Számos törvény jellemzi fizikai folyamatok testek mechanikus mozgásával.

A fizikában az erők következő alapvető törvényeit különböztetjük meg:

• a gravitáció törvénye;
• törvény egyetemes gravitáció;
• a súrlódási erő törvényei;
• a rugalmas erő törvénye;
• Newton törvényei.

A gravitáció törvénye

1. megjegyzés

A gravitáció a gravitációs erők hatásának egyik megnyilvánulása.

A gravitációt olyan erőként ábrázolják, amely a bolygó oldaláról hat egy testre, és gyorsulást ad neki. szabadesés.

A szabadesés a $mg = G\frac(mM)(r^2)$ alakban tekinthető, amelyből megkapjuk a szabadesés gyorsulásának képletét:

$g = G\frac(M)(r^2)$.

A gravitáció meghatározásának képlete a következőképpen néz ki:

$(\overline(F))_g = m\overline(g)$

A gravitációnak van egy bizonyos eloszlási vektora. Mindig függőlegesen lefelé, vagyis a bolygó közepe felé irányul. A test folyamatosan a gravitációnak van kitéve, ami azt jelenti, hogy szabadesésben van.

A gravitáció hatására bekövetkező mozgás pályája a következőktől függ:

• modult kezdeti sebesség objektum;
• a test sebességének iránya.

Az ember minden nap találkozik ezzel a fizikai jelenséggel.

A gravitáció a $P = mg$ képlettel is ábrázolható. A gravitáció miatti gyorsításnál további mennyiségeket is figyelembe vesznek.

Ha figyelembe vesszük az egyetemes gravitáció törvényét, amelyet Isaac Newton fogalmazott meg, minden testnek van egy bizonyos tömege. Erővel vonzódnak egymáshoz. Ezt gravitációs erőnek nevezik.

$F = G\frac(m_1m_2)(r^2)$

Ez az erő egyenesen arányos két test tömegének szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.

$G = 6,7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, ahol $G$ a gravitációs állandó és a nemzetközi rendszer szerint rendelkezik Az SI állandó értéket mér.

1. definíció

A súly az az erő, amellyel a test a gravitáció megjelenése után a bolygó felszínére hat.

Azokban az esetekben, amikor a test nyugalomban van, vagy egyenletesen mozog egy vízszintes felület mentén, akkor a súly az lesz egyenlő az erővel támaszreakció, és értéke egybeesik a gravitáció nagyságával:

at egyenletesen gyorsított mozgás függőlegesen a súly eltér a gravitációtól a gyorsulásvektor alapján. Amikor a gyorsulási vektort befelé irányítjuk az ellenkező oldalt túlterhelési állapot lép fel. Azokban az esetekben, amikor a test és a támasz $a = g$ gyorsulással mozog, akkor a súly nulla lesz. A nulla súlyú állapotot súlytalanságnak nevezzük.

A gravitációs térerősség kiszámítása a következőképpen történik:

$g = \frac(F)(m)$

A $F$ mennyiség az a gravitációs erő, amely egy $m$ tömegű anyagi pontra hat.

A testet a mező egy bizonyos pontjára helyezik.

Potenciális energia gravitációs kölcsönhatás két $m_1$ és $m_2$ tömegű anyagi pontnak $r$ távolságra kell elhelyezkednie egymástól.

A gravitációs térpotenciál a következő képlet segítségével határozható meg:

$\varphi = \Pi / m$

Itt $P$ - potenciális energia anyagi pont$m$ tömeggel. A mező egy bizonyos pontjára kerül.

A súrlódás törvényei

2. megjegyzés

A súrlódási erő mozgás közben keletkezik, és a test csúszása ellen irányul.

A statikus súrlódási erő arányos lesz normális reakció. A statikus súrlódási erő nem függ a súrlódó felületek alakjától és méretétől. A statikus súrlódási tényező az érintkező és a súrlódási erőt létrehozó testek anyagától függ. A súrlódási törvények azonban nem nevezhetők stabilnak és pontosnak, mivel a kutatási eredményekben gyakran megfigyelhetők különféle eltérések.

A súrlódási erő hagyományos írása magában foglalja a súrlódási együttható ($\eta$) használatát, $N$ a normál nyomáserő.

Megkülönböztetik még a külső súrlódást, a gördülési súrlódási erőt, a csúszó súrlódási erőt, a viszkózus súrlódási erőt és más típusú súrlódásokat.

A rugalmas erő törvénye

A rugalmas erő egyenlő a test merevségével, amelyet megszorozunk az alakváltozás mértékével:

$F = k \cdot \Delta l$

A miénkben klasszikus képlet erőket a rugalmas erő keresésére, a fő helyet a test merevségének ($k$) és a test deformációjának ($\Delta l$) értékei foglalják el. Az erő mértékegysége newton (N).

Hasonló képlet írhatja le az alakváltozás legegyszerűbb esetét. Általában Hooke-törvénynek nevezik. Azt állítja, hogy amikor megpróbál egy testet bármilyen elérhető módon deformálni, a rugalmas erő hajlamos arra, hogy visszaállítsa a tárgy alakját az eredeti formájába.

