Milyen erők léteznek a természetben. Erők a természetben
Már 2x segítettem ebben a problémában!
Newton törvényei. Erők a természetben: rugalmasság, súrlódás, gravitáció. Törvény egyetemes gravitáció.
2. Erők a természetben: rugalmasság, súrlódás, gravitáció. Megtudtuk, hogy az erő a testek kölcsönhatásának mennyiségi mértéke, és a nemzetközi SI-ben az erő mértékegységét newtonnak (N) nevezik.
Az erő mérésére szolgáló eszközt dinamométernek nevezzük.
Az erők természetüknél fogva a következők:
Gravitációs: gravitáció, gravitációs erő
Elektromágneses: rugalmas erő, súrlódási erő
Gyenge és erős kölcsönhatások térszinten: Coulomb-erő, Amper-erő, Lorentz-erő.
Tekintsük részletesebben a rugalmassági, súrlódási és gravitációs erőket.
Gravitáció.
Azt az erőt, amellyel a Föld minden testet magához vonz, gravitációnak nevezzük. Jelölve - Fstrand, a tömegközéppontra alkalmazva, sugárirányban a Föld középpontja felé irányítva, a képlet határozza meg
Ahol: m – testtömeg; g – gyorsulás szabadesés(g=9,8 m/s2).
Súrlódási erő.
Az az erő, amely akkor keletkezik, amikor az egyik test egy másik felülete mentén mozog, és felé irányul ellentétes mozgás súrlódási erőnek nevezzük.
A súrlódási erő alkalmazási pontja a súlypont alatt, az érintkező felületek mentén történő mozgással ellentétes irányban. A súrlódási erő statikus súrlódási erőre, gördülési súrlódási erőre és csúszó súrlódási erőre oszlik. A statikus súrlódási erő olyan erő, amely megakadályozza az egyik test mozgását a másik felületén. Séta közben a talpra ható statikus súrlódási erő gyorsulást kölcsönöz az embernek. Csúszáskor a kezdetben mozdulatlan testek atomjai közötti kötések megszakadnak, a súrlódás csökken. A csúszó súrlódási erő attól függ relatív sebességérintkező testek mozgása. A gördülési súrlódás sokszor kisebb, mint a csúszósúrlódás.
A súrlódási erőt a következő képlet határozza meg:
ahol: µ a súrlódási együttható, a felületkezelés jellegétől és az érintkező testek anyagkombinációjától (az egyes atomok vonzási erejétől) függő dimenzió nélküli mennyiség különféle anyagok jelentősen függenek elektromos tulajdonságaiktól);
N – támasztó reakcióerő az a rugalmas erő, amely a testtömeg hatására a felületben keletkezik.
Vízszintes felületre: Ftr = µmg
Amikor egy szilárd test folyadékban vagy gázban mozog, viszkózus súrlódási erő keletkezik. A viszkózus súrlódási erő jelentősen kevesebb erőt száraz súrlódás. A test relatív sebességével ellentétes irányba is irányul. A viszkózus súrlódásnál nincs statikus súrlódás. A viszkózus súrlódás ereje erősen függ a test sebességétől.
Rugalmas erő
Amikor egy test deformálódik, olyan erő keletkezik, amely visszaállítja a test korábbi méretét és alakját. Elasztikus erőnek nevezik.
Az alakváltozás legegyszerűbb fajtája a húzó vagy nyomó alakváltozás.
Kis alakváltozásoknál (|x|<< l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, ellenkező irányba testrészecskék mozgása deformáció során: Fkontroll =kx
Ez az összefüggés kifejezi Hooke kísérletileg megállapított törvényét: a rugalmas erő egyenesen arányos a test hosszának változásával.
Ahol: k a test merevségi együtthatója newton per méterben (N/m) mérve. A merevségi együttható a test alakjától és méretétől, valamint az anyagtól függ.
3. Az egyetemes gravitáció törvénye.
A víz minden nap elhagyja a partokat, majd mintha mi sem történt volna, visszatér.
Tehát a víz jelenleg nem valahol ismeretlen helyen van, hanem hozzávetőlegesen az óceán közepén. Ott valami vízhegy képződik. Hihetetlen, igaz? A szétterülő tulajdonságú víz nemcsak lefolyik, hanem hegyeket is alkot. És ezekben a hegyekben hatalmas víztömeg koncentrálódik. De ha ez megtörténik, annak valami oka lehet. És megvan az oka. Az ok abban rejlik, hogy ez a víz vonzza a Holdat.
