В природата съществуват четири вида сили. Сили в природата. Сила на реакция на земята

За да разберете дали си струва да продължите да пишете кратки етюди, които буквално обясняват различни физични явленияи процеси. Резултатът разсея съмненията ми. Ще продължа. Но за да се доближите до доста сложни явления, ще трябва да направите отделни последователни серии от публикации. И така, за да стигнете до историята за структурата и еволюцията на Слънцето и другите видове звезди, ще трябва да започнете с описание на видовете взаимодействие между елементарните частици. Да започнем с това. Без формули.
Общо във физиката са известни четири типа взаимодействие. Всички са добре познати гравитационенИ електромагнитни. И почти непознат за широката публика силенИ слаб. Нека ги опишем последователно.
Гравитационно взаимодействие . Хората го познават от древни времена. Защото е постоянно в гравитационното поле на Земята. И от училищна физиказнаем, че силата на гравитационното взаимодействие между телата е пропорционална на произведението на техните маси и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Под въздействието на гравитационната сила Луната се върти около Земята, Земята и другите планети се въртят около Слънцето, а последното заедно с други звезди се върти около центъра на нашата Галактика.
Доста бавното намаляване на силата на гравитационното взаимодействие с разстоянието (обратно пропорционално на квадрата на разстоянието) принуждава физиците да говорят за това взаимодействие като дълъг обхват. В допълнение, силите на гравитационното взаимодействие, действащи между телата, са само сили на привличане.
Електромагнитно взаимодействие . В най-простия случай на електростатично взаимодействие, както знаем от училищната физика, силата на привличане или отблъскване между електрически заредените частици е пропорционална на произведението на техните електрически зарядии е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Което е много подобно на закона за гравитационното взаимодействие. Единствената разлика е, че електрическите заряди с еднакви знаци се отблъскват, а тези с различни знаци се привличат. Следователно електромагнитното взаимодействие, подобно на гравитационното взаимодействие, се нарича от физиците дълъг обхват.
В същото време електромагнитното взаимодействие е по-сложно от гравитационното взаимодействие. От училищната физика знаем, че електрическото поле се създава от електрически заряди, магнитни зарядине съществува в природата, а магнитното поле се създава от електрически токове.
Всъщност електрическото поле може да се създаде и чрез промяна във времето магнитно поле, а магнитното поле се променя с времето електрическо поле. Последното обстоятелство прави възможно електромагнитното поле да съществува изобщо без електрически заряди и токове. И тази възможност се реализира във формата електромагнитни вълни. Например радиовълни и светлинни кванти.
Тъй като електрическите и гравитационните сили са еднакво зависими от разстоянието, естествено е да се опитаме да сравним техните интензитети. Така за два протона силите на гравитационно привличане се оказват 10 на 36-та степен пъти (милиард милиард милиард милиарди пъти) по-слаби от силите на електростатично отблъскване. Следователно във физиката на микросвета гравитационното взаимодействие може съвсем резонно да бъде пренебрегнато.
Силно взаимодействие . Това - къс обхватсила. В смисъл, че действат на разстояния само около един фемтометър (една трилионна от милиметъра), а на големи разстояния влиянието им практически не се усеща. Освен това на разстояния от порядъка на един фемтометър силното взаимодействие е около сто пъти по-интензивно от електромагнитното.
Ето защо еднакво електрически заредените протони в атомното ядро не се отблъскват един от друг чрез електростатични сили, а се държат заедно чрез силни взаимодействия. Тъй като размерите на протона и неутрона са около един фемтометър.
Слабо взаимодействие . Наистина е много слаб. Първо, той работи на разстояния хиляда пъти по-малки от един фемтометър. И на големи разстояния практически не се усеща. Следователно, подобно на силния, той принадлежи към класа къс обхват. Второ, неговата интензивност е приблизително сто милиарда пъти по-малка от интензивността на електромагнитното взаимодействие. Слабата сила е отговорна за някои разпади елементарни частици. Включително свободни неутрони.
Има само един вид частици, които взаимодействат с материята само чрез слабо взаимодействие. Това е неутрино. Почти сто милиарда слънчеви неутрино преминават през всеки квадратен сантиметър от нашата кожа всяка секунда. И ние изобщо не ги забелязваме. В смисъл, че по време на живота ни е малко вероятно няколко неутрино да взаимодействат с материята на тялото ни.
Няма да говорим за теории, които описват всички тези видове взаимодействия. Защото за нас е важна качествената картина на света, а не насладата на теоретиците.

Което характеризира мярката, с която други тела или полета действат върху тялото, се нарича сила. Според втория ускорението, което едно тяло получава, е правопропорционално на силата, действаща върху него. Съответно, за да се промени скоростта на тялото, е необходимо да се упражни сила върху него. Следователно е вярно, че силите в природата служат като източник на всяко движение.

Инерциални референтни системи

Силите в природата са векторни величини, тоест имат величина и посока. Две сили могат да се считат за еднакви само ако техните величини са равни и посоките им съвпадат.

Ако върху тялото не действат сили, а също и в случай, че геометричната сума на силите, действащи върху дадено тяло (тази сума често се нарича резултантна на всички сили) е равна на нула, тогава тялото или остава в покой, или продължава да се движи в същата посока с постоянна скорост(тоест се движи по инерция). Този израз е валиден за инерциални отправни системи. Съществуването на такива системи се постулира от първия закон на Нютон. В природата няма такива системи, но те са удобни.Въпреки това, често при решаване на практически задачи референтната система, свързана със Земята, може да се счита за инерционна.

Земята е инерционна и не инерционна системасправка

По-специално, когато строителни дейности, при изчисляване на движението на автомобили и плуващ транспорт предположението, че Земята е инерционна референтна система, е напълно достатъчно, за да опише действащите сили с точността, необходима за практическо решаване на проблемите.

Има и проблеми в природата, които не позволяват подобно предположение. По-специално това се отнася за космическите проекти. Когато една ракета се изстреля право нагоре, поради въртенето на Земята, тя извършва видимо движение не само по вертикала, но и в хоризонтална посока срещу въртенето на Земята. Това движение разкрива неинерционността на референтната система, свързана с нашата планета.

Физически върху ракетата не действат сили, които да я отклоняват. Независимо от това, за да се опише движението на ракета, е удобно да се използва Тези сили не съществуват физически, но предположението за тяхното съществуване ни позволява да си представим неинерционна система като инерционна. С други думи, когато се изчислява траекторията на ракета, се приема, че земната референтна система е инерционна, но в същото време върху ракетата действа определена сила в хоризонтална посока. Тази сила се нарича сила на Кориолис. В природата ефектът му става забележим, когато говорим за тела, движещи се на определена височина спрямо нашата планета за доста дълго време или с висока скорост. По този начин той се взема предвид не само при описание на движението на ракети и сателити, но и при изчисляване на движението на артилерийски снаряди, самолети и др.

Същност на взаимодействията

Всички сили в природата по естеството на произхода си принадлежат към четирите основни: гравитационни, слаби и силни). В макрокосмоса се забелязва само влиянието на гравитацията и електромагнитните сили. Слабите и силните взаимодействия влияят на протичащите вътре процеси атомни ядраи субатомни частици.

Най-честият пример за гравитационно взаимодействие е силата, с която Земята действа върху телата около нея.

Електромагнитните сили, в допълнение към очевидните примери, включват всички еластични взаимодействия, свързани с налягането, които телата упражняват едно върху друго. Съответно такава природна сила като тегло (силата, с която тялото действа върху окачване или опора) е от електромагнитно естество.

Общинска образователна институция Дмитриевская гимназия

Урок по физика в 11 клас на тема: "Сили в природата"

Колупаев Владимир Григориевич

Учител по физика

2015

целУрокът е да разшири програмния материал по темата: „Сили в природата“ и да подобри практическите умения и способности за решаване на задачи от Единния държавен изпит.

Цели на урока:

консолидиране на изучения материал,

да формират у учениците идеи за силите като цяло и за всяка сила поотделно,

компетентно прилагане на формули и правилно конструиране на чертежи при решаване на проблеми.

Урокът е придружен с мултимедийна презентация.

аз На силасе нарича векторна величина, която е причина за всяко движение като следствие от взаимодействията на телата. Взаимодействията могат да бъдат контактни, причиняващи деформации, или безконтактни. Деформацията е промяна във формата на тялото или отделните му части в резултат на взаимодействие.

В Международната система от единици (SI) единицата за сила се нарича нютон(H). 1 Н равно на сила, придавайки на еталонно тяло с тегло 1 kg ускорение от 1 m/s 2 по посока на силата. Уред за измерване на сила е динамометър.

Ефектът на силата върху тялото зависи от:

Големината на приложената сила;

Точки за прилагане на сила;

Посоки на действие на силата.

По своята същност силите са гравитационни, електромагнитни, слаби и силни взаимодействия на ниво поле. ДА СЕ гравитационни силивключват гравитация, телесно тегло, гравитационна сила. ДА СЕ електромагнитни силивключва еластична сила и сила на триене. Взаимодействията на ниво поле включват сили като: сила на Кулон, сила на Ампер, сила на Лоренц.

Нека да разгледаме предложените сили.

Силата на гравитацията.

Силата на гравитацията се определя от закона за всемирното притегляне и възниква въз основа на гравитационните взаимодействия на телата, тъй като всяко тяло с маса има гравитационно поле. Две тела си взаимодействат с еднакви по големина и противоположно насочени сили, правопропорционални на произведението на масите и обратно пропорционална на квадратаразстояния между техните центрове.

G = 6,67. 10 -11 - гравитационна константа, дефинирана от Кавендиш.

Фиг. 1

Едно от проявленията на силата на всемирното притегляне е силата на гравитацията и ускорението свободно паданеможе да се определи по формулата:

Където: M е масата на Земята, Rz е радиусът на Земята.

Земно притегляне.

Силата, с която Земята привлича всички тела към себе си, се нарича гравитация. Означава се с нишка F, приложена към центъра на тежестта, насочена радиално към центъра на Земята, определена по формулата F нишка = mg.

Където: m – телесно тегло; g – гравитационно ускорение (g=9.8m/s2).

Телесно тегло.

Силата, с която тялото действа върху хоризонтална опора или вертикално окачване, поради гравитацията, се нарича тегло. Обозначен - P, прикрепен към опора или окачване под центъра на тежестта, насочен надолу.

Фиг.2

Ако тялото е в покой, тогава може да се твърди, че теглото е равно на силата на гравитацията и се определя по формулата P = mg.

Ако едно тяло се движи нагоре с ускорение, тогава тялото изпитва претоварване. Теглото се определя по формулата P = m(g + a).

Фиг.3

Теглото на тялото е приблизително два пъти по-голямо от модула на гравитацията (двойно претоварване).

Ако едно тяло се движи с ускорение надолу, тогава тялото може да изпита безтегловност в първите секунди на движение. Теглото се определя по формулата P = m(g - a).

Ориз. 4

Сила на триене.

Силата, която възниква, когато едно тяло се движи по повърхността на друго, насочена в посока, обратна на движението, се нарича сила на триене.

Фиг.5

Точката на приложение на силата на триене под центъра на тежестта, в посока, обратна на движението по контактните повърхности. Силата на триене се разделя на сила на статично триене, сила на триене при търкаляне и сила на триене при плъзгане. Статичното триене е сила, която пречи на движението на едно тяло върху повърхността на друго. При ходене силата на статично триене, действаща върху подметката, придава ускорение на човека. Когато връзките между атомите се плъзгат, първоначално неподвижни тела, счупване, триенето намалява. Силата на триене при плъзгане зависи от относителната скорост на движение на контактуващите тела. Триенето при търкаляне е многократно по-малко от триенето при плъзгане.

Фиг.6

Силата на триене се определя по формулата:

F = µN

Където: µ е коефициентът на триене, безразмерна величина, която зависи от естеството на повърхностната обработка и от комбинацията от материали на контактуващите тела (силата на привличане на отделните атоми различни веществазависят значително от техните електрически свойства);

N – опорна реакционна сила е еластичната сила, която възниква в повърхността под въздействието на телесното тегло.

За хоризонтална повърхност: F tr = µmg

При шофиране твърдо тялоВ течност или газ възниква сила на вискозно триене. Силата на вискозното триене е значително по-малка от силата на сухото триене. Тя също е насочена в посока, обратна на относителната скорост на тялото. При вискозно триене няма статично триене. Силата на вискозното триене силно зависи от скоростта на тялото.

Еластична сила.

Когато тялото се деформира, възниква сила, която се стреми да възстанови предишния размер и форма на тялото. Нарича се еластична сила.

Най-простият вид деформация е деформация на опън или натиск.

Ориз. 7

При малки деформации (|x|<< l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации: F упр =kх

Тази зависимост изразява експериментално установения закон на Хук: еластичната сила е правопропорционална на изменението на дължината на тялото.

Където: k е коефициентът на коравина на тялото, измерен в нютони на метър (N/m). Коефициентът на твърдост зависи от формата и размера на тялото, както и от материала.

Във физиката законът на Хук за деформация на опън или натиск обикновено се записва в друга форма:

Където: – относителна деформация; E е модулът на Юнг, който зависи само от свойствата на материала и не зависи от размера и формата на тялото. За различните материали модулът на Йънг варира значително. За стомана, например, E2·10 11 N/m 2 , а за каучук E2·10 6 N/m 2 ; – механично напрежение.

По време на деформация на огъване F контрол = - mg и F контрол = - Kx.

Фиг.8

Следователно можем да намерим коефициента на твърдост:

k =

Спиралните пружини често се използват в технологията. При разтягане или свиване на пружините възникват еластични сили, които също се подчиняват на закона на Хук и възникват деформации при усукване и огъване.

Ориз. 9

4. Резултатна сила.

Резултантната сила е сила, която замества действията на няколко сили. Тази сила се използва за решаване на проблеми, включващи множество сили.

Фиг.10

Върху тялото действат гравитацията и силата на реакция на земята. Резултантната сила в този случай се намира съгласно правилото на успоредника и се определя по формулата

Въз основа на дефиницията на резултантната, можем да тълкуваме втория закон на Нютон като: резултантната сила е равна на произведението от ускорението на тялото и неговата маса.

R = ма

Резултатът от две сили, действащи по една права линия в една посока, е равен на сумата от модулите на тези сили и е насочен в посоката на действие на тези сили. Ако силите действат по една права линия, но в различни посоки, тогава резултантната сила е равна на разликата в модулите на действащите сили и е насочена по посока на по-голямата сила.

Силата на Архимед.

Силата на Архимед е плаваща сила, която възниква в течност или газ и действа противоположно на силата на гравитацията.

Закон на Архимед: тяло, потопено в течност или газ, изпитва плаваща сила, равна на теглото на изместената течност

F A = mg =Vg

Където: – плътност на течност или газ; V е обемът на потопената част от тялото; g – ускорение на свободно падане.

Фиг.11

Центробежна сила.

Центробежната сила възниква при движение в кръг и е насочена радиално от центъра.

Където: v – линейна скорост; r е радиусът на окръжността.

Фиг.12

Кулонова сила.

В Нютоновата механика се използва понятието гравитационна маса, подобно на това в електродинамиката основното понятие е електрическият заряд.Електрическият заряд е физическа величина, която характеризира свойството на частиците или телата да влизат в електромагнитни силови взаимодействия. Зарядите взаимодействат със силата на Кулон.

Където: q 1 и q 2 – взаимодействащи заряди, измерени в C (кулони);

r – разстояние между зарядите; k – коефициент на пропорционалност.

k=9 . 10 9 (N . m 2)/Cl 2

Често се записва във формата: , където електрическата константа е равна на 8,85 . 10 12 Cl 2 /(N . m 2).

Фиг.13

Силите на взаимодействие се подчиняват на третия закон на Нютон: F 1 = - F 2. Те са сили на отблъскване с еднакви знаци на зарядите и сили на привличане с различни знаци.

Ако заредено тяло взаимодейства едновременно с няколко заредени тела, тогава резултантната сила, действаща върху дадено тяло, е равна на векторната сума на силите, действащи върху това тяло от всички други заредени тела.

Фиг.14

Амперна мощност.

Върху проводник с ток в магнитно поле действа сила на Ампер.

F A = IBlsin

Където: I – сила на тока в проводника; B – магнитна индукция; l е дължината на проводника; – ъгълът между посоката на проводника и посоката на вектора на магнитната индукция.

Посоката на тази сила може да се определи по правилото на лявата ръка.

Ако лявата ръка трябва да бъде разположена така, че линиите на магнитна индукция да влизат в дланта, протегнатите четири пръста са насочени по протежение на действието на текущата сила, тогава огънатият палец показва посоката на силата на Ампер.

Ориз. 15

Сила на Лоренц.

Силата, с която електромагнитното поле действа върху всяко заредено тяло, намиращо се в него, се нарича сила на Лоренц.

F = qvBsin

Ориз. 16

Където: q – стойност на таксата; v е скоростта на движение на заредена частица; B – магнитна индукция; – ъгълът между векторите на скоростта и магнитната индукция.

Посоката на силата на Лоренц може да се определи по правилото на лявата ръка.

В края на урока учениците имат възможност да попълнят таблица.

Преглед на фрагмент (интерактивни модели във физиката)

II. Решаване на задачи за единен държавен изпит

1. Две планети с еднакви маси се въртят по кръгови орбити около звезда. За първия от тях силата на привличане към звездата е 4 пъти по-голяма, отколкото за втория. Какво е отношението на орбиталните радиуси на първата и втората планета?

1)
2)
3)
4)

Решение.
Според закона за всемирното привличане силата на привличане на планета към звезда е обратно пропорционална на квадрата на орбиталния радиус. По този начин, поради равенството на масите на планетите (), съотношението на силите на привличане към звездата на първата и втората планета е обратно пропорционално на съотношението на квадратите на орбиталните радиуси:

Според условието силата на привличане на първата планета към звездата е 4 пъти по-голяма от тази на втората: което означава

2. По време на изпълнението гимнастичката се отблъсква от трамплина (етап 1), прави салто във въздуха (етап 2) и се приземява на крака (етап 3). На какъв етап(и) на движение гимнастичката може да изпита състояние на почти безтегловност?

1) само на етап 2
2) само на етапи 1 и 2
3) на етапи 1, 2 и 3
4) на нито един от горните етапи

Решение.
Теглото е силата, с която тялото притиска опора или разтяга окачване. Състоянието на безтегловност е, че тялото няма тежест, докато силата на гравитацията не изчезва никъде. Когато гимнастичката се отблъсне от трамплина, тя оказва натиск върху него. Когато една гимнастичка се приземи на краката си, тя се притиска към земята. Трамплинът и земята действат като опора, така че по време на етапи 1 и 3 той не е в състояние, близко до безтегловност. Напротив, по време на полет (етап 2) гимнастичката просто няма опора, ако се пренебрегне съпротивлението на въздуха. Тъй като няма опора, тогава няма тежест, което означава, че гимнастичката наистина изпитва състояние, близко до безтегловност.

3. Тялото е окачено на две нишки и е в равновесие. Ъгълът между нишките е равен на , а силите на опън на нишките са равни на 3 N и 4 H. Каква е силата на тежестта, действаща върху тялото?

1) 1 H
2) 5 H
3) 7 H
4) 25 H

Решение.
Общо три сили действат върху тялото: гравитацията и силата на опън на две нишки. Тъй като тялото е в равновесие, резултатът от всичките три сили трябва да бъде равен на нула, което означава, че модулът на гравитацията е равен на

Верен отговор: 2.

4. Фигурата показва три вектора на сили, лежащи в една и съща равнина и приложени към една точка.

1) 0 H
2) 5 H
3) 10H
4) 12H

Решение.
От фигурата се вижда, че резултантната на силите съвпада с вектора на силата.Следователно модулът на резултантната и на трите сили е равен

Използвайки мащаба на фигурата, намираме крайния отговор

Верен отговор: 3.

5. Как се движи една материална точка, когато сумата от всички сили, действащи върху нея, е равна на нула? Кое твърдение е вярно?

1) скоростта на материална точка е задължително нула
2) скоростта на материална точка намалява с времето
3) скоростта на материалната точка е постоянна и не е задължително да е равна на нула
4) скоростта на материална точка може да бъде всяка, но трябва да бъде постоянна във времето

Решение.
Съгласно втория закон на Нютон в инерционна отправна система ускорението на тялото е пропорционално на резултантната на всички сили. Тъй като според условието сумата от всички сили, действащи върху тялото, е равна на нула, ускорението на тялото също е равно на нула, което означава, че скоростта на тялото може да бъде всякаква, но трябва да е постоянна във времето .
Верен отговор: 4.

6. Върху блок с маса 5 kg, който се движи по хоризонтална повърхност, действа сила на триене при плъзгане 20 N. На какво ще бъде равна силата на триене при плъзгане след намаляване на масата на тялото 2 пъти, ако коефициентът на триене прави не се променя?

1) 5 N
2) 10 N
3) 20 N
4) 40 N

Решение.
Силата на триене при плъзгане е свързана с коефициента на триене и силата на реакция на опората чрез съотношението . За блок, движещ се по хоризонтална повърхност, съгласно втория закон на Нютон, .

По този начин силата на триене при плъзгане е пропорционална на произведението на коефициента на триене и масата на блока. Ако коефициентът на триене не се промени, тогава след намаляване на телесното тегло 2 пъти силата на триене при плъзгане също ще намалее 2 пъти и ще бъде равна

Верен отговор: 2.

III. Обобщаване, оценка.

IV. D/z:

Фигурата показва три вектора на сили, лежащи в една и съща равнина и приложени към една точка.

Мащабът на фигурата е такъв, че страната на един квадрат на мрежата съответства на модул на сила от 1 H. Определете модула на вектора на резултантната от трите вектора на силата.

Графиката показва зависимостта на гравитацията от масата на тялото за определена планета.

Какво е ускорението, дължащо се на гравитацията на тази планета?

Интернет ресурс: 1.

Литература:

М.Ю.Демидова, И.И.Нурмински „Единен държавен изпит 2009 г.”

В. А. Касянов „Физика. ниво на профил"

В природата има много различни видове сили: гравитация, гравитация, Лоренц, Ампер, взаимодействие на неподвижни заряди и т.н., но всички те в крайна сметка се свеждат до малък брой фундаментални (основни) взаимодействия. Съвременната физика вярва, че в природата има само четири вида сили или четири вида взаимодействия:

1) гравитационно взаимодействие (осъществява се чрез гравитационни полета);

2) електромагнитно взаимодействие (осъществява се чрез електромагнитни полета);

3) ядрена (или силна) (осигурява връзка между частиците в ядрото);

4) слаб (отговорен за процесите на разпадане на елементарни частици).

В рамките на класическата механика те се занимават с гравитационни и електромагнитни сили, както и с еластични сили и сили на триене.

Гравитационни сили(гравитационни сили) са силите на привличане, които се подчиняват на закона за всемирното привличане. Всякакви две тела се привличат едно към друго със сила, чийто модул е право пропорционален на произведението на техните маси и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието между тях:

където =6,67×10 –11 N×m 2 /kg 2 – гравитационна константа.

Земно притегляне- силата, с която едно тяло се привлича от Земята. Под въздействието на силата на гравитацията към Земята всички тела падат с еднакво ускорение спрямо земната повърхност, наречено ускорение на гравитацията. Според втория закон на Нютон върху всяко тяло действа сила , наречено гравитация. Прилага се към центъра на тежестта.

Тегло–стиня, с която тялото, привлечено от Земята, действа върху окачването или опората . За разлика от гравитацията, която е гравитационна сила, приложена към тяло, теглото е еластична сила, приложена към опора или окачване. Гравитацията е равна на теглото само когато опората или окачването е неподвижно спрямо Земята. Модулът на теглото може да бъде по-голям или по-малък от силата на гравитацията. В случай на ускорено движение на опора (например асансьор, носещ товар), уравнението на движение (като се има предвид, че силата на реакция на опората е равна по големина на теглото, но има обратен знак ): Þ . Ако движението е нагоре , надолу: .

Когато едно тяло е в свободно падане, теглото му е нула, т.е. то е в състояние безтегловност.

Еластични силивъзникват в резултат на взаимодействието на телата, придружено от тяхната деформация. Еластичната (квазиеластична) сила е пропорционална на изместването на частицата от равновесното положение и е насочена към равновесното положение:

Сили на триеневъзникват поради съществуването на сили на взаимодействие между молекулите и атомите на контактуващите тела. Силите на шипове: а) възникват при контакт на две движещи се тела; б) действат успоредно на контактната повърхност; г) насочени срещу движението на тялото.

Триенето между повърхностите на твърдите тела при липса на слой или смазка се нарича суха. Нарича се триене между твърдо тяло и течна или газообразна среда, както и между слоеве от такава среда вискозенили течност.Има три вида сухо триене: статично триене, плъзгащо триене и триене при търкаляне.

Статична сила на триенее силата, действаща между контактни тела, които са в покой. Тя е равна по големина и противоположно насочена на силата, принуждаваща тялото да се движи: ; , където m е коефициентът на триене.

Силата на триене при плъзгане възниква, когато едно тяло се плъзга по повърхността на друго: и е насочена тангенциално към триещите се повърхности в посока, обратна на движението на дадено тяло спрямо друго. Коефициентът на триене при плъзгане зависи от материала на телата, състоянието на повърхностите и относителната скорост на движение на телата.

Когато едно тяло се търкаля по повърхността на друго, сила на триене при търкаляне, което не позволява на тялото да се търкаля. Силата на триене при търкаляне за същите материали на контактуващите тела винаги е по-малка от силата на триене при плъзгане. Това се използва на практика чрез замяна на плъзгащи лагери със сачмени или ролкови лагери.

Еластичните сили и силите на триене се определят от естеството на взаимодействието между молекулите на вещество с електромагнитен произход, следователно те са с електромагнитен произход по своята природа. Гравитационните и електромагнитните сили са основни - те не могат да бъдат сведени до други, по-прости сили. Еластичните сили и силите на триене не са основни. Фундаменталните взаимодействия се характеризират с простота и точност на законите.

Раздели: Физика

целУрокът е да разшири програмния материал по темата: „Сили в природата“ и да подобри практическите умения и способностите за решаване на проблеми.

Цели на урока:

консолидиране на изучения материал,
да формират у учениците идеи за силите като цяло и за всяка сила поотделно,
компетентно прилагане на формули и правилно конструиране на чертежи при решаване на проблеми.

Урокът е придружен с мултимедийна презентация.

На силасе нарича векторна величина, която е причина за всяко движение като следствие от взаимодействията на телата. Взаимодействията могат да бъдат контактни, причиняващи деформации, или безконтактни. Деформацията е промяна във формата на тялото или отделните му части в резултат на взаимодействие.

В Международната система от единици (SI) единицата за сила се нарича нютон (H). 1 N е равна на силата, която придава ускорение от 1 m/s 2 на еталонно тяло с тегло 1 kg по посока на силата. Уред за измерване на сила е динамометър.

Ефектът на силата върху тялото зависи от:

Големината на приложената сила;
Точки за прилагане на сила;
Посоки на действие на силата.

По своята същност силите са гравитационни, електромагнитни, слаби и силни взаимодействия на ниво поле. Гравитационните сили включват гравитация, телесно тегло и гравитация. Електромагнитните сили включват сила на еластичност и сила на триене. Взаимодействията на ниво поле включват сили като: сила на Кулон, сила на Ампер, сила на Лоренц.

Нека да разгледаме предложените сили.

Силата на гравитацията.

Силата на гравитацията се определя от закона за всемирното притегляне и възниква въз основа на гравитационните взаимодействия на телата, тъй като всяко тяло с маса има гравитационно поле. Две тела си взаимодействат със сили, равни по големина и противоположно насочени, правопропорционални на произведението на масите и обратно пропорционални на квадрата на разстоянието между техните центрове.

G = 6,67. 10 -11 - гравитационна константа, дефинирана от Кавендиш.

Едно от проявленията на силата на всемирната гравитация е силата на гравитацията, а ускорението на свободното падане може да се определи по формулата:

Където: M е масата на Земята, Rz е радиусът на Земята.

Задача: Определете силата, с която два кораба с тегло 10 7 kg всеки, разположени на разстояние 500 m един от друг, се привличат един към друг.

От какво зависи силата на гравитацията?
Как можем да запишем формулата за гравитационната сила, действаща на височина h от повърхността на Земята?
Как се измерва гравитационната константа?

Земно притегляне.

Където: m – телесно тегло; g – гравитационно ускорение (g=9.8m/s2).

Проблем: силата на гравитацията върху земната повърхност е 10N. На какво ще бъде равно на височина, равна на радиуса на Земята (6,10 6 m)?

В какви единици се измерва коефициентът g?
Известно е, че земята не е кълбо. Той е сплескан в полюсите. Ще бъде ли еднаква силата на тежестта на едно и също тяло на полюса и екватора?
Как да определим центъра на тежестта на тяло с правилна и неправилна геометрична форма?

Телесно тегло.

Теглото на тялото е приблизително два пъти по-голямо от модула на гравитацията (двойно претоварване).

Задача: асансьор с маса 80 кг се движи:

равномерно;

се издига с ускорение 4,9 m/s 2 нагоре;
слиза със същото ускорение.
определяне на теглото на асансьора и в трите случая.

Как теглото се различава от гравитацията?
Как да намерите точката на приложение на тежестта?
Какво е претоварване и безтегловност?

Сила на триене.

Точката на приложение на силата на триене под центъра на тежестта, в посока, обратна на движението по контактните повърхности. Силата на триене се разделя на сила на статично триене, сила на триене при търкаляне и сила на триене при плъзгане. Статичното триене е сила, която пречи на движението на едно тяло върху повърхността на друго. При ходене силата на статично триене, действаща върху подметката, придава ускорение на човека. При плъзгане връзките между атомите на първоначално неподвижни тела се разкъсват и триенето намалява. Силата на триене при плъзгане зависи от относителната скорост на движение на контактуващите тела. Триенето при търкаляне е многократно по-малко от триенето при плъзгане.

Силата на триене се определя по формулата:

Където: µ е коефициентът на триене, безразмерна величина, която зависи от естеството на повърхностната обработка и от комбинацията от материали на контактуващите тела (силите на привличане на отделни атоми на различни вещества значително зависят от техните електрически свойства);

За хоризонтална повърхност: F tr = µmg

Когато твърдо тяло се движи в течност или газ, възниква сила на вискозно триене. Силата на вискозното триене е значително по-малка от силата на сухото триене. Тя също е насочена в посока, обратна на относителната скорост на тялото. При вискозно триене няма статично триене. Силата на вискозното триене силно зависи от скоростта на тялото.

Проблем: Кучешки впряг започва да тегли 100 кг шейна, стояща върху снега, с постоянна сила от 149 N. За колко време шейната ще измине първите 200 m от пътя, ако коефициентът на триене при плъзгане на бегачите по снега е 0,05?

При какви условия възниква триенето?
От какво зависи силата на триене при плъзгане?
Кога триенето е „полезно“ и кога „вредно“?

Еластична сила.

Най-простият вид деформация е деформация на опън или натиск.

Във физиката законът на Хук за деформация на опън или натиск обикновено се записва в друга форма:

По време на деформация на огъване F контрол = - mg и F контрол = - Kx.

Следователно можем да намерим коефициента на твърдост:

Задача: Пружината на детски пистолет беше притисната с 3 см. Определете еластичната сила, която възниква в нея, ако твърдостта на пружината е 700 N/m.

Какво определя твърдостта на телата?
Обяснете причината за еластичната сила?
Какво определя големината на еластичната сила?

4. Резултатна сила.

Задача: наклонена равнина, сключваща ъгъл 30°, има дължина 25 m. тялото, движещо се равномерно ускорено, се е изплъзнало от тази равнина за 2 s. Определете коефициента на триене.

Силата на Архимед.

Задача: Чугунена топка с обем 1 dm 3 беше спусната в течност. Теглото му намаля с 8.9N. В каква течност е топката?

Какви са условията на плаване на телата?
Силата на Архимед зависи ли от плътността на тялото, потопено в течност?
Как е насочена силата на Архимед?

Центробежна сила.

Центробежната сила възниква при движение в кръг и е насочена радиално от центъра.

Където: v – линейна скорост; r е радиусът на окръжността.

Кулонова сила.

Където: q 1 и q 2 – взаимодействащи заряди, измерени в C (кулони);

r – разстояние между зарядите; k – коефициент на пропорционалност.

k=9 . 10 9 (N . m 2)/Cl 2

Често се записва във формата: , където електрическата константа е равна на 8,85 . 10 12 Cl 2 /(N . m 2).

Задача: Силата на взаимодействие между два еднакви точкови заряда, разположени на разстояние 0,5 m, е равна на 3,6 N. Намерете стойностите на тези такси?

Защо и двете триещи се тела се зареждат, когато се наелектризират от триене?
Масата на тялото остава ли непроменена, когато се наелектризира?
Какво е физическото значение на коефициента на пропорционалност в закона на Кулон?

Амперна мощност.

Върху проводник с ток в магнитно поле действа сила на Ампер.

Посоката на тази сила може да се определи по правилото на лявата ръка.

Задача: определете посоката на тока в проводник, разположен в магнитно поле, ако силата, действаща върху проводника, има посока

При какви условия възниква силата на Ампер?
Как да определим посоката на силата на Ампер?
Как да определим посоката на линиите на магнитна индукция?

Сила на Лоренц.

Посоката на силата на Лоренц може да се определи по правилото на лявата ръка.

Задача: в еднородно магнитно поле, чиято индукция е 2 T, електрон се движи със скорост 10 5 m/s перпендикулярно на линиите на магнитната индукция. Изчислете силата, действаща върху електрона.

Какво е силата на Лоренц?
Какви са условията за съществуването на силата на Лоренц?
Как да определим посоката на силата на Лоренц?

В края на урока учениците имат възможност да попълнят таблица.

Име на мощността	Формула	рисуване	Точка на приложение	Посока на действие
Земно притегляне
Земно притегляне
Тегло
Сила на триене
Еластична сила
Силата на Архимед
Резултатна сила
Центробежна сила
Кулонова сила
Амперна мощност
Сила на Лоренц