A folyamat megértése és pontos leírása fizikai jelenség lépj be további fogalmak. A rugalmassági együttható a következőktől való függést mutatja:

• anyag tulajdonságai;
• rúdméretek.

Különösen megkülönböztetik a rúd vagy terület méretétől való függést keresztmetszetés hossza. Ezután a test rugalmassági együtthatóját a következő formában írjuk fel:

$k = \frac(ES)(L)$

Ebben a képletben a $E$ mennyiség az első típusú rugalmassági modulus. Young-modulusnak is nevezik. Ő tükrözi mechanikai jellemzők bizonyos anyag.

Az egyenes rudak számítása során a Hooke-törvény relatív formában van írva:

$\Delta l = \frac(FL)(ES)$

Meg kell jegyezni, hogy a Hooke-törvény alkalmazása csak viszonylag kis alakváltozások esetén lesz hatékony. Ha az arányossági határt túllépjük, akkor az alakváltozások és feszültségek közötti kapcsolat nemlineárissá válik. Egyes közegeknél a Hooke-törvény még kis alakváltozásokra sem alkalmazható.

1. Newton dinamikai törvényei

mozgástörvények vagy axiómák (ahogy ezt maga Newton fogalmazta meg a „Mathematical Principles of Natural Philosophy” 1687-ben): „I. Minden test továbbra is nyugalmi vagy egységes és egyenes vonalú mozgás, amíg és amíg az alkalmazott erők nem kényszerítik ezen állapot megváltoztatására. II. Az impulzus változása arányos az alkalmazott hajtóerővel, és annak az egyenesnek az irányában következik be, amely mentén ez az erő hat. III. Egy cselekvésnek mindig van egyforma és ellentétes reakciója, különben két test egymásra ható kölcsönhatása egyenlő, és ellentétes irányú.

2. Mi az erő?

Az erőt a nagyság és az irány jellemzi. Az erő más testek adott testre gyakorolt ​​hatását jellemzi. A testre ható erő eredménye nem csak a nagyságától és irányától, hanem az erő alkalmazási pontjától is függ. Az eredő egy erő, amelynek eredménye ugyanaz lesz, mint az összes valódi erő hatásának eredménye. Ha az erők együttes irányításúak, az eredő egyenlő az összegükkel, és ugyanabba az irányba irányulnak. Ha az erők ellentétes irányúak, akkor az eredő egyenlő a különbségükkel, és a nagyobb erő felé irányul.

Gravitáció és testsúly

A gravitáció az az erő, amellyel az univerzális gravitáció miatt egy testet a Föld vonz. Az Univerzumban minden test vonzódik egymáshoz, és minél nagyobb a tömegük és minél közelebb helyezkednek el, annál erősebb a vonzás.

A gravitációs erő kiszámításához a testtömeget meg kell szorozni egy g betűvel jelölt együtthatóval, amely körülbelül 9,8 N/kg. Így a nehézségi erőt a képlet számítja ki

A testtömeg az az erő, amellyel a test a Földhöz való vonzódás következtében rányom egy támasztékot vagy megfeszíti a felfüggesztést. Ha egy testnek nincs se támasztéka, se felfüggesztése, akkor a testnek nincs súlya – súlytalanságban van.

Rugalmas erő

A rugalmas erő olyan erő, amely a test belsejében az alakváltozás következtében keletkezik, és megakadályozza az alakváltozást. Attól függően, hogy a test alakja hogyan változik, többféle alakváltozást különböztetnek meg, különösen a feszítést és a nyomást, a hajlítást, a nyírást és a nyírást, valamint a csavarást.

Minél jobban megváltozik egy test alakja, annál nagyobb a benne keletkező rugalmas erő.

A próbapad az erő mérésére szolgáló eszköz: a mért erőt összehasonlítják a próbapad rugójában fellépő rugalmas erővel.

Súrlódási erő

A statikus súrlódási erő az az erő, amely megakadályozza, hogy egy test elmozduljon a helyéről.

A súrlódás oka az, hogy bármely felületen vannak olyan szabálytalanságok, amelyek egymásba kapcsolódnak. Ha a felületek polírozottak, akkor a súrlódás oka a molekuláris kölcsönhatás erői. Amikor egy test vízszintes felületen mozog, a súrlódási erő a mozgás ellen irányul, és egyenesen arányos a gravitációs erővel:

A csúszó súrlódási erő az az ellenállási erő, amikor az egyik test átcsúszik a másik felületén. A gördülési súrlódási erő az az ellenállási erő, amikor az egyik test átgurul egy másik felületén; ő jelentősen kevesebb erőt csúszósúrlódás.

Ha a súrlódás hasznos, akkor növeli; ha káros, csökkentse.

3. MEGŐRZÉSI TÖRVÉNYEK

MEGŐRZÉSI TÖRVÉNYEK, fizikai törvények, amelyek szerint a zárt rendszer valamely tulajdonsága változatlan marad a rendszerben bekövetkezett bármilyen változás ellenére. A legfontosabbak az az anyag és az energia megmaradásának törvényei. Az anyag megmaradásának törvénye kimondja, hogy az anyag nem keletkezik és nem is semmisül meg; A kémiai átalakulások során a teljes tömeg változatlan marad. A rendszerben lévő energia teljes mennyisége szintén változatlan marad; az energia csak egyik formából a másikba alakul át. Mindkét törvény csak megközelítőleg helytálló. A tömeg és az energia az egyenlet szerint alakítható át egymásba E = ts 2. Csak a teljes tömeg és az azzal egyenértékű energia marad változatlan. Egy másik természetvédelmi törvény az elektromos töltésre vonatkozik: azt sem lehet létrehozni, sem elpusztítani. Alkalmazásban a nukleáris folyamatok A megmaradás törvénye abban fejeződik ki, hogy az egymással kölcsönhatásban lévő részecskék töltése, spinje és egyéb KVANTUMSZÁMAI összmennyisége változatlan kell, hogy maradjon a kölcsönhatásból származó részecskékre. Erős interakciókkal, mindennel kvantumszámok meg vannak mentve. Gyenge kölcsönhatások esetén sérülnek e törvény egyes követelményei, különösen a PARITÁS tekintetében.

Az energiamegmaradás törvénye egy 100 m magasságból leeső 1 kg súlyú golyó példájával magyarázható teljes energia a labda a potenciális energiája. Ha leesik, a potenciális energia fokozatosan csökken, a kinetikus energia pedig növekszik, de a teljes energiamennyiség változatlan marad, így az energia megmarad. A - a kinetikus energia 0-ról maximumra nő: B - a potenciális energia maximumról nullára csökken; C a teljes energiamennyiség, amely egyenlő a kinetikai és a potens összegével. Az anyag megmaradásának törvénye kimondja, hogy a kémiai reakciók során anyag nem keletkezik és nem is pusztul el. Ez a jelenség egy klasszikus kísérlettel demonstrálható, amelyben egy üvegharang alatt égő gyertyát mérnek le (A). A kísérlet végén a kupak és a benne lévő tartalom súlya ugyanaz maradt, mint az elején, bár a gyertya, amelynek anyaga főleg szénből és hidrogénből áll, „eltűnt”, mivel az illékony reakciótermékek (víz) és szén-dioxid) szabadultak fel belőle. Csak miután a késő XVIII Amikor a tudósok felismerték az anyag megmaradásának elvét, lehetővé vált a kémia kvantitatív megközelítése.

Gépészeti munka akkor fordul elő, amikor egy test a rá ható erő hatására mozog.

A mechanikai munka egyenesen arányos a megtett úttal és arányos az erővel:

Hatalom

A technológiai munkavégzés sebességét az jellemzi hatalom.

A teljesítmény egyenlő a munka és az elvégzés időtartamának arányával:

Energia Ez fizikai mennyiség, megmutatja, mennyi munkát tud elvégezni egy test. Az energiát mértékegységben mérik joule.

A munka végeztével a testek energiáját mérik. Az elvégzett munka egyenlő az energia változásával.

Potenciális energia a kölcsönhatásban lévő testek vagy ugyanazon testrészek egymáshoz viszonyított helyzete határozza meg.

E p = F h = gmh.

Ahol g = 9,8 N/kg, m a testtömeg (kg), h a magasság (m).

Kinetikus energia mozgása következtében testet birtokol. Hogyan több tömeg test és sebesség, annál nagyobb a mozgási energiája.

5. a forgó mozgás dinamikájának alaptörvénye

erőpillanat

1. A forgástengelyhez viszonyított erőnyomaték, (1.1) ahol az erő vetülete a forgástengelyre merőleges síkra, az erő karja (a forgástengely és az egyenes közötti legrövidebb távolság az erő hatása).

2. Erőnyomaték egy fix ponthoz O (origin). (1.2) Határozza meg az O pontból az erő alkalmazási pontjáig húzott sugárvektor vektorszorzata - pszeudovektor, iránya egybeesik a jobb oldali csavar transzlációs mozgásának irányával; elfordul („gimlet-szabály”). Az erőnyomaték modulusa, (1.3) ahol a vektorok közötti szög és az erő karja, az erő hatásvonala és az erő alkalmazási pontja közötti legrövidebb távolság.

Lendület

1. A tengely körül forgó test impulzusnyomatéka, (1.4) ahol a test tehetetlenségi nyomatéka, a szögsebesség. Az iztel rendszer szögimpulzusa az vektor összege a rendszer összes testének impulzus pillanatai: . (1.5)

2. Anyagi pont lendülete egy fix ponthoz O (eredet) képest. (1.6) Az O pontból az anyagi pontba húzott sugárvektor vektorszorzata határozza meg - álvektor, iránya egybeesik a jobb oldali légcsavar transzlációs mozgásának irányával, amikor elfordul (; „gimlet-szabály”). A szögimpulzusvektor modulusa, (1.7) ahol a vektorok közötti szög és a vektor O ponthoz viszonyított karja.

Tehetetlenségi nyomaték a forgástengely körül

1. Anyagi pont tehetetlenségi nyomatéka, (1.8) ahol a pont tömege, a forgástengelytől való távolsága.

2. Diszkrét merev test tehetetlenségi nyomatéka, (1.9) ahol a merev test tömegeleme ennek az elemnek a forgástengelytől való távolsága a test elemeinek száma;

3. Tehetetlenségi nyomaték folyamatos tömegeloszlás (szilárd szilárd test) esetén. (1.10) Ha a test homogén, azaz. sűrűsége a teljes térfogatban azonos, akkor az (1.11) kifejezést használjuk, ahol és a test térfogata.

Christian) – az „angyalok kilenc rangjának” egyike. Pszeudo-Dionüsziosz besorolása szerint az Areopagita az ötödik rang, a második hármast alkotják az uradalmakkal és tekintélyekkel együtt.

Kiváló meghatározás

Hiányos meghatározás ↓

HATALOM

nem mechanikus, metafizikai). A látens abszorpció polikrón orientációja, amely komplementer bármely struktúrát, magát ezt a struktúrát. A szubjektív tudat számára S. csak virtualitásként jelenhet meg. Az objektívben szintén nincsenek erők. Az S. mindig a létező vágás vagy vágás tünete, egy rész egésztől való elkülönítésének természetében bekövetkezett változás.

Így az erő-idő-mozgás-struktúra komplexum mindig az átjárhatóság szempontjából a befejezetlenség adottsága, az egész értelmezhetetlensége, egy rész és annak kiegészítése határán. Jelentésében azonban S. a legnagyobb fogalmi helyettesítő. Kiderül, hogy lokálisan itt – most a tényezők sokaságának vetülete képviseli.

Az alany nem érzi ezt vagy azt a belső pszichikai erőt, hanem a legszélsőségesebb vagy legszélsőségesebb esetben is csak az „erők” nyomását. Ezeknek a nyomásoknak a tettek és affektusok formájában való hasznosítása rejtve hagy minden feltételezett új erőt is.

Lehet, hogy a hétköznapi jelenségektől a mikrojelenségek felé haladunk, valós, de a megszokott hétköznapi és tudományos látszatokon kívül, de az átmenet bármiféle mikromotoritásra, mikrokinesztetitásra lehetetlen.

Az erő, mint a befolyás mértékének triviális meghatározása heurisztikusan elfogadhatatlan. Minden, ami az energiához kapcsolódik, a nemlét áttöréseként jelenik meg egyik vagy másik tilalmi rendszeren keresztül, amelyet egy adott adott struktúrái határoznak meg. Ugyanakkor maga az áttörés is kanalizálódik bizonyos módon. A kérdést bonyolítja, hogy a struktúrák semmilyen minőségben nem létezhetnek, ha nem az energia áttörés adott formái. Valamilyen hipotetikus abszolút pillanatban nincsenek struktúrák – ezek ideiglenes alkotások, és azon túl

ciklusok széle tehetetlen ismétlődések.

Kiváló meghatározás

Hiányos meghatározás ↓

> Erő

Leírás erők a fizikában: kifejezés és definíció, erőtörvények, mértékegységek Newtonban, Newton második törvénye és képlete, az erő tárgyra gyakorolt ​​hatásának diagramja.

Erő– minden olyan hatás, amely az objektum mozgásának, irányának vagy geometriai szerkezetének megváltozásához vezet.

Tanulási cél

• Hozzon létre kapcsolatot a tömeg és a gyorsulás között.

Főbb pontok

• Az erő egy nagyságrendű és irányvonalú vektorfogalom. Ez vonatkozik a tömegre és a gyorsulásra is.
• Leegyszerűsítve, az erő lökést vagy húzást jelent, amelyet különféle szabványok határozhatnak meg.
• A dinamika annak az erőnek a tanulmányozása, amely az objektumok vagy rendszerek mozgását és deformációját okozza.
• A külső erők minden olyan külső hatás, amely a testet érinti, és a belső erők belülről hatnak.

Feltételek

• A vektorsebesség a pozíció változásának sebessége időben és irányban.
• Az erő minden olyan hatás, amely egy tárgy mozgását, irányát vagy geometriai szerkezetét megváltoztatja.
• A vektor egy irányított mennyiség, amelyet nagyság és irány jellemez (két pont között).

Példa

A fizikai szilárdsági szabványok, okok és hatások tanulmányozásához használjon két gumiszalagot. Függőleges helyzetben akassza fel az egyiket egy kampóra. Keressen egy kis tárgyat, és rögzítse a lelógó végéhez. Mérje meg a kapott nyújtást különböző tárgyakkal. Milyen összefüggés van a felfüggesztett tárgyak száma és a szakasz hossza között? Mi történik a ragasztott súllyal, ha ceruzával mozgatja a szalagot?

Kényszer áttekintése

A fizikában az erő minden olyan jelenség, amely a tárgy mozgását, irányát vagy geometriai kialakítását megváltoztatja. Newtonban mérve. Az erő olyan dolog, amely egy tömegű objektum sebességének megváltoztatását vagy deformációját okozza. Az erőt olyan intuitív kifejezésekkel is leírják, mint a „push” vagy „push”. Van nagysága és iránya (vektor).

Jellemzők

Newton második törvénye kimondja, hogy a tárgyra ható nettó erő egyenlő a lendületének változási sebességével. Ezenkívül egy tárgy gyorsulása egyenesen arányos a rá ható erővel, és a nettó erő irányába esik, és fordítottan arányos a tömeggel.

Ne felejtsük el, hogy az erő vektormennyiség. A vektor egy egydimenziós tömb, amelynek nagysága és iránya van. Tartalmazza a tömeget és a gyorsulást:

Az erőhöz társul még a tolóerő (megnöveli egy tárgy sebességét), a fékezés (csökkenti a sebességet) és a nyomaték (változtatja a sebességet). Azok az erők, amelyek nem egyformán érvényesülnek a tárgy minden részében, szintén mechanikai igénybevételhez (anyag deformálódáshoz) vezetnek. Ha egy szilárd tárgyban fokozatosan deformálja, akkor folyadékban megváltoztatja a nyomást és a térfogatot.

Dinamika

Az objektumokat és rendszereket mozgásba hozó erők tanulmányozása. Az erőt bizonyos lökést vagy húzást értünk. Nagyságuk és irányuk van. Az ábrán több példa is látható az erő alkalmazására. Balra fent – ​​görgős rendszer. A kábelre kifejtendő erőnek meg kell egyeznie a tömeg, a tárgyak vagy a gravitáció által keltett erővel, és meg kell haladnia azt. A jobb felső sarokban látható, hogy a felületre helyezett bármely tárgy hatással lesz rá. Az alábbiakban a mágnesek vonzása látható.

1. Erő- vektor fizikai mennyiség, amely az adott hatás intenzitásának mértéke test más szervek, valamint mezőket Masszívhoz rögzítve változásának oka a testben lévő erő sebesség vagy előfordulása benne deformációk és feszültségek.

Erő, mint vektor mennyiség jellemezte modult, irányÉs az alkalmazás "pontja". erő. Az utolsó paraméter szerint az erő mint vektor fogalma a fizikában eltér a vektoralgebrában alkalmazott vektor fogalmától, ahol a nagyságukban és irányukban egyenlő vektorokat, függetlenül az alkalmazási ponttól, ugyanannak a vektornak tekintjük. A fizikában ezeket a vektorokat szabad vektoroknak nevezik. A mechanikában az az elképzelés kapcsolódó vektorok, melynek eleje a tér egy bizonyos pontjában rögzített, vagy lehet a vektor irányát folytató egyenesen (csúsztatóvektorok).

A koncepciót is használják erővonal, amely az erő alkalmazási pontján áthaladó egyenest jelöli, amely mentén az erő irányul.

Newton második törvénye kimondja, hogy a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerekben egy anyagi pont gyorsulása irányában egybeesik a testre ható összes erő eredőjével, és nagysága egyenesen arányos az erő nagyságával és fordítottan arányos a testre ható erő nagyságával. anyagi pont. Vagy ennek megfelelően egy anyagi pont lendületének változási sebessége megegyezik az alkalmazott erővel.

Ha egy véges méretű testre erőt fejtenek ki, mechanikai feszültségek keletkeznek benne, amelyek deformációkkal járnak.

Abból a szempontból Szabványos modell részecskefizika alapvető kölcsönhatások(gravitációs, gyenge, elektromágneses, erős) cseréjével ún mérő bozonok. Kísérletek a 70-80-as években a nagy energiájú fizikában. XX század megerősítette azt a feltételezést, hogy gyenge és elektromágneses kölcsönhatás az alapvetőbb elektrogyenge kölcsönhatás megnyilvánulásai.

Az erő mérete LMT −2, mértékegysége in Nemzetközi rendszer Az egység (SI) newton (N, N), in GHS rendszer- Dina.

2.Newton első törvénye.

Newton első törvénye kimondja, hogy vannak olyan vonatkoztatási rendszerek, amelyekben a testek nyugalmi állapotot vagy egyenletes egyenes vonalú mozgást tartanak fenn, ha más testek nem hatnak rájuk, vagy ha ezek a hatások kölcsönösen kompenzálódnak. Az ilyen referenciarendszereket inerciálisnak nevezzük. Newton azt javasolta, hogy minden tömeges tárgynak van egy bizonyos tehetetlenségi tartaléka, amely jellemzi az objektum mozgásának „természetes állapotát”. Ez az elképzelés cáfolja Arisztotelész nézetét, aki a békét tartotta. természetes állapot» tárgyat. Newton első törvénye ellentmond az arisztotelészi fizikának, melynek egyik rendelkezése az az állítás, hogy a test együtt mozoghat. állandó sebesség csak erő hatására. Az a tény, hogy a newtoni mechanikában az inerciális vonatkoztatási rendszerekben a nyugalom fizikailag megkülönböztethetetlen az egyenletes egyenes vonalú mozgástól, ez a Galilei-féle relativitáselv magyarázata. A testek halmaza közül alapvetően lehetetlen meghatározni, hogy melyikük van „mozgásban” és melyik „nyugalomban”. Mozgásról csak valamilyen vonatkoztatási rendszerre vonatkoztatva beszélhetünk. A mechanika törvényei minden tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben egyformán teljesülnek, vagyis mechanikailag egyenértékűek. Ez utóbbi az úgynevezett galilei átalakulásokból következik.

3. Newton második törvénye.

Newton második törvénye modern megfogalmazásában így hangzik: inerciális vonatkoztatási rendszerben egy anyagi pont lendületének változási sebessége megegyezik az erre a pontra ható összes erő vektorösszegével.

ahol az anyagi pont lendülete, az anyagi pontra ható összerő. Newton második törvénye kimondja, hogy a kiegyensúlyozatlan erők hatása egy anyagi pont lendületének megváltozásához vezet.

A lendület meghatározása szerint:

hol a tömeg, ott a sebesség.

A klasszikus mechanikában a fénysebességnél jóval kisebb sebességeknél az anyagi pont tömegét változatlannak tekintjük, ami lehetővé teszi, hogy az alábbi feltételek mellett kivehető a differenciáljelből:

Egy pont gyorsulásának definíciója alapján Newton második törvénye a következőképpen alakul:

Úgy gondolják, hogy ez a „második leginkább híres képlet a fizikában”, bár maga Newton soha nem írta le kifejezetten ebben a formában a második törvényét. Most először ezt az űrlapot törvény K. Maclaurin és L. Euler munkáiban található.

Mivel bármely tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben a test gyorsulása azonos, és nem változik az egyik keretből a másikba való átmenet során, ezért az erő egy ilyen átmenethez képest invariáns.

Minden természeti jelenségben erő származásától függetlenül, csak mechanikai értelemben jelenik meg, vagyis a test egyenletes és egyenes vonalú mozgásának megsértésének oka a tehetetlenségi koordinátarendszerben. Az ellenkező állítás, vagyis az ilyen mozgás tényének megállapítása nem a testre ható erők hiányát jelzi, hanem csak azt, hogy ezeknek az erőknek a hatásai kölcsönösen kiegyensúlyozottak. Egyébként: vektorösszegük modulusos vektor egyenlő nullával. Ez az alapja az erő nagyságának mérésére, ha azt egy ismert nagyságú erővel kompenzálják.

Newton második törvénye lehetővé teszi az erő nagyságának mérését. Például, ha ismerjük egy bolygó tömegét és centripetális gyorsulását a pályán való mozgás során, akkor kiszámíthatjuk az erő nagyságát. gravitációs vonzás, ezen a bolygón a Naptól ható.

4. Newton harmadik törvénye.

Bármely két testre (nevezzük őket 1. testnek és 2. testnek) Newton harmadik törvénye kimondja, hogy az 1. testnek a 2. testre ható ereje együtt jár a testre ható, egyenlő nagyságú, de ellentétes irányú erő megjelenésével. 1 a 2. testből. Matematikailag a törvény így van írva:

Ez a törvény azt jelenti, hogy az erők mindig cselekvés-reakció párokban lépnek fel. Ha az 1. test és a 2. test ugyanabban a rendszerben van, akkor ezeknek a testeknek a kölcsönhatásából adódó összerő a rendszerben nulla:

Ez azt jelenti, hogy egy zárt rendszerben nincsenek kiegyensúlyozatlanok belső erők. Ez oda vezet, hogy egy zárt rendszer tömegközéppontja (vagyis olyané, amelyre nem hat) külső erők) nem tud gyorsulni. A rendszer egyes részei felgyorsulhatnak, de csak úgy, hogy a rendszer egésze nyugalmi állapotban vagy egyenletes lineáris mozgásban maradjon. Ha azonban külső erők hatnak a rendszerre, akkor a tömegközéppontja a külső eredő erővel arányos és a rendszer tömegével fordítottan arányos gyorsulással mozogni kezd.

5. Gravitáció.

Gravitáció ( gravitáció) - egyetemes kölcsönhatás bármilyen típusú anyag között. Belül klasszikus mechanika az egyetemes gravitáció törvénye írja le, amelyet Isaac Newton „Mathematical Principles of Natural Philosophy” című munkájában fogalmazott meg. Newton megkapta annak a gyorsulásnak a nagyságát, amellyel a Hold mozog a Föld körül, számításai során feltételezve, hogy a gravitációs erő a gravitációs testtől való távolság négyzetével fordított arányban csökken. Ezenkívül azt is megállapította, hogy az egyik testnek a másik általi vonzása által okozott gyorsulás arányos e testek tömegének szorzatával. E két következtetés alapján fogalmazódott meg a gravitáció törvénye: bármely anyagrészecskék a tömegek szorzatával ( és ) egyenesen arányos és a köztük lévő távolság négyzetével fordítottan arányos erővel vonzódnak egymás felé:

Itt van a gravitációs állandó, melynek értékét először a kísérleteim során kaptam meg Henry Cavendish. Használata ezt a törvényt, képleteket kaphat a testek gravitációs erejének kiszámításához szabad formában. Newton gravitációs elmélete jól leírja a bolygók mozgását naprendszerés még sokan mások égitestek. Ez azonban a hosszú távú cselekvés koncepcióján alapul, ami ellentmond a relativitáselméletnek. azért klasszikus elmélet A gravitáció nem alkalmazható a fénysebességhez közeli sebességgel mozgó testek mozgásának, a rendkívül nagy tömegű objektumok (például fekete lyukak) gravitációs mezőinek, valamint a mozgó testek által létrehozott változó gravitációs mezők leírására. nagy távolságok tőlük.

A gravitáció általánosabb elmélete az általános elmélet Albert Einstein relativitáselmélete. Ebben a gravitációt nem a vonatkoztatási rendszertől független invariáns erő jellemzi. Helyette szabad mozgás A gravitációs térben lévő testeket, amelyeket a megfigyelő háromdimenziós téridőben változó sebességű görbe pályák mentén történő mozgásként érzékel, tehetetlenségi mozgásnak tekintjük egy geodéziai vonal mentén egy görbe négydimenziós téridőben, amelyben az idő be különböző pontokat másként folyik. Sőt, ez a vonal bizonyos értelemben „a legközvetlenebb” - olyan, hogy a tér-idő intervallum (a megfelelő idő) két tér-idő pozíció között adott test maximális A tér görbülete a testek tömegétől, valamint a rendszerben jelenlévő összes energiafajtától függ.

6. Elektrosztatikus mező (stacionárius töltések mezője).

A fizika Newton utáni fejlődése a három fő mennyiséghez (hossz, tömeg, idő) hozzáadott egy C dimenziójú elektromos töltést. A gyakorlat követelményei alapján azonban nem a töltés mértékegységét, hanem az elektromosság mértékegységét kezdték használni. az áramerősség a fő mértékegység. Így az SI rendszerben az alapegység az amper, a töltés mértékegysége a coulomb pedig ennek származéka.

Mivel a töltés, mint olyan, nem létezik az azt hordozó testtől függetlenül elektromos kölcsönhatás A testek ugyanazon erő formájában nyilvánulnak meg, mint a mechanikában, amely a gyorsulás okaként szolgál. Két nagyságú és vákuumban elhelyezkedő ponttöltés elektrosztatikus kölcsönhatásával kapcsolatban a Coulomb-törvényt használjuk. Az SI rendszernek megfelelő formában így néz ki:

ahol az az erő, amellyel az 1 töltés hat a 2 töltésre, a vektor az 1 töltésről a 2 töltésre irányul, és modulo egyenlő a távolsággal töltések között, és az elektromos állandó egyenlő ≈ 8,854187817 10 −12 F/m. Ha töltéseket helyezünk homogén és izotróp közegbe, a kölcsönhatási erő ε-szeresével csökken, ahol ε a közeg dielektromos állandója.

Az erő az összekötő vonal mentén irányul pontdíjak. Grafikusan az elektrosztatikus mezőt általában képként ábrázolják elektromos vezetékek, amelyek képzeletbeli pályák, amelyek mentén egy tömegtől mentes töltött részecske mozogna. Ezek a vonalak egy töltéssel kezdődnek, és egy másik töltéssel érnek véget.

7. Elektromágneses tér (egyenáramú mező).

A mágneses mező létezését már a középkorban felismerték a kínaiak, akik szerető kő" - mágnes, mint prototípus mágneses iránytű. Grafikusan a mágneses mezőt általában zárt erővonalak formájában ábrázolják, amelyek sűrűsége (ugyanaz, mint az esetben elektrosztatikus mező) határozza meg annak intenzitását. Történelmileg a mágneses mező vizuális megjelenítésének módja az volt, hogy vasreszeléket szórtak rá, például egy mágnesre helyezett papírra.

Oersted megállapította, hogy a vezetőn átfolyó áram a mágnestű elhajlását okozza.

Faraday arra a következtetésre jutott, hogy az áramot vezető vezeték körül mágneses mező jön létre.

Ampere egy, a fizikában elismert hipotézist terjesztett elő a mágneses tér megjelenési folyamatának modelljeként, amely abban áll, hogy az anyagokban mikroszkopikus zárt áramok léteznek, amelyek együttesen a természetes vagy indukált mágnesesség hatását biztosítják.

Ampere megállapította, hogy egy vákuumban elhelyezkedő referenciakeretben, amelyhez képest a töltés mozgásban van, azaz úgy viselkedik, elektromos áram, mágneses tér keletkezik, melynek intenzitását a töltésmozgás irányára merőleges síkban elhelyezkedő mágneses indukciós vektor határozza meg.

A mágneses indukció mértékegysége a tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
A problémát Ampere kvantitatívan megoldotta, és megmérte a kettő közötti kölcsönhatás erejét párhuzamos vezetők rajtuk átfolyó áramokkal. Az egyik vezető mágneses teret hozott létre maga körül, a másik erre a térre reagálva mérhető erővel közeledett vagy távolodott, annak ismeretében, hogy melyik és mekkora áramerősséggel lehetett meghatározni a mágneses indukciós vektor nagyságát.

Kényszer interakció között elektromos töltések, egymáshoz képest nem mozgásban leírja a Coulomb-törvény. Az egymáshoz képest mozgásban lévő töltések azonban létrehoznak mágneses mezők, amelyen keresztül a töltések mozgása által létrehozott áramok be általános eset erőteljes interakció állapotába kerül.

Az alapvető különbség a keletkező erő között, amikor relatív mozgás töltések stacionárius elhelyezése esetén ezeknek az erőknek a geometriájának különbsége. Az elektrosztatika esetében a két töltés közötti kölcsönhatási erők az őket összekötő vonal mentén irányulnak. Ezért a feladat geometriája kétdimenziós, és a mérlegelés egy ezen az egyenesen áthaladó síkban történik.

Az áramok esetében az áram által létrehozott mágneses teret jellemző erő az áramra merőleges síkban helyezkedik el. Ezért a jelenség képe háromdimenzióssá válik. Az első áram egy végtelenül kicsi eleme által létrehozott mágneses tér, amely kölcsönhatásba lép a második áram azonos elemével, általában erőt hoz létre, amely rá ható. Ráadásul ez a kép mindkét áram esetében teljesen szimmetrikus abban az értelemben, hogy az áramok számozása tetszőleges.

Az áramok kölcsönhatásának törvénye az egyenáram szabványosítására szolgál.

8.Erős interakció.

Az erős erő a hadronok és kvarkok közötti alapvető rövid távú kölcsönhatás. Az atommagban erős interakció pozitív töltésű (elektrosztatikus taszítást tapasztaló) protonokat tartja össze, ez a nukleonok (protonok és neutronok) közötti pi mezonok cseréjén keresztül történik. A pi mezonok nagyon rövid életet élnek, csak annyit, hogy biztosítsák nukleáris erők az atommag sugarán belül, ezért a nukleáris erőket rövid hatótávolságúnak nevezik. A neutronok számának növekedése „hígítja” az atommagot, csökkenti az elektrosztatikus erőket és növeli a nukleáris erőket, de nagy mennyiségben A neutronok, ők maguk, fermionok lévén, a Pauli-elv miatt taszítást tapasztalnak. Továbbá, amikor a nukleonok túl közel kerülnek, megindul a W-bozonok cseréje, ami taszítást okoz. atommagok ne "omoljon össze".

Magukon a hadronokon belül az erős kölcsönhatás tartja össze a kvarkokat – a hadronok alkotórészeit. Quanta erős mezőny gluonok. Minden kvark három „színes” töltés egyikével rendelkezik, mindegyik gluon egy „szín” – „anticolor” párból áll. A gluonok megkötik a kvarkokat az ún. „bezártság”, ami miatt pillanatnyilag szabad kvarkokat nem figyeltek meg a kísérletben. Ahogy a kvarkok távolodnak egymástól, a gluonkötések energiája nő, és nem csökken, mint nukleáris kölcsönhatás. Sok energia elköltésével (hadronok ütköztetésével egy gyorsítóban) megszakítható a kvark-gluon kötés, ugyanakkor új hadronok sugára szabadul fel. A szabad kvarkok azonban létezhetnek a térben: ha valamelyik kvarknak sikerült elkerülnie a bezártságot közben ősrobbanás, akkor eltűnően kicsi annak a valószínűsége, hogy egy ilyen kvark megsemmisül a megfelelő antikvarkkal vagy színtelen hadronná alakul.

9. Gyenge interakció.

Gyenge interakció- alapvető rövid távú interakció. 10. tartomány −18 m. Szimmetrikus a térbeli inverzió és a töltéskonjugáció kombinációja tekintetében. Minden alapvető elem részt vesz a gyenge kölcsönhatásban.fermionok (leptonokÉs kvarkok). Ez az egyetlen interakció, amely magában foglaljaneutrino(nem számítva gravitáció, elhanyagolható ben laboratóriumi körülmények), ami megmagyarázza e részecskék kolosszális áthatoló képességét. A gyenge kölcsönhatás lehetővé teszi a leptonokat, kvarkokat és azok kialakulásátantirészecskék csere energia, tömeg, elektromos töltésÉs kvantumszámok- azaz egymásba fordulni. Az egyik megnyilvánulása azbéta bomlás.