Ahogy a Hold a Föld körül kering, áthalad az óceánok felett
Városi oktatási intézmény Dmitrievskaya középiskola
Fizika óra a 11. osztályban "Erők a természetben" témában
Kolupaev Vlagyimir Grigorjevics
fizika tanár
2015
Célja A lecke az „Erők a természetben” témában található programanyag bővítése, valamint az egységes államvizsga-feladatok megoldásához szükséges gyakorlati készségek és képességek fejlesztése.
Az óra céljai:
konszolidálja a tanult anyagot,
elképzeléseket formálni a tanulókban az erőkről általában és az egyes erőkről külön-külön,
kompetensen alkalmazza a képleteket és helyesen készítsen rajzokat a problémák megoldása során.
Az órát multimédiás bemutató kíséri.
ÉN. Erővel vektormennyiségnek nevezzük, amely a testek kölcsönhatásának következményeként bármely mozgás oka. A kölcsönhatás lehet érintkezés, deformációt okozó vagy érintésmentes. Az alakváltozás egy test vagy egyes részei alakjának kölcsönhatás következtében bekövetkező változása.
A Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI) az erő mértékegységét ún newton(N). 1 N egyenlő azzal az erővel, amely 1 m/s 2 gyorsulást kölcsönöz egy 1 kg súlyú referenciatestnek az erő irányában. Az erő mérésére szolgáló eszköz egy dinamométer.
Az erő testre gyakorolt hatása a következőktől függ:
Az alkalmazott erő nagysága;
Erő alkalmazási pontok;
Az erőhatás irányai.
Az erők természetüknél fogva gravitációs, elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatások a tér szintjén. A gravitációs erők közé tartozik a gravitáció, a testsúly és a gravitáció. Az elektromágneses erők közé tartozik a rugalmas erő és a súrlódási erő. A terepi szintű kölcsönhatások közé tartoznak az olyan erők, mint: Coulomb-erő, Amper-erő, Lorentz-erő.
Nézzük a javasolt erőket.
A gravitációs erő.
A gravitációs erőt az egyetemes gravitáció törvénye határozza meg, és a testek gravitációs kölcsönhatásai alapján jön létre, mivel minden tömegű testnek van gravitációs tere. Két test egyenlő nagyságú és ellentétes irányú erőkkel lép kölcsönhatásba, amelyek egyenesen arányosak a tömegek szorzatával és fordítottan arányosak a középpontjaik közötti távolság négyzetével.
G = 6,67. 10 -11 - Cavendish által meghatározott gravitációs állandó.
1. ábra
Az egyetemes gravitációs erő egyik megnyilvánulása a gravitációs erő, a szabadesés gyorsulása pedig a következő képlettel határozható meg:
Ahol: M a Föld tömege, Rz a Föld sugara.
Gravitáció.
Azt az erőt, amellyel a Föld minden testet magához vonz, gravitációnak nevezzük. F szál jelöli, a tömegközéppontra alkalmazva, sugárirányban a Föld közepe felé irányítva, az F szál = mg képlettel meghatározva.
Ahol: m – testtömeg; g – gravitációs gyorsulás (g=9,8m/s2).
Testsúly.
Azt az erőt, amellyel a test a gravitáció hatására egy vízszintes támasztékra vagy függőleges felfüggesztésre hat, súlynak nevezzük. Jelölve - P, támasztékra vagy felfüggesztésre rögzítve a súlypont alatt, lefelé irányítva.
2. ábra
Ha a test nyugalomban van, akkor vitatható, hogy a súly egyenlő a gravitációs erővel, és a P = mg képlet határozza meg.
Ha egy test gyorsulással felfelé mozog, akkor a test túlterhelést tapasztal. A tömeget a P = m(g + a) képlet határozza meg.
3. ábra
A testtömeg körülbelül kétszerese a gravitációs modulusnak (kettős túlterhelés).
Ha egy test lefelé irányuló gyorsulással mozog, akkor a test súlytalanságot tapasztalhat a mozgás első másodperceiben. A tömeget a P = m(g - a) képlet határozza meg.
Rizs. 4
Súrlódási erő.
