplice o forță, care depășește ușor F 0 . Dacă forța de forfecare externă F< F 0 , atunci corpul 1 va rămâne nemișcat. Aceasta înseamnă că forța externă nu este capabilă să depășească frecarea și este echilibrată de forța de frecare statică. F pok. Din legile lui Newton rezultă că forța de frecare statică este numeric egală și direcționată opus F . Din cele spuse, este clar că 0 F pok . F 0 . Pentru forța maximă de frecare statică, se folosește uneori coeficientul de frecare statică  0 in formula:

F 0 =  0 N (2.3.5)

Rețineți că formula (2.3.5) și  0 au sens numai în raport cu forța maximă de frecare statică.

Frecarea, lichidă sau vâscoasă, apare atunci când straturile de lichid sau gaz se mișcă unul față de celălalt. Apare atunci când un corp solid se mișcă într-un lichid sau gaz, precum și în prezența unui lubrifiant lichid (vâscos) între suprafețele de frecare ale corpurilor solide. O caracteristică a frecării lichide este absența frecării statice. Probabil a trebuit să observați că chiar și un copil poate muta fără dificultate un buștean greu în apă, în timp ce același buștean culcat pe uscat nu poate fi întotdeauna mutat nici măcar de un bărbat puternic. O altă trăsătură distinctivă a frecării vâscoase este creșterea forței de frecare odată cu creșterea vitezei, în plus, pentru viteze mici această dependență este liniară, iar la viteze mari devine pătratică. Întâmpinăm forța de frecare vâscoasă înotând și scufundându-ne în apă, precum și pe vremea vântului.

Rețineți că acțiunea asupra corpului mai multor forțe poate fi înlocuită cu una. Se numește rezultanta și este egală cu suma vectorială a tuturor forțelor care acționează asupra corpului:

(2.3.6)

Formula (2.3.6) este o expresie a principiului suprapunerii, i.e. principiul adunării independente. Același principiu permite ca o forță să fie reprezentată ca suma proiecțiilor sale, de exemplu:

Toate procesele din jurul nostru au loc ca urmare a acțiunii uneia sau alteia forțe fizice. Odată cu manifestarea sa, o persoană se întâlnește peste tot, începând cu faptul că trebuie să facă forță pentru a se ridica din pat dimineața și terminând cu mișcările obiectelor spațiale masive. Acest articol este dedicat întrebărilor despre ce este forța în fizică și ce tipuri de ea există.

Conceptul de putere

Întrebarea ce este forța în fizică, începem să o luăm în considerare cu definiția ei. Sub ea, se presupune o cantitate care poate modifica impulsul corpului în cauză. Expresia matematică pentru această definiție arată astfel:

Aici dp¯ este modificarea impulsului (altfel se numește impuls), dt este perioada de timp în care se modifică. Aceasta arată că F¯ (forța) este un vector, adică pentru a-l determina, trebuie să cunoașteți atât modulul (valoarea absolută), cât și direcția de aplicare a acestuia.

După cum știți, impulsul se măsoară în kg * m / s. Aceasta înseamnă că F¯ se calculează în kg*m/s 2 . Această unitate de măsură se numește newton (N) în SI. Deoarece unitatea m / s 2 este o măsură a accelerației liniare în mecanica clasică, atunci a doua lege a lui Isaac Newton decurge automat din definiția forței:

Într-o astfel de formulă, a¯ = dv¯/dt este accelerația.

Această formulă de forță în fizică arată că în mecanica newtoniană mărimea F¯ este caracterizată de accelerația pe care o poate conferi unui corp cu masa m.

Clasificarea tipurilor de forțe

Tema forței în fizică este destul de larg și, după o analiză detaliată, afectează conceptele fundamentale ale structurii materiei și procesele care au loc în Univers. În acest articol, nu vom lua în considerare conceptul de forță relativistă (procese care au loc la viteze apropiate de lumina) și de forță în mecanica cuantică, dar ne vom limita la descrierea sa pentru obiectele macroscopice, a căror mișcare este determinată de legile lui mecanica clasica.

Deci, pe baza observației de zi cu zi a proceselor din viața de zi cu zi și din natură, se pot distinge următoarele tipuri de forțe:

• gravitație (gravitație);
• impactul sprijinirii;
• frecare;
• tensiune;
• elasticitate;
• se intoarce.

Deschizând întrebarea ce forță este în fizică, vom lua în considerare fiecare dintre aceste tipuri mai detaliat.

gravitația universală a lui Newton

În fizică, acțiunea gravitației se manifestă prin atracția a două obiecte cu o masă finită. Forța gravitației este destul de slabă în comparație cu interacțiunile electrice sau nucleare. Se manifestă la scară cosmică (mișcarea planetelor, stelelor, galaxiilor).

În secolul al XVII-lea, Isaac Newton, studiind mișcarea planetelor în jurul Soarelui, a ajuns la formularea legii, care se numește gravitație universală. În fizică, formula forței gravitației este scrisă după cum urmează:

O determinare experimentală a valorii G a fost făcută abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea de Henry Cavendish, care a folosit o balanță de torsiune în experimentul său. Acest experiment a făcut posibilă determinarea masei planetei noastre.

În formula de mai sus, dacă unul dintre corpuri este Pământul nostru, atunci forța gravitațională pentru orice obiect situat lângă suprafața pământului va fi egală cu:

F \u003d G * M * m / R 2 \u003d m * g,

unde g \u003d G * M / R 2

Aici M este masa planetei, R este raza acesteia (distanța dintre corp și centrul Pământului este aproximativ egală cu raza acestuia din urmă). Ultima expresie este o reprezentare matematică a mărimii, care se numește în mod obișnuit greutatea corpului, adică:

Expresia arată că în fizică gravitația este echivalentă cu greutatea unui corp. Valoarea lui P se măsoară cunoscând forța de rezistență a suportului pe care se află corpul dat.

Sprijină reacția la suprafață

De ce oamenii, casele și alte obiecte nu cad în pământ? De ce nu cade o carte pusă pe masă? Acestea și alte fapte similare se explică prin existența forței de reacție a suportului, care este adesea notat cu litera N. Din denumire este deja clar că este o caracteristică a impactului asupra corpului suprafeței pe care se află. situat.

Pe baza faptului remarcat al echilibrului, putem scrie expresia:

(pentru poziția orizontală a corpului)

Adică, forța de sprijin este egală în valoare absolută cu greutatea corpului dacă acesta se află pe o suprafață orizontală și opusă acesteia în direcție. Dacă corpul este situat pe un plan înclinat, atunci calculul lui N este deja efectuat folosind funcția trigonometrică (sin (x) sau cos (x)), deoarece P este întotdeauna îndreptat către centrul Pământului (jos), iar N este direcționat perpendicular pe planul suprafeței (în sus).

Înțelegerea cauzei forței N depășește domeniul de aplicare al mecanicii clasice. Pe scurt, să spunem că este o consecință directă a așa-numitului principiu de excludere a lui Pauli. Potrivit lui, doi electroni nu pot fi în aceeași stare. Acest fapt duce la faptul că, dacă doi atomi sunt adunați împreună, atunci, în ciuda golului lor de 99%, învelișurile de electroni nu vor putea să se pătrundă unul în celălalt și între ele apare o repulsie puternică.

Forța de frecare

În fizică, acest tip de acțiune a forței nu este mai puțin frecventă decât cele discutate mai sus. Frecarea are loc ori de câte ori un obiect începe să se miște. În general, în fizică, forța de frecare este de obicei atribuită unuia dintre 3 tipuri:

• odihnă;
• alunecare;
• rulare.

Primele două tipuri sunt descrise prin următoarea expresie:

Aici μ este coeficientul de frecare, a cărui valoare depinde atât de tipul de forță (repaus sau frecare), cât și de materialele suprafețelor de frecare.

Frecarea de rulare, al cărei exemplu principal este o roată în mișcare, este calculată folosind formula:

Aici R este raza roții, f este un coeficient care diferă de μ nu numai ca valoare, ci și ca dimensiune (μ este adimensional, f este măsurat în unități de lungime).

Orice tip de forță de frecare este întotdeauna îndreptată împotriva mișcării, este direct proporțională cu forța N și nu depinde de aria de contact dintre suprafețe.

Motivul apariției frecării între două suprafețe este prezența microeterogeneităților pe acestea, ducând la „angajarea” lor ca niște cârlige mici. Această explicație simplă este o aproximare destul de bună a procesului real, care este mult mai complex, iar pentru o înțelegere profundă implică luarea în considerare a interacțiunilor la scară atomică.

Formulele de mai sus se referă la frecarea solidelor. În cazul substanțelor fluide (lichide și gaze), frecarea este și ea prezentă, doar că deja se dovedește a fi proporțională cu viteza obiectului (pătratul vitezei pentru mișcări rapide).

Forța de tensiune

Ce este forța în fizică atunci când se ia în considerare mișcarea mărfurilor folosind frânghii, frânghii și cabluri? Se numește forță de tensiune. Este de obicei notat cu litera T (vezi figura de mai sus).

Când luați în considerare problemele de fizică cu privire la forța tensiunii, atunci apare adesea în ele un mecanism atât de simplu ca un bloc. Vă permite să redirecționați forța de acționare T. Modelele speciale ale blocurilor oferă un câștig în forța aplicată pentru ridicarea sarcinii.

Fenomenul de elasticitate

Dacă deformațiile unui corp solid sunt mici (până la 1%), atunci după aplicarea unei forțe externe, acestea dispar complet. În timpul acestui proces, deformarea funcționează, creând așa-numita forță elastică. Pentru un arc, această valoare este descrisă de legea lui Hooke. Formula corespunzătoare arată astfel:

Aici x este deplasarea arcului din starea sa de echilibru (deformare absolută), k este coeficientul. Semnul minus din expresie arată că forța elastică este îndreptată împotriva oricărei deformații (tensionare și compresiune), adică urmărește restabilirea poziției de echilibru.

Motivul fizic al aparitiei fortelor elastice si de tensiune este acelasi, consta in aparitia atractiei sau respingerii intre atomii unei substante atunci cand distanta de echilibru dintre ei se modifica.

Toată lumea știe că atunci când se trage din orice armă de foc are loc așa-numitul recul. Se manifestă prin faptul că patul unui pistol lovește umărul trăgătorului, iar tancul sau pistolul se rostogolește înapoi atunci când proiectilul zboară din bot. Toate acestea sunt manifestări ale puterii de dăruire. Formula pentru aceasta este similară cu cea care a fost dată la începutul articolului la definirea conceptului de „forță”.

După cum ați putea ghici, motivul apariției forțelor de recul este manifestarea legii conservării impulsului sistemului. Deci, un glonț care zboară din botul unui pistol duce exact impulsul cu care patul îl lovește pe trăgător pe umăr, ca urmare, impulsul total rămâne constant (egal cu zero pentru un sistem relativ de odihnă).

Să dăm mai întâi definiții ale celor mai fundamentale forțe care stau la baza interacțiunii.

Gravitatie. Aceasta este o forță constantă care acționează asupra oricărui corp situat în apropierea suprafeței pământului. Modulul de greutate este egal cu greutatea corpului.

Din experiență s-a stabilit că, sub acțiunea gravitației, orice corp aflat în cădere liberă pe Pământ (de la o înălțime mică și în spațiu fără aer) are aceeași accelerație, numită accelerația căderii libere și, uneori, accelerația gravitației:

Sau . (4,7)

Aceste egalități permit, cunoscând masa corpului, să se determine greutatea acestuia (modulul forței gravitaționale care acționează asupra acestuia) sau, cunoscând greutatea corpului, să se determine masa acestuia. Greutatea unui corp sau forța gravitației, ca și valoarea lui, se modifică odată cu modificările latitudinii și altitudinii deasupra nivelului mării; masa este o cantitate constantă pentru un corp dat.

Forța de frecare. Așadar, vom numi pe scurt forța de frecare de alunecare care acționează (în absența lubrifiantului lichid) asupra unui corp care se deplasează de-a lungul suprafeței. Modulul său este definit de egalitatea:

Unde f- coeficientul de frecare, care va fi considerat constant; - forta normala de presare a suprafetelor de frecare. Mai detaliat, acțiunea forțelor de frecare este discutată în capitolul „Statică”.

Forța de atracție gravitațională. Aceasta este forța cu care două corpuri materiale sunt atrase unul de celălalt conform legii gravitației universale descoperită de Newton. Forța gravitațională depinde de distanță și pentru două puncte materiale cu mase m 1Și m2 situat la distanta r unul de altul se exprimă astfel:

unde este constanta gravitațională (în SI γ \u003d 6.673-10 -11 m 3 / kgf 2).

Forța de interacțiune a două sarcini punctiformeîn vid (forța Coulomb) este direct proporțională cu produsul sarcinilor și invers proporțional cu pătratul distanței dintre ele:

Unde k- coeficient de proporționalitate, în funcție de sistemul de unități,

(în SI k- 9,0 10 9 N * m 2 / Cl 2)

Forță elastică. Această forță depinde și de distanță. Valoarea acestuia poate fi determinată pe baza legii lui Hooke, conform căreia solicitarea (forța pe unitatea de suprafață) este proporțională cu deformarea. În special, pentru forța elastică a arcului se obține valoarea:

Unde l- extinderea (sau compresia) arcului; Cu- așa-numitul coeficient de rigiditate a arcului (în SI se măsoară în N/m).

Forța de frecare vâscoasă. O astfel de forță dependentă de viteză acționează asupra unui corp atunci când acesta se mișcă lent într-un mediu foarte vâscos (sau în prezența unui lubrifiant lichid) și poate fi exprimată prin ecuația:

Unde v- viteza corpului; m- coeficient de rezistenta.

Dependența de acest tip poate fi obținută pe baza legii frecării vâscoase descoperită de Newton.

Forța de rezistență aerodinamică (hidrodinamică). Această forță depinde și de viteză și acționează asupra unui corp care se mișcă într-un mediu precum aerul sau apa. De obicei, valoarea sa este exprimată prin egalitate:

R \u003d 0,5s x ρSV 2, (4.13)

Unde ρ - densitate medie; S- aria de proiecție a corpului pe un plan perpendicular pe direcția de mișcare (zona de la mijlocul navei); cu x - coeficient de rezistență adimensional, determinat de obicei experimental și în funcție de forma corpului și de modul în care este orientat în timpul mișcării; V este viteza corpului.

DEFINIȚIE

Forta este o mărime vectorială, care este o măsură a acțiunii altor corpuri sau câmpuri asupra unui corp dat, în urma căreia are loc o schimbare a stării acestui corp. În acest caz, o schimbare de stare este înțeleasă ca schimbare sau deformare.

Conceptul de forță se referă la două corpuri. Puteți specifica oricând corpul asupra căruia acționează forța și corpul din care acționează.

Forța se caracterizează prin:

• modul;
• direcţie;
• punct de aplicare.

Modulul și direcția forței nu depind de alegerea .

Unitatea de forță în sistemul SI este 1 Newton.

Nu există corpuri materiale în natură care să fie în afara influenței altor corpuri asupra lor și, în consecință, toate corpurile sunt sub influența forțelor externe sau interne.

Mai multe forțe pot acționa asupra unui corp în același timp. În acest caz, principiul independenței acțiunii este valabil: acțiunea fiecărei forțe nu depinde de prezența sau absența altor forțe; acţiunea combinată a mai multor forţe este egală cu suma acţiunilor independente ale forţelor individuale.

forță rezultantă

În acest caz, conceptul de forță rezultantă este folosit pentru a descrie mișcarea unui corp.

DEFINIȚIE

forță rezultantă este o forță a cărei acțiune înlocuiește acțiunea tuturor forțelor aplicate corpului. Sau, cu alte cuvinte, rezultanta tuturor forțelor aplicate corpului este egală cu suma vectorială a acestor forțe (Fig. 1).

Fig.1. Definiţia resultant forces

Deoarece mișcarea corpului este întotdeauna considerată într-un sistem de coordonate, este convenabil să luăm în considerare nu forța în sine, ci proiecțiile sale pe axele de coordonate (Fig. 2, a). În funcție de direcția forței, proiecțiile acesteia pot fi fie pozitive (Fig. 2b) fie negative (Fig. 2c).

Fig.2. Proiecții de forță pe axe de coordonate: a) pe un plan; b) pe linie dreaptă (proiecția este pozitivă);
c) pe o linie dreaptă (proiecția este negativă)

Fig.3. Exemple care ilustrează adunarea vectorială a forțelor

Vedem adesea exemple care ilustrează adunarea vectorială a forțelor: lampa atârnă pe două cabluri (Fig. 3, a) - în acest caz, echilibrul se realizează datorită faptului că rezultanta forțelor de întindere este compensată de greutatea de lampa; bara alunecă în jos pe un plan înclinat (Fig. 3, b) - mișcarea are loc datorită forțelor rezultante de frecare, gravitație și reacție de sprijin. Replichi celebre din fabula lui I.A. Krylov „și lucrurile sunt încă acolo!” - de asemenea o ilustrare a egalității la zero a rezultantei a trei forțe (Fig. 3, c).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1