U prirodi postoje četiri vrste sila. Sile u prirodi. Sila reakcije tla

Da bismo razumjeli vrijedi li nastaviti pisati kratke crtice koje doslovno objašnjavaju drugačije fizičke pojave i procese. Rezultat je odagnao moje sumnje. Ja ću nastaviti. Ali da biste pristupili prilično složenim fenomenima, morat ćete napraviti zasebne uzastopne serije postova. Dakle, da biste došli do priče o građi i evoluciji Sunca i ostalih vrsta zvijezda, morat ćete započeti s opisom vrsta međudjelovanja elementarnih čestica. Počnimo s ovim. Bez formula.
Ukupno su u fizici poznata četiri tipa međudjelovanja. Svi su dobro poznati gravitacijski I elektromagnetski. I gotovo nepoznat široj javnosti snažna I slab. Opišimo ih redom.
Gravitacijska interakcija . Ljudi su to poznavali od davnina. Budući da je stalno u gravitacijskom polju Zemlje. I od školska fizika znamo da je sila gravitacijske interakcije između tijela proporcionalna umnošku njihovih masa i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Pod utjecajem gravitacijske sile Mjesec se okreće oko Zemlje, Zemlja i drugi planeti oko Sunca, a ono potonje zajedno s ostalim zvijezdama oko središta naše Galaksije.
Prilično sporo smanjenje snage gravitacijske interakcije s udaljenosti (obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti) prisiljava fizičare da govore o ovoj interakciji kao dalekometni. Osim toga, sile gravitacijske interakcije koje djeluju između tijela samo su sile privlačenja.
Elektromagnetsko međudjelovanje . U najjednostavnijem slučaju elektrostatske interakcije, kao što znamo iz školske fizike, sila privlačenja ili odbijanja između električki nabijenih čestica proporcionalna je umnošku njihovih električni naboji a obrnuto je proporcionalan kvadratu udaljenosti između njih. Što je vrlo slično zakonu gravitacijske interakcije. Jedina je razlika u tome što se električni naboji s istim predznakom odbijaju, a oni s različitim predznakom privlače. Stoga fizičari nazivaju elektromagnetsku interakciju, poput gravitacijske interakcije dalekometni.
Istovremeno, elektromagnetska interakcija je složenija od gravitacijske interakcije. Iz školske fizike znamo da električno polje stvaraju električni naboji, magnetski naboji ne postoji u prirodi, a magnetsko polje stvaraju električne struje.
Zapravo, električno polje također se može stvoriti mijenjanjem tijekom vremena magnetsko polje, a magnetsko polje se mijenja s vremenom električno polje. Potonja okolnost omogućuje da elektromagnetsko polje uopće postoji bez električnih naboja i struja. I ova se prilika ostvaruje u obliku Elektromagnetski valovi. Na primjer, radio valovi i kvanti svjetlosti.
Budući da električne i gravitacijske sile podjednako ovise o udaljenosti, prirodno je pokušati usporediti njihove intenzitete. Dakle, za dva protona, sile gravitacijske privlačnosti su 10 puta na 36. potenciju (milijardu milijardi milijardi milijardi puta) slabije od sila elektrostatskog odbijanja. Stoga se u fizici mikrosvijeta gravitacijska interakcija sasvim opravdano može zanemariti.
Jaka interakcija . ovo - kratak domet snaga. U smislu da djeluju na udaljenostima od samo oko jednog femtometra (jedan bilijunti dio milimetra), a na velikim udaljenostima njihov se utjecaj praktički ne osjeti. Štoviše, na udaljenostima reda veličine jednog femtometra, jaka interakcija je oko stotinu puta intenzivnija od elektromagnetske.
Zbog toga se jednako električki nabijeni protoni u atomskoj jezgri međusobno ne odbijaju elektrostatskim silama, već se zajedno drže jakim međudjelovanjima. Budući da su dimenzije protona i neutrona otprilike jedan femtometar.
Slaba interakcija . Stvarno je jako slab. Prvo, radi na udaljenostima tisuću puta manjim od jednog femtometra. A na velikim udaljenostima se praktički ne osjeća. Stoga, kao i jaka, pripada klasi kratak domet. Drugo, njegov intenzitet je otprilike sto milijardi puta manji od intenziteta elektromagnetske interakcije. Slaba sila odgovorna je za neka propadanja elementarne čestice. Uključujući slobodne neutrone.
Postoji samo jedna vrsta čestica koja međudjeluje s materijom samo kroz slabu interakciju. Ovo je neutrino. Skoro sto milijardi solarnih neutrina prođe kroz svaki četvorni centimetar naše kože svake sekunde. A mi ih uopće ne primjećujemo. U smislu da tijekom našeg života malo je vjerojatno da će nekoliko neutrina stupiti u interakciju s materijom našeg tijela.
Nećemo govoriti o teorijama koje opisuju sve ove vrste interakcija. Jer nama je bitna kvalitetna slika svijeta, a ne slasti teoretičara.

Ono što karakterizira mjeru kojom druga tijela ili polja djeluju na tijelo naziva se sila. Prema drugom, ubrzanje koje tijelo prima izravno je proporcionalno sili koja na njega djeluje. Prema tome, da bi se promijenila brzina tijela, potrebno je na njega djelovati silom. Dakle, istina je da sile u prirodi služe kao izvor svakog kretanja.