Súrlódási erőnek nevezzük azt az erőt, amely akkor keletkezik, amikor az egyik test a másik felületén mozog, a mozgással ellentétes irányban.
5. ábra
A súrlódási erő alkalmazási pontja a súlypont alatt, az érintkező felületek mentén történő mozgással ellentétes irányban. A súrlódási erő statikus súrlódási erőre, gördülési súrlódási erőre és csúszósúrlódási erőre oszlik. A statikus súrlódási erő olyan erő, amely megakadályozza az egyik test mozgását a másik felületén. Séta közben a talpra ható statikus súrlódási erő gyorsulást kölcsönöz az embernek. Csúszáskor a kezdetben mozdulatlan testek atomjai közötti kötések megszakadnak, a súrlódás csökken. A csúszósúrlódás ereje az érintkező testek relatív mozgási sebességétől függ. A gördülési súrlódás sokszor kisebb, mint a csúszósúrlódás.
6. ábra
A súrlódási erőt a következő képlet határozza meg:
F = µN
ahol: µ a súrlódási együttható, egy dimenzió nélküli mennyiség, amely a felületkezelés jellegétől és az érintkező testek anyagkombinációjától függ (különböző anyagok egyes atomjainak vonzási ereje jelentősen függ azok elektromos tulajdonságaitól);
N – támasztó reakcióerő az a rugalmas erő, amely a testtömeg hatására a felületben keletkezik.
Vízszintes felületre: F tr = µmg
Amikor egy szilárd test folyadékban vagy gázban mozog, viszkózus súrlódási erő keletkezik. A viszkózus súrlódási erő lényegesen kisebb, mint a száraz súrlódási erő. A test relatív sebességével ellentétes irányba is irányul. A viszkózus súrlódásnál nincs statikus súrlódás. A viszkózus súrlódás ereje erősen függ a test sebességétől.
Rugalmas erő.
Amikor egy test deformálódik, olyan erő keletkezik, amely a test korábbi méretének és alakjának visszaállítására törekszik. Elasztikus erőnek nevezik.
Az alakváltozás legegyszerűbb fajtája a húzó vagy nyomó alakváltozás.
Rizs. 7
Kis alakváltozásoknál (|x|<< l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации: F упр =kх
Ez az összefüggés kifejezi Hooke kísérletileg megállapított törvényét: a rugalmas erő egyenesen arányos a test hosszának változásával.
Ahol: k a test merevségi együtthatója newton per méterben (N/m) mérve. A merevségi együttható a test alakjától és méretétől, valamint az anyagtól függ.
A fizikában a húzó vagy nyomó alakváltozásra vonatkozó Hooke-törvényt általában más formában írják le:
Ahol: – relatív alakváltozás; E a Young-modulus, amely csak az anyag tulajdonságaitól függ, és nem függ a test méretétől és alakjától. Különböző anyagok esetében a Young-modulus nagyon eltérő. Acélhoz például E2·10 11 N/m 2, gumihoz pedig E2·10 6 N/m 2; - mechanikai igénybevétel.
Hajlítási alakváltozás során F szabályozás = - mg és F szabályozás = - Kx.
8. ábra
Ezért megtalálhatjuk a merevségi együtthatót:
k =
A spirálrugókat gyakran használják a technikában. A rugók megfeszítésekor vagy összenyomásakor rugalmas erők lépnek fel, amelyek szintén engedelmeskednek a Hooke-törvénynek, és torziós és hajlító alakváltozások lépnek fel.
Rizs. 9
4. Eredményes erő.
Az eredő erő olyan erő, amely több erő hatását helyettesíti. Ezt az erőt több erőt érintő problémák megoldására használják.
10. ábra
A testre a gravitáció és a talaj reakcióereje hat. Az eredő erőt ebben az esetben a paralelogramma-szabály szerint találjuk meg, és a képlet határozza meg
Az eredő definíciója alapján Newton második törvényét így értelmezhetjük: az eredő erő egyenlő a test gyorsulásának és tömegének szorzatával.
R = ma
Egy egyenes mentén, egy irányban ható két erő eredője egyenlő ezen erők moduljainak összegével, és ezen erők hatásának irányába irányul. Ha az erők egy egyenes mentén, de különböző irányban hatnak, akkor az eredő erő egyenlő a ható erők modulusainak különbségével, és a nagyobb erő irányába irányul.