Inercijalni referentni sustavi

Sile u prirodi su vektorske veličine, odnosno imaju veličinu i smjer. Dvije se sile mogu smatrati identičnima samo ako su im veličine jednake i smjerovi se podudaraju.

Ako na tijelo ne djeluju nikakve sile, a također i u slučaju kada je geometrijski zbroj sila koje djeluju na dano tijelo (taj se zbroj često naziva i rezultanta svih sila) jednak nuli, tada tijelo ili miruje ili nastavlja kretanje u istom smjeru sa stalna brzina(odnosno, kreće se inercijom). Ovaj izraz vrijedi za inercijalne referentne sustave. Postojanje takvih sustava postulirano je prvim Newtonovim zakonom. U prirodi nema takvih sustava, ali su prikladni.Međutim, često se pri rješavanju praktičnih problema referentni sustav povezan sa Zemljom može smatrati inercijskim.

Zemlja je inercijalna i nije inercijski sustav odbrojavanje

Posebno kada građevinski radovi, pri proračunu gibanja automobila i plivajućeg transporta, pretpostavka da je Zemlja inercijalni referentni okvir sasvim je dovoljna da opiše sile koje djeluju s točnošću potrebnom za praktično rješavanje problema.

Postoje i problemi u prirodi koji ne dopuštaju takvu pretpostavku. Posebno se to odnosi na svemirske projekte. Kada se raketa lansira ravno prema gore, zbog rotacije Zemlje vrši vidljivo gibanje ne samo okomito, već i horizontalno suprotno rotaciji Zemlje. Ovo kretanje otkriva neinercijalnost referentnog sustava povezanog s našim planetom.

Fizički, na raketu ne djeluju sile koje je skreću. Ipak, za opisivanje gibanja rakete prikladno je koristiti Te sile fizički ne postoje, ali pretpostavka o njihovom postojanju omogućuje nam da zamislimo neinercijalni sustav kao inercijalni. Drugim riječima, pri proračunu putanje rakete pretpostavlja se da je Zemljin referentni sustav inercijalan, ali istovremeno na raketu djeluje određena sila u horizontalnom smjeru. Ta se sila naziva Coriolisova sila. U prirodi njegov učinak postaje vidljiv kada je riječ o tijelima koja se kreću na određenoj visini u odnosu na naš planet dosta dugo ili velikom brzinom. Stoga se uzima u obzir ne samo pri opisivanju kretanja projektila i satelita, već i pri izračunavanju kretanja topničkih granata, zrakoplova itd.

Priroda interakcija

Sve sile u prirodi po prirodi svog nastanka spadaju u četiri temeljne: gravitacijsku, slabu i jaku). U makrokozmosu je primjetan samo utjecaj gravitacije i elektromagnetskih sila. Slabe i jake interakcije utječu na procese koji se odvijaju unutra atomske jezgre i subatomske čestice.

Najčešći primjer gravitacijske interakcije je sila kojom Zemlja djeluje na tijela oko sebe.

Elektromagnetske sile, osim očitih primjera, uključuju sve elastične interakcije povezane s tlakom koje tijela vrše jedna na druge. Prema tome, takva prirodna sila kao što je težina (sila kojom tijelo djeluje na ovjes ili nosač) je elektromagnetske prirode.

Gradska obrazovna ustanova Dmitrievskaya srednja škola

Sat fizike u 11. razredu na temu: "Sile u prirodi"

Kolupajev Vladimir Grigorijevič

Učiteljica fizike

2015

Svrha Lekcija je proširiti programski materijal na temu: "Sile u prirodi" i poboljšati praktične vještine i sposobnosti za rješavanje zadataka Jedinstvenog državnog ispita.

Ciljevi lekcije:

učvrstiti proučeno gradivo,

formirati kod učenika predodžbe o silama općenito i o svakoj sili posebno,

kompetentno primjenjivati formule i pravilno konstruirati crteže pri rješavanju problema.

Sat je popraćen multimedijskom prezentacijom.

ja Na silu naziva se vektorska veličina, koja je uzrok svakog gibanja kao posljedica međudjelovanja tijela. Interakcije mogu biti kontaktne, koje uzrokuju deformacije, ili beskontaktne. Deformacija je promjena oblika tijela ili njegovih pojedinih dijelova kao rezultat međudjelovanja.

U Međunarodnom sustavu jedinica (SI) jedinica za silu naziva se Newton(N). 1 N jednaka sili, dajući referentnom tijelu težine 1 kg akceleraciju od 1 m/s 2 u smjeru sile. Uređaj za mjerenje sile je dinamometar.

Djelovanje sile na tijelo ovisi o:

Veličina primijenjene sile;

Točke primjene sile;

Pravci djelovanja sila.

Sile su po svojoj prirodi gravitacijske, elektromagnetske, slabe i jake interakcije na razini polja. DO gravitacijske sile uključuju gravitaciju, težinu tijela, gravitacijsku silu. DO elektromagnetske sile uključuju elastičnu silu i silu trenja. Interakcije na razini polja uključuju sile kao što su: Coulombova sila, Amperova sila, Lorentzova sila.

Pogledajmo predložene snage.

Sila gravitacije.

Sila gravitacije određena je zakonom univerzalne gravitacije i nastaje na temelju gravitacijskih interakcija tijela, jer svako tijelo koje ima masu ima gravitacijsko polje. Dva tijela međusobno djeluju silama jednakim po veličini i suprotno usmjerenim, izravno proporcionalnim umnošku masa i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti između njihovih središta.

G = 6,67. 10 -11 - gravitacijska konstanta koju definira Cavendish.

Sl. 1

Jedna od manifestacija sile univerzalne gravitacije je sila gravitacije, odnosno ubrzanje slobodan pad može se odrediti formulom:

Gdje je: M masa Zemlje, Rz polumjer Zemlje.

Gravitacija.

Sila kojom Zemlja privlači sva tijela k sebi naziva se gravitacija. Označava se s F pramenom, primijenjenim na težište, usmjerenim radijalno prema središtu Zemlje, određenim formulom F pramen = mg.

Gdje je: m – tjelesna težina; g – gravitacijsko ubrzanje (g=9,8m/s2).

Tjelesna težina.

Sila kojom tijelo djeluje na vodoravni oslonac ili okomiti ovjes, uslijed sile teže, naziva se težina. Označeno - P, pričvršćeno na nosač ili ovjes ispod težišta, usmjeren prema dolje.

sl.2

Ako tijelo miruje, tada se može tvrditi da je težina jednaka sili gravitacije i određena je formulom P = mg.

Ako se tijelo ubrzano kreće prema gore, tada tijelo doživljava preopterećenje. Težina se određuje formulom P = m(g + a).

sl.3

Težina tijela je približno dvostruko veća od modula gravitacije (dvostruko preopterećenje).

Ako se tijelo giba ubrzano prema dolje, tada tijelo može doživjeti bestežinsko stanje u prvim sekundama kretanja. Težina se određuje formulom P = m(g - a).

Riža. 4

Sila trenja.

Sila koja nastaje kada se jedno tijelo kreće po površini drugog, usmjerena u smjeru suprotnom od kretanja, naziva se sila trenja.

sl.5

Točka primjene sile trenja ispod težišta, u smjeru suprotnom od kretanja duž dodirnih površina. Sila trenja se dijeli na silu statičkog trenja, silu trenja kotrljanja i silu trenja klizanja. Sila statičkog trenja je sila koja sprječava kretanje jednog tijela po površini drugog. Prilikom hodanja, statička sila trenja koja djeluje na potplat daje ubrzanje osobi. Kada veze između atoma klize, u početku nepokretna tijela, lom, trenje se smanjuje. Sila trenja klizanja ovisi o relativnoj brzini kretanja tijela koja se dodiruju. Trenje kotrljanja mnogo je puta manje od trenja klizanja.

sl.6

Sila trenja određena je formulom:

F = µN

Gdje je: µ koeficijent trenja, bezdimenzionalna veličina koja ovisi o prirodi površinske obrade i kombinaciji materijala tijela u kontaktu (sila privlačenja pojedinačnih atoma razne tvari značajno ovise o njihovim električna svojstva);

N – sila reakcije oslonca je elastična sila koja nastaje u podlozi pod utjecajem težine tijela.

Za vodoravnu površinu: F tr = µmg

Prilikom vožnje čvrsta U tekućini ili plinu nastaje viskozna sila trenja. Sila viskoznog trenja znatno je manja od sile suhog trenja. Također je usmjerena u smjeru suprotnom od relativne brzine tijela. Kod viskoznog trenja nema statičkog trenja. Sila viskoznog trenja jako ovisi o brzini tijela.

Elastična sila.

Kada se tijelo deformira, javlja se sila koja nastoji vratiti prijašnju veličinu i oblik tijela. Naziva se elastična sila.

Najjednostavnija vrsta deformacije je vlačna ili tlačna deformacija.

Riža. 7

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

Ovaj odnos izražava Hookeov eksperimentalno utvrđen zakon: elastična sila je upravno proporcionalna promjeni duljine tijela.

Gdje je: k koeficijent krutosti tijela, mjeren u njutnima po metru (N/m). Koeficijent krutosti ovisi o obliku i veličini tijela, kao io materijalu.

U fizici se Hookeov zakon za vlačnu ili tlačnu deformaciju obično piše u drugom obliku:

Gdje je: – relativna deformacija; E je Youngov modul koji ovisi samo o svojstvima materijala i ne ovisi o veličini i obliku tijela. Za različite materijale, Youngov modul jako varira. Za čelik npr. E2·10 11 N/m 2, a za gumu E2·10 6 N/m 2; – mehaničko naprezanje.

Tijekom deformacije savijanjem F kontrola = - mg i F kontrola = - Kx.

sl.8

Stoga možemo pronaći koeficijent krutosti:

k =

U tehnologiji se često koriste spiralne opruge. Kod istezanja ili stiskanja opruga nastaju elastične sile, koje također slijede Hookeov zakon, te nastaju torzijske i savojne deformacije.

Riža. 9

4. Rezultirajuća sila.

Rezultantna sila je sila koja zamjenjuje djelovanje više sila. Ova se sila koristi za rješavanje problema koji uključuju više sila.

Sl.10

Na tijelo djeluje gravitacija i sila reakcije tla. Rezultantna sila se u ovom slučaju nalazi prema pravilu paralelograma i određuje se formulom

Na temelju definicije rezultante drugi Newtonov zakon možemo protumačiti kao: rezultanta sile jednaka je umnošku akceleracije tijela i njegove mase.

R = ma

Rezultanta dviju sila koje djeluju duž jedne ravne crte u jednom smjeru jednaka je zbroju modula tih sila i usmjerena je u smjeru djelovanja tih sila. Ako sile djeluju duž jedne ravne crte, ali u različitim smjerovima, tada je rezultanta sila jednaka razlici modula djelujućih sila i usmjerena je u smjeru veće sile.

Moć Arhimeda.

Arhimedova sila je sila uzgona koja se javlja u tekućini ili plinu i djeluje suprotno sili gravitacije.

Arhimedov zakon: na tijelo uronjeno u tekućinu ili plin djeluje sila uzgona jednaka težini istisnute tekućine

F A = mg =Vg

Gdje je: – gustoća tekućine ili plina; V je volumen uronjenog dijela tijela; g – ubrzanje slobodnog pada.

Sl.11

Centrifugalna sila.

Centrifugalna sila javlja se pri kretanju po krugu i usmjerena je radijalno od središta.

Gdje je: v – linearna brzina; r je polumjer kruga.

sl.12

Coulombova sila.

U Newtonovoj mehanici koristi se pojam gravitacijske mase, slično kao iu elektrodinamici primarni pojam je električni naboj.Električni naboj je fizikalna veličina koja karakterizira svojstvo čestica ili tijela da stupaju u interakcije elektromagnetskih sila. Naboji međusobno djeluju s Coulombovom silom.

Gdje su: q 1 i q 2 – međusobno povezani naboji, mjereni u C (Coulombi);

r – udaljenost između naboja; k – koeficijent proporcionalnosti.

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

Često se piše u obliku: , gdje je električna konstanta jednaka 8,85 . 10 12 Cl2/(N . m 2).

sl.13

Interakcijske sile pokoravaju se trećem Newtonovom zakonu: F 1 = - F 2. To su odbojne sile s istim predznakom naboja i privlačne sile s različitim predznakom.

Ako nabijeno tijelo istodobno djeluje s nekoliko nabijenih tijela, tada je rezultirajuća sila koja djeluje na dano tijelo jednaka vektorskom zbroju sila koje na to tijelo djeluju od strane svih drugih nabijenih tijela.

sl.14

Amperska snaga.

Na vodič kroz koji teče struja u magnetskom polju djeluje Amperova sila.

F A = IBlsin

Gdje je: I – jakost struje u vodiču; B – magnetska indukcija; l je duljina vodiča; – kut između smjera vodiča i smjera vektora magnetske indukcije.

Smjer te sile može se odrediti pravilom lijeve ruke.

Ako lijevu ruku treba postaviti tako da linije magnetske indukcije ulaze u dlan, ispružena četiri prsta su usmjerena duž djelovanja struje struje, tada savijeni palac pokazuje smjer Amperove sile.

Riža. 15

Lorentzova sila.

Sila kojom elektromagnetsko polje djeluje na bilo koje nabijeno tijelo koje se nalazi u njemu naziva se Lorentzova sila.

F = qvBsin

Riža. 16

Gdje je: q – vrijednost naknade; v je brzina gibanja nabijene čestice; B – magnetska indukcija; – kut između vektora brzine i magnetske indukcije.

Smjer Lorentzove sile može se odrediti pravilom lijeve ruke.

Na kraju sata učenici imaju priliku ispuniti tablicu.

Pogledaj fragment (interaktivni modeli u fizici)

II. Rješavanje zadataka Jedinstvenog državnog ispita

1. Dva planeta jednakih masa kruže u kružnim putanjama oko zvijezde. Za prvu od njih, sila privlačenja zvijezde je 4 puta veća nego za drugu. Koliki je omjer orbitalnih polumjera prvog i drugog planeta?

1)
2)
3)
4)

Riješenje.
Prema zakonu univerzalne gravitacije, sila privlačenja planeta prema zvijezdi obrnuto je proporcionalna kvadratu polumjera orbite. Dakle, zbog jednakosti masa planeta (), omjer sila privlačenja prema zvijezdi prvog i drugog planeta obrnuto je proporcionalan omjeru kvadrata orbitalnih polumjera:

Prema uvjetu, sila privlačenja prvog planeta prema zvijezdi je 4 puta veća nego sila drugog: što znači

2. Tijekom izvedbe, gimnastičarka se odguruje od odskočne daske (1. faza), radi salto u zraku (2. faza) i doskače na noge (3. faza). U kojoj fazi(-ama) kretanja gimnastičar može doživjeti stanje gotovo bestežinskog stanja?

1) samo u fazi 2
2) samo u fazama 1 i 2
3) u fazama 1, 2 i 3
4) ni u jednoj od gore navedenih faza

Riješenje.
Težina je sila kojom tijelo pritišće oslonac ili rasteže ovjes. Stanje bestežinskog stanja je da tijelo nema težinu, dok sila gravitacije nigdje ne nestaje. Kada se gimnastičarka odgurne od odskočne daske, ona vrši pritisak na nju. Kada gimnastičarka stane na noge, ona pritisne tlo. Odskočna daska i tlo djeluju kao oslonac, tako da tijekom 1. i 3. faze nije u stanju bliskom bestežinskom stanju. Naprotiv, tijekom leta (faza 2) gimnastičar jednostavno nema oslonac, ako se zanemari otpor zraka. Budući da nema potpore, nema ni težine, što znači da gimnastičar stvarno doživljava stanje blisko bestežinskom stanju.

3. Tijelo je obješeno na dvije niti i nalazi se u ravnoteži. Kut između niti je jednak , a sile napetosti niti jednake su 3 N i 4 H. Kolika je sila teže koja djeluje na tijelo?

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

Riješenje.
Ukupno na tijelo djeluju tri sile: gravitacija i sila napetosti dviju niti. Budući da je tijelo u ravnoteži, rezultanta sve tri sile mora biti jednaka nuli, što znači da je modul sile teže jednak

Točan odgovor: 2.

4. Na slici su prikazana tri vektora sila koji leže u istoj ravnini i djeluju na jednu točku.

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

Riješenje.
Sa slike je vidljivo da se rezultante sila poklapaju s vektorom sila, pa je modul rezultante svih triju sila jednak.

Pomoću mjerila slike nalazimo konačni odgovor

Točan odgovor: 3.

5. Kako se giba materijalna točka kada je zbroj svih sila koje na nju djeluju jednak nuli? Koja je izjava točna?

1) brzina materijalne točke nužno je nula
2) brzina materijalne točke opada s vremenom
3) brzina materijalne točke je konstantna i nije nužno jednaka nuli
4) brzina materijalne točke može biti bilo koja, ali mora biti stalna u vremenu

Riješenje.
Prema drugom Newtonovom zakonu, u inercijalnom referentnom sustavu ubrzanje tijela proporcionalno je rezultanti svih sila. Kako je prema uvjetu zbroj svih sila koje djeluju na tijelo jednak nuli, to je i akceleracija tijela jednaka nuli, što znači da brzina tijela može biti bilo koja, ali mora biti konstantna u vremenu .
Točan odgovor: 4.

6. Na blok mase 5 kg koji se kreće po vodoravnoj površini djeluje sila trenja klizanja od 20 N. Čemu će biti jednaka sila trenja klizanja nakon što se masa tijela smanji za 2 puta, ako koeficijent trenja iznosi ne promijeniti?

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

Riješenje.
Sila trenja klizanja povezana je s koeficijentom trenja i silom reakcije oslonca omjerom . Za blok koji se kreće po vodoravnoj površini, prema drugom Newtonovom zakonu, .

Dakle, sila trenja klizanja proporcionalna je umnošku koeficijenta trenja i mase bloka. Ako se koeficijent trenja ne promijeni, tada će se nakon smanjenja težine tijela za 2 puta sila trenja klizanja također smanjiti za 2 puta i bit će jednaka

Točan odgovor: 2.

III. Sumiranje, evaluacija.

IV. D/z:

Na slici su prikazana tri vektora sila koji leže u istoj ravnini i djeluju na jednu točku.

Mjerilo slike je takvo da stranica jednog mrežnog kvadrata odgovara modulu sile od 1 H. Odredite modul vektora rezultante triju vektora sila.

Graf prikazuje ovisnost gravitacije o masi tijela za određeni planet.

Kolika je gravitacijska akceleracija na ovom planetu?

Internet izvor: 1.

Književnost:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky “Jedinstveni državni ispit 2009.”

V.A. Kasyanov “Fizika. Razina profila"

Postoji mnogo različitih vrsta sila u prirodi: gravitacija, gravitacija, Lorentz, Ampere, interakcija stacionarnih naboja itd., ali sve se one u konačnici svode na mali broj temeljnih (bazičnih) interakcija. Moderna fizika vjeruje da u prirodi postoje samo četiri vrste sila ili četiri vrste međudjelovanja:

1) gravitacijska interakcija (obavlja se kroz gravitacijska polja);

2) elektromagnetsko međudjelovanje (obavlja se putem elektromagnetskih polja);

3) nuklearna (ili jaka) (osigurava vezu između čestica u jezgri);

4) slab (odgovoran za procese raspadanja elementarnih čestica).

U okviru klasične mehanike obrađuju gravitacijske i elektromagnetske sile, te sile elastičnosti i sile trenja.

Gravitacijske sile(gravitacijske sile) su sile privlačenja koje se pokoravaju zakonu univerzalne gravitacije. Bilo koja dva tijela privlače se silom čiji je modul izravno proporcionalan umnošku njihovih masa i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti između njih:

gdje je =6,67×10 –11 N×m 2 /kg 2 – gravitacijska konstanta.

Gravitacija- sila kojom tijelo privlači Zemlja. Pod utjecajem sile teže prema Zemlji sva tijela padaju istom akceleracijom u odnosu na Zemljinu površinu, koja se naziva akceleracija gravitacije. Prema drugom Newtonovom zakonu na svako tijelo djeluje sila , koja se naziva gravitacija. Primjenjuje se na težište.

Težina–S mulj kojim tijelo privučeno Zemljom djeluje na ovjes ili nosač . Za razliku od gravitacije, koja je gravitacijska sila koja djeluje na tijelo, težina je elastična sila koja djeluje na nosač ili ovjes. Gravitacija je jednaka težini samo kada je nosač ili ovjes nepomičan u odnosu na Zemlju. U modulu, težina može biti veća ili manja od gravitacije. U slučaju ubrzanog kretanja nosača (na primjer, dizalo koje nosi teret), jednadžba gibanja (uzimajući u obzir da je sila reakcije nosača po veličini jednaka težini, ali ima suprotan predznak ): Þ . Ako je kretanje prema gore , dolje: .

Kada je tijelo u slobodnom padu, njegova težina je nula, tj. u stanju je bestežinsko stanje.

Elastične sile nastaju kao rezultat interakcije tijela, praćene njihovom deformacijom. Elastična (kvazielastična) sila proporcionalna je pomaku čestice iz položaja ravnoteže i usmjerena je prema položaju ravnoteže:

Sile trenja nastaju zbog postojanja sila međudjelovanja između molekula i atoma tijela u dodiru. Sile trna: a) nastaju pri dodiru dva tijela koja se kreću; b) djelovati paralelno s kontaktnom površinom; d) usmjeren protiv kretanja tijela.

Trenje između površina čvrstih tijela u nedostatku bilo kakvog sloja ili maziva naziva se suha. Trenje između krutog i tekućeg ili plinovitog medija, kao i između slojeva takvog medija naziva se viskozan ili tekućina. Postoje tri vrste suhog trenja: statičko trenje, trenje klizanja i trenje kotrljanja.

Statička sila trenja je sila koja djeluje između tijela u dodiru koja miruju. Po veličini je jednaka i suprotno usmjerena sili koja tjera tijelo na gibanje: ; , gdje je m koeficijent trenja.

Sila trenja klizanja nastaje kada jedno tijelo klizi po površini drugog: a usmjeren je tangencijalno na površine za trljanje u smjeru suprotnom od gibanja danog tijela u odnosu na drugo. Koeficijent trenja klizanja ovisi o materijalu tijela, stanju površina i relativnoj brzini gibanja tijela.

Kad se jedno tijelo kotrlja po površini drugoga, sila trenja kotrljanja, koji sprječava kotrljanje tijela. Sila trenja kotrljanja za iste materijale tijela u dodiru uvijek je manja od sile trenja klizanja. To se u praksi koristi zamjenom kliznih ležajeva kugličnim ili valjkastim.

Elastične sile i sile trenja određene su prirodom međudjelovanja između molekula tvari koja je elektromagnetskog podrijetla, dakle, po svojoj su prirodi elektromagnetskog podrijetla. Gravitacijske i elektromagnetske sile temeljne su – ne mogu se svesti na druge, jednostavnije sile. Elastične sile i sile trenja nisu temeljne. Temeljne interakcije odlikuju se jednostavnošću i preciznošću zakona.

Odjeljci: Fizika

Svrha Lekcija je proširiti programsko gradivo na temu: “Sile u prirodi” i poboljšati praktične vještine i sposobnosti rješavanja problema.

Ciljevi lekcije:

učvrstiti proučeno gradivo,
formirati kod učenika predodžbe o silama općenito i o svakoj sili posebno,
kompetentno primjenjivati formule i pravilno konstruirati crteže pri rješavanju problema.

Sat je popraćen multimedijskom prezentacijom.

Na silu naziva se vektorska veličina, koja je uzrok svakog gibanja kao posljedica međudjelovanja tijela. Interakcije mogu biti kontaktne, koje uzrokuju deformacije, ili beskontaktne. Deformacija je promjena oblika tijela ili njegovih pojedinih dijelova kao rezultat međudjelovanja.

U Međunarodnom sustavu jedinica (SI) jedinica za silu naziva se Newton (N). 1 N jednak je sili koja daje akceleraciju od 1 m/s 2 referentnom tijelu mase 1 kg u smjeru djelovanja sile. Uređaj za mjerenje sile je dinamometar.

Djelovanje sile na tijelo ovisi o:

Veličina primijenjene sile;
Točke primjene sile;
Pravci djelovanja sila.

Sile su po svojoj prirodi gravitacijske, elektromagnetske, slabe i jake interakcije na razini polja. Gravitacijske sile uključuju gravitaciju, težinu tijela i gravitaciju. Elektromagnetske sile uključuju elastičnu silu i silu trenja. Interakcije na razini polja uključuju sile kao što su: Coulombova sila, Amperova sila, Lorentzova sila.

Pogledajmo predložene snage.

Sila gravitacije.

Sila gravitacije određena je zakonom univerzalne gravitacije i nastaje na temelju gravitacijskih interakcija tijela, jer svako tijelo koje ima masu ima gravitacijsko polje. Dva tijela međusobno djeluju silama jednakim po veličini i suprotno usmjerenim, izravno proporcionalnim umnošku masa i obrnuto proporcionalnim kvadratu udaljenosti između njihovih središta.

G = 6,67. 10 -11 - gravitacijska konstanta koju definira Cavendish.

Jedna od manifestacija sile univerzalne gravitacije je sila gravitacije, a ubrzanje slobodnog pada može se odrediti formulom:

Gdje je: M masa Zemlje, Rz polumjer Zemlje.

Zadatak: Odredite silu kojom se privlače dva broda mase po 10 7 kg, koji se nalaze jedan od drugog na udaljenosti od 500 m.

O čemu ovisi sila teže?
Kako možemo napisati formulu za gravitacijsku silu koja djeluje na visini h od površine Zemlje?
Kako je izmjerena gravitacijska konstanta?

Gravitacija.

Gdje je: m – tjelesna težina; g – gravitacijsko ubrzanje (g=9,8m/s2).

Problem: sila gravitacije na površini Zemlje je 10N. Čemu će on biti jednak na visini jednakoj polumjeru Zemlje (6,10 6 m)?

U kojim jedinicama se mjeri g koeficijent?
Poznato je da zemlja nije kugla. Na polovima je spljošten. Hoće li sila teže istog tijela biti ista na polu i ekvatoru?
Kako odrediti težište tijela pravilnog i nepravilnog geometrijskog oblika?

Tjelesna težina.

Sila kojom tijelo djeluje na vodoravni oslonac ili okomiti ovjes, uslijed sile teže, naziva se težina. Označeno - P, pričvršćeno na nosač ili ovjes ispod težišta, usmjeren prema dolje.

Ako tijelo miruje, tada se može tvrditi da je težina jednaka sili gravitacije i određena je formulom P = mg.

Ako se tijelo ubrzano kreće prema gore, tada tijelo doživljava preopterećenje. Težina se određuje formulom P = m(g + a).

Težina tijela je približno dvostruko veća od modula gravitacije (dvostruko preopterećenje).

Ako se tijelo giba ubrzano prema dolje, tada tijelo može doživjeti bestežinsko stanje u prvim sekundama kretanja. Težina se određuje formulom P = m(g - a).

Zadatak: dizalo mase 80 kg kreće se:

Ravnomjerno;

diže se s akceleracijom od 4,9 m/s 2 prema gore;
ide prema dolje istom akceleracijom.
odrediti težinu dizala u sva tri slučaja.

Kako se težina razlikuje od gravitacije?
Kako pronaći točku primjene težine?
Što je preopterećenje i bestežinsko stanje?

Sila trenja.

Sila koja nastaje kada se jedno tijelo kreće po površini drugog, usmjerena u smjeru suprotnom od kretanja, naziva se sila trenja.

Točka primjene sile trenja ispod težišta, u smjeru suprotnom od kretanja duž dodirnih površina. Sila trenja se dijeli na silu statičkog trenja, silu trenja kotrljanja i silu trenja klizanja. Sila statičkog trenja je sila koja sprječava kretanje jednog tijela po površini drugog. Prilikom hodanja, statička sila trenja koja djeluje na potplat daje ubrzanje osobi. Pri klizanju dolazi do kidanja veza između atoma prvobitno nepomičnih tijela i smanjenja trenja. Sila trenja klizanja ovisi o relativnoj brzini kretanja tijela koja se dodiruju. Trenje kotrljanja mnogo je puta manje od trenja klizanja.

Sila trenja određena je formulom:

Gdje je: µ koeficijent trenja, bezdimenzionalna veličina koja ovisi o prirodi površinske obrade i kombinaciji materijala tijela koja dolaze u kontakt (sile privlačenja pojedinih atoma raznih tvari bitno ovise o njihovim električnim svojstvima);

N – sila reakcije oslonca je elastična sila koja nastaje u podlozi pod utjecajem težine tijela.

Za vodoravnu površinu: F tr = µmg

Kada se čvrsto tijelo giba u tekućini ili plinu, javlja se sila viskoznog trenja. Sila viskoznog trenja znatno je manja od sile suhog trenja. Također je usmjerena u smjeru suprotnom od relativne brzine tijela. Kod viskoznog trenja nema statičkog trenja. Sila viskoznog trenja jako ovisi o brzini tijela.

Problem: Pas počinje vući sanjke od 100 kg koje stoje na snijegu konstantnom silom od 149 N. Za koje vrijeme će sanjke prevaliti prvih 200 m staze ako je koeficijent trenja klizanja trkača po snijegu 0,05?

Pod kojim uvjetima dolazi do trenja?
O čemu ovisi sila trenja klizanja?
Kada je trenje “korisno”, a kada “štetno”?

Elastična sila.

Kada se tijelo deformira, javlja se sila koja nastoji vratiti prijašnju veličinu i oblik tijela. Naziva se elastična sila.

Najjednostavnija vrsta deformacije je vlačna ili tlačna deformacija.

Ovaj odnos izražava Hookeov eksperimentalno utvrđen zakon: elastična sila je upravno proporcionalna promjeni duljine tijela.

Gdje je: k koeficijent krutosti tijela, mjeren u njutnima po metru (N/m). Koeficijent krutosti ovisi o obliku i veličini tijela, kao io materijalu.

U fizici se Hookeov zakon za vlačnu ili tlačnu deformaciju obično piše u drugom obliku:

Tijekom deformacije savijanjem F kontrola = - mg i F kontrola = - Kx.

Stoga možemo pronaći koeficijent krutosti:

U tehnologiji se često koriste spiralne opruge. Kod istezanja ili stiskanja opruga nastaju elastične sile, koje također slijede Hookeov zakon, te nastaju torzijske i savojne deformacije.

Zadatak: Opruga dječjeg pištolja stisnuta je za 3 cm Odredite elastičnu silu koja se u njoj stvara ako je krutost opruge 700 N/m.

Što određuje krutost tijela?
Objasnite razlog pojave elastične sile?
Što određuje veličinu elastične sile?

4. Rezultirajuća sila.

Rezultantna sila je sila koja zamjenjuje djelovanje više sila. Ova se sila koristi za rješavanje problema koji uključuju više sila.

Na tijelo djeluje gravitacija i sila reakcije tla. Rezultantna sila se u ovom slučaju nalazi prema pravilu paralelograma i određuje se formulom

Na temelju definicije rezultante drugi Newtonov zakon možemo protumačiti kao: rezultanta sile jednaka je umnošku akceleracije tijela i njegove mase.

Zadatak: nagnuta ravnina koja tvori kut od 30° ima duljinu 25 m. tijelo je jednoliko ubrzano skliznulo s te ravnine za 2 s. Odredite koeficijent trenja.

Moć Arhimeda.

Arhimedova sila je sila uzgona koja se javlja u tekućini ili plinu i djeluje suprotno sili gravitacije.

Arhimedov zakon: na tijelo uronjeno u tekućinu ili plin djeluje sila uzgona jednaka težini istisnute tekućine

Gdje je: – gustoća tekućine ili plina; V je volumen uronjenog dijela tijela; g – ubrzanje slobodnog pada.

Zadatak: Kugla od lijevanog željeza obujma 1 dm 3 spuštena je u tekućinu. Njegova se težina smanjila za 8,9N. U kakvoj je tekućini kuglica?

Kakvi su uvjeti lebdenja tijela?
Ovisi li Arhimedova sila o gustoći tijela uronjenog u tekućinu?
Kako je usmjerena Arhimedova sila?

Centrifugalna sila.

Centrifugalna sila javlja se pri kretanju po krugu i usmjerena je radijalno od središta.

Gdje je: v – linearna brzina; r je polumjer kruga.

Coulombova sila.

Gdje su: q 1 i q 2 – međusobno povezani naboji, mjereni u C (Coulombi);

r – udaljenost između naboja; k – koeficijent proporcionalnosti.

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

Često se piše u obliku: , gdje je električna konstanta jednaka 8,85 . 10 12 Cl2/(N . m 2).

Interakcijske sile pokoravaju se trećem Newtonovom zakonu: F 1 = - F 2. To su odbojne sile s istim predznakom naboja i privlačne sile s različitim predznakom.

Zadatak: Sila međudjelovanja između dva identična točkasta naboja koji se nalaze na udaljenosti od 0,5 m jednaka je 3,6 N. Pronađite vrijednosti ovih naboja?

Zašto se oba tijela koja se treju naelektrišu tijekom naelektrisanja trenjem?
Ostaje li masa tijela nepromijenjena kada se naelektrizira?
Koje je fizičko značenje koeficijenta proporcionalnosti u Coulombovom zakonu?

Amperska snaga.

Na vodič kroz koji teče struja u magnetskom polju djeluje Amperova sila.

Gdje je: I – jakost struje u vodiču; B – magnetska indukcija; l je duljina vodiča; – kut između smjera vodiča i smjera vektora magnetske indukcije.

Smjer te sile može se odrediti pravilom lijeve ruke.

Ako lijevu ruku treba postaviti tako da linije magnetske indukcije ulaze u dlan, ispružena četiri prsta su usmjerena duž djelovanja struje struje, tada savijeni palac pokazuje smjer Amperove sile.

Zadatak: odrediti smjer struje u vodiču koji se nalazi u magnetskom polju ako sila koja djeluje na vodič ima smjer

Pod kojim uvjetima nastaje Amperova sila?
Kako odrediti smjer djelovanja Amperove sile?
Kako odrediti smjer linija magnetske indukcije?

Lorentzova sila.

Sila kojom elektromagnetsko polje djeluje na bilo koje nabijeno tijelo koje se nalazi u njemu naziva se Lorentzova sila.

Gdje je: q – vrijednost naknade; v je brzina gibanja nabijene čestice; B – magnetska indukcija; – kut između vektora brzine i magnetske indukcije.

Smjer Lorentzove sile može se odrediti pravilom lijeve ruke.

Zadatak: u jednoličnom magnetskom polju, čija je indukcija 2 T, elektron se giba brzinom 10 5 m/s okomito na linije magnetske indukcije. Izračunajte silu koja djeluje na elektron.

Što je Lorentzova sila?
Koji su uvjeti za postojanje Lorentzove sile?
Kako odrediti smjer Lorentzove sile?

Na kraju sata učenici imaju priliku ispuniti tablicu.

Ime moći	Formula	Crtanje	Točka primjene	Smjer djelovanja
Gravitacija
Gravitacija
Težina
Sila trenja
Elastična sila
Arhimedova sila
Rezultantna sila
Centrifugalna sila
Coulombova sila
Amperska snaga
Lorentzova sila