Arkhimédész ereje.
Az Archimedes-erő egy folyadékban vagy gázban fellépő felhajtóerő, amely a gravitációs erővel ellentétes hatású.
Arkhimédész törvénye: a folyadékba vagy gázba merített test a kiszorított folyadék tömegével megegyező felhajtóerőt fejt ki.
F A = mg = Vg
Ahol: – folyadék vagy gáz sűrűsége; V a bemerített testrész térfogata; g – szabadesés gyorsulás.
11. ábra
Centrifugális erő.
A centrifugális erő akkor lép fel, amikor körben mozog, és a középponttól sugárirányban irányul.
Ahol: v – lineáris sebesség; r a kör sugara.
12. ábra
Coulomb-erő.
A newtoni mechanikában a gravitációs tömeg fogalmát használják, hasonlóan az elektrodinamikában is az elektromos töltés az elektromos töltés olyan fizikai mennyiség, amely a részecskék vagy testek elektromágneses erőkölcsönhatásba lépő tulajdonságát jellemzi. A töltetek kölcsönhatásba lépnek a Coulomb-erővel.
Ahol: q 1 és q 2 – kölcsönható töltések, C-ben (Coulomb) mérve;
r – töltések közötti távolság; k – arányossági együttható.
k=9 . 10 9 (N . m 2)/Cl 2
Gyakran a következő formában írják: , ahol az elektromos állandó egyenlő 8,85-tel . 10 12 Cl 2 /(N . m 2).
13. ábra
A kölcsönhatási erők engedelmeskednek Newton harmadik törvényének: F 1 = - F 2. Ezek taszító erők azonos töltésjelekkel és vonzó erők különböző előjelekkel.
Ha egy töltött test egyidejűleg több töltött testtel lép kölcsönhatásba, akkor az adott testre ható erő egyenlő az összes többi töltött testből erre a testre ható erők vektorösszegével.
14. ábra
Amper teljesítmény.
A mágneses térben lévő áramvezető vezetőre ampererő hat.
F A = IBlsin
Ahol: I – áramerősség a vezetőben; B – mágneses indukció; l a vezető hossza; – a vezető iránya és a mágneses indukciós vektor iránya közötti szög.
Ennek az erőnek az iránya a balkéz szabállyal határozható meg.
Ha a bal kezet úgy kell elhelyezni, hogy a mágneses indukció vonalai bejussanak a tenyérbe, a kinyújtott négy ujj az áramerő hatására irányul, majd a behajlított hüvelykujj jelzi az Amper-erő irányát.
Rizs. 15
Lorentz erő.
Lorentz-erőnek nevezzük azt az erőt, amellyel az elektromágneses tér a benne található töltött testre hat.
F = qvBsin
Rizs. 16
ahol: q – töltési érték; v egy töltött részecske mozgási sebessége; B – mágneses indukció; – a sebesség és a mágneses indukciós vektorok közötti szög.
A Lorentz-erő iránya a balkéz szabállyal határozható meg.
Az óra végén a tanulók lehetőséget kapnak egy táblázat kitöltésére.
Töredék megtekintése (interaktív fizikai modellek)
II. Egységes államvizsga-feladatok megoldása
1. Két azonos tömegű bolygó kering körpályán egy csillag körül. Az elsőnél a csillaghoz ható vonzóerő 4-szer nagyobb, mint a másodiké. Mennyi az első és a második bolygó pályasugarának aránya?
1)
2)
3)
4)
Megoldás.
Az egyetemes gravitáció törvénye szerint a bolygó csillaghoz való vonzódásának ereje fordítottan arányos a pálya sugárának négyzetével. Így a bolygók tömegének egyenlősége miatt () az első és a második bolygó csillagához viszonyított vonzási erők aránya fordítottan arányos az orbitális sugarak négyzeteinek arányával:
A feltétel szerint az első bolygó vonzóereje a csillaghoz 4-szer nagyobb, mint a másodiké: ami azt jelenti,
2. Az előadás során a tornász lelöki az ugródeszkát (1. szakasz), bukfencet hajt a levegőben (2. szakasz) és lábra száll (3. szakasz). Mely mozgásszakasz(ok)ban tapasztalhatja meg a tornász a súlytalansághoz közeli állapotot?
1) csak a 2. szakaszban
2) csak az 1. és 2. szakaszban
3) az 1., 2. és 3. szakaszban
4) a fenti szakaszok egyikében sem
Megoldás.
A súly az az erő, amellyel a test rányom egy támasztékot vagy megfeszíti a felfüggesztést. A súlytalanság állapota az, hogy a testnek nincs súlya, miközben a gravitációs erő nem tűnik el sehol. Amikor a tornász lenyomja az ugródeszkát, nyomást gyakorol rá. Amikor egy tornász a lábára száll, lenyomja a földet. Az ugródeszka és a talaj támaszként működik, így az 1. és 3. szakaszban nincs súlytalansághoz közeli állapotban. Éppen ellenkezőleg, repülés közben (2. szakasz) a tornásznak egyszerűen nincs támasza, ha figyelmen kívül hagyják a légellenállást. Mivel nincs alátámasztás, nincs súly, ami azt jelenti, hogy a tornász valóban súlytalansághoz közeli állapotot él át.
3. A test két szálon van felfüggesztve, és egyensúlyban van. A menetek közötti szög egyenlő, a szálak feszítőereje pedig 3 N és 4 H. Mekkora a testre ható gravitációs erő?
1) 1H
2) 5 H
3) 7H
4) 25 H
Megoldás.
Összesen három erő hat a testre: a gravitáció és a két szál feszítőereje. Mivel a test egyensúlyban van, mindhárom erő eredőjének nullával kell egyenlőnek lennie, ami azt jelenti, hogy a gravitációs modulus egyenlő
Helyes válasz: 2.
4. Az ábrán három, ugyanabban a síkban fekvő és egy pontra ható erővektor látható.
1) 0 H
2) 5 H
3) 10H
4) 12H
Megoldás.
Az ábrából jól látható, hogy az erők eredője egybeesik az erővektorral, ezért mindhárom erő eredőjének modulusa egyenlő
Az ábra léptékét felhasználva megtaláljuk a végső választ
Helyes válasz: 3.
5. Hogyan mozog egy anyagi pont, ha a rá ható erők összege nulla? Melyik állítás igaz?
1) sebesség anyagi pont szükségszerűen nullával egyenlő
2) egy anyagi pont sebessége idővel csökken
3) az anyagi pont sebessége állandó, és szükségszerűen nem egyenlő nullával
4) egy anyagi pont sebessége tetszőleges lehet, de időben állandónak kell lennie
Megoldás.
Newton második törvénye szerint inerciális vonatkoztatási rendszerben a test gyorsulása arányos az összes erő eredőjével. Mivel a feltétel szerint a testre ható összes erő összege nulla, a test gyorsulása is nulla, ami azt jelenti, hogy a test sebessége bármilyen lehet, de időben állandónak kell lennie. .
Helyes válasz: 4.
6. Egy 5 kg tömegű, vízszintes felületen mozgó tömbre 20 N csúszósúrlódási erő hat. Mennyi lesz a csúszósúrlódási erő a test tömegének 2-szeres csökkentése után, ha a súrlódási együttható nem változik?
1) 5 N
2) 10 N
3) 20 N
4) 40 N
Megoldás.
A csúszó súrlódási erő a súrlódási együtthatóval és a támasztó reakcióerővel arányos. Vízszintes felületen mozgó blokkra Newton második törvénye szerint .
Így a csúszó súrlódási erő arányos a súrlódási tényező és a blokk tömegének szorzatával. Ha a súrlódási együttható nem változik, akkor a testtömeg 2-szeres csökkentése után a csúszó súrlódási erő is kétszeresére csökken és egyenlő lesz
Helyes válasz: 2.
III. Összegzés, értékelés.
IV. D/z:
Az ábrán három, ugyanabban a síkban elhelyezkedő és egy pontra ható erővektor látható.
Az ábra léptéke olyan, hogy egy rácsnégyzet oldala 1 H erőmodulusnak felel meg. Határozza meg a három erővektor eredőjének vektorának modulusát!
A grafikon a gravitáció testtömegtől való függését mutatja egy bizonyos bolygó esetében.
Mekkora a gravitáció miatti gyorsulás ezen a bolygón?
Internetes forrás: 1.
2.
Irodalom:
M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky „Egységes államvizsga 2009”
V. A. Kasyanov „Fizika. Profilszint"
Ami azt a mértéket jellemzi, amellyel más testek vagy mezők egy testre hatnak, erőnek nevezzük. A második szerint a test gyorsulása egyenesen arányos a rá ható erővel. Ennek megfelelően egy test sebességének megváltoztatásához erőt kell kifejteni rá. Ezért igaz, hogy a természetben lévő erők minden mozgás forrásául szolgálnak.
Inerciális referenciarendszerek
Az erők a természetben vektormennyiségek, vagyis van nagyságuk és irányuk. Két erő csak akkor tekinthető azonosnak, ha nagyságuk egyenlő és irányuk egybeesik.
Ha nincsenek a testre ható erők, és abban az esetben is, ha az adott testre ható erők geometriai összege (ezt az összeget gyakran az összes erő eredőjének nevezik) egyenlő nullával, akkor a test vagy a pihen, vagy állandó sebességgel halad tovább ugyanabba az irányba (azaz tehetetlenséggel mozog). Ez a kifejezés inerciális referenciarendszerekre érvényes. Az ilyen rendszerek létezését Newton első törvénye feltételezi. A természetben nincsenek ilyen rendszerek, de kényelmesek, gyakorlati problémák megoldása során azonban gyakran tehetetlennek tekinthető a Földhöz kapcsolódó referenciarendszer.
Föld - inerciális és nem inerciális vonatkoztatási rendszer
Különösen az építési munkák során, az autók mozgásának és az úszóközlekedés számításakor az a feltételezés, hogy a Föld tehetetlenségi vonatkoztatási rendszer, elégséges ahhoz, hogy a ható erőket a gyakorlati problémák megoldásához szükséges pontossággal leírjuk.
A természetben is vannak olyan problémák, amelyek nem engedik meg ezt a feltételezést. Ez különösen az űrprojektekre vonatkozik. Amikor egy rakéta egyenesen felfelé indul, a Föld forgása miatt nem csak függőleges, hanem vízszintes irányban is látható mozgást végez a Föld forgásával szemben. Ez a mozgás felfedi a bolygónkhoz kapcsolódó referenciarendszer tehetetlenségét.
Fizikailag nincsenek olyan erők, amelyek eltérítenék a rakétát. Mindazonáltal a rakéta mozgásának leírásához kényelmesen használható. Ezek az erők fizikailag nem léteznek, de létezésük feltételezése lehetővé teszi, hogy egy nem inerciarendszert tehetetlenségnek képzeljünk el. Más szavakkal, a rakéta röppályájának kiszámításakor azt feltételezzük, hogy a Föld referenciakerete tehetetlen, ugyanakkor egy bizonyos vízszintes irányú erő hat a rakétára. Ezt az erőt Coriolis-erőnek nevezik. A természetben akkor válik észrevehetővé a hatása, ha bolygónkhoz képest egy bizonyos magasságban elég hosszú ideig vagy nagy sebességgel mozgó testekről beszélünk. Így nem csak a rakéták és műholdak mozgásának leírásánál veszik figyelembe, hanem a tüzérségi lövedékek, repülőgépek stb. mozgásának kiszámításakor is.
Az interakciók természete
A természetben minden erő eredetük természeténél fogva a négy alapvető erőhöz tartozik: gravitációs, gyenge és erős). A makrokozmoszban csak a gravitáció és az elektromágneses erők hatása észlelhető. A gyenge és erős kölcsönhatások befolyásolják az atommagok és a szubatomi részecskék belsejében zajló folyamatokat.
A gravitációs kölcsönhatás leggyakoribb példája az az erő, amellyel a Föld hat a körülötte lévő testekre.
Az elektromágneses erők a nyilvánvaló példákon kívül magukban foglalják az összes rugalmas, nyomással összefüggő kölcsönhatást, amelyet a testek egymásra gyakorolnak. Ennek megfelelően az olyan természeti erő, mint a súly (az az erő, amellyel a test egy felfüggesztésre vagy támasztékra hat), elektromágneses természetű.
Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot
Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.
közzétett http://www.allbest.ru/
Az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériuma
Szövetségi Állami Autonóm Oktatási
felsőoktatási intézmény
"Nemzeti Kutató Tomszki Politechnikai Egyetem"
Kibernetikai Intézet
Tanulmányi terület: Mechatronika és robotika
Részleg: Integrált Számítógépes Vezérlőrendszerek
Esszé
a témában:" Erők a természetben"
Készítette: Sergeev A.S.
Elfogadta: tanszéki docens. E.F. Kravchenko N.S.
Tomszk - 2016
Bevezetés
A nagyenergiájú fizika modern vívmányai egyre inkább megerősítik azt az elképzelést, hogy a természet tulajdonságainak sokfélesége a kölcsönhatásban lévő elemi részecskéknek köszönhető. Látszólag lehetetlen informálisan meghatározni egy elemi részecskét, mivel az anyag legelsődleges elemeiről beszélünk. Minőségi szinten azt mondhatjuk, hogy az igazán elemi részecskék olyan fizikai objektumok, amelyek nem tartalmaznak alkotóelemeket.
Nyilvánvaló, hogy a fizikai tárgyak elemi természetének kérdése elsősorban kísérleti kérdés. Például kísérletileg megállapították, hogy a molekulák, atomok és atommagok olyan belső szerkezettel rendelkeznek, amely az alkotórészek jelenlétét jelzi. Ezért nem tekinthetők elemi részecskéknek. Viszonylag nemrégiben fedezték fel, hogy az olyan részecskék, mint a mezonok és a barionok, szintén rendelkeznek belső szerkezettel, és ezért nem elemiek. Ugyanakkor az elektron belső szerkezetét soha nem figyelték meg, ezért az elemi részecskék közé sorolható. Az elemi részecske egy másik példája a fénykvantum - egy foton.
A modern kísérleti adatok azt mutatják, hogy csak négy minőségileg különböző típusú kölcsönhatás létezik, amelyben az elemi részecskék vesznek részt. Ezeket a kölcsönhatásokat fundamentálisnak, azaz legalapvetőbbnek, kezdetinek, elsődlegesnek nevezzük. Ha figyelembe vesszük a minket körülvevő világ tulajdonságainak sokféleségét, akkor teljesen meglepőnek tűnik, hogy a Természetben mindössze négy alapvető kölcsönhatás felelős minden természeti jelenségért.
Az alapvető kölcsönhatások a minőségi különbségek mellett hatásuk erősségében kvantitatívan különböznek, amit az intenzitás kifejezéssel jellemezünk. Az intenzitás növekedésével az alapvető kölcsönhatások a következő sorrendbe rendeződnek: gravitációs, gyenge, elektromágneses és erős. Ezen kölcsönhatások mindegyikét egy megfelelő paraméter, az úgynevezett csatolási állandó jellemzi, amelynek számértéke határozza meg a kölcsönhatás intenzitását.
Hogyan hajtanak végre alapvető kölcsönhatásokat egymással a fizikai objektumok? Minőségi szinten a válasz erre a kérdésre a következő. Az alapvető kölcsönhatásokat kvantumok hordozzák.
Ezenkívül a kvantumtérben az alapvető kölcsönhatások megfelelnek a megfelelő elemi részecskéknek, amelyeket elemi részecskéknek - kölcsönhatások hordozóinak neveznek. Az interakció során egy fizikai objektum részecskéket bocsát ki - az interakció hordozóit, amelyeket egy másik fizikai tárgy elnyel. Ez oda vezet, hogy a tárgyak mintha éreznék egymást, megváltozik az energiájuk, mozgásuk jellege, állapotuk, azaz kölcsönös befolyást tapasztalnak.
A modern nagyenergiájú fizikában az alapvető kölcsönhatások egyesítése egyre fontosabbá válik. Az egyesülés elképzelései szerint a Természetben egyetlen alapvető kölcsönhatás létezik, amely adott helyzetekben gravitációs, vagy gyenge, vagy elektromágneses, vagy erős, vagy ezek valamilyen kombinációjaként jelenik meg. Az egységesítési elképzelések sikeres megvalósítása az elektromágneses és gyenge kölcsönhatások ma már szabványos egységesített elméletének megalkotása volt. Folyamatban van az elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatások egységes elméletének kidolgozása, amelyet nagy egyesülési elméletnek neveznek. Próbálnak olyan elvet találni, amely mind a négy alapvető kölcsönhatást egyesíti.
C iszap
Egy test sebessége a Földhöz képest megváltozik, amikor más testek hatnak rá. Például:
Amikor az ember tolja a kocsit, mozgásba hozza. Ebben az esetben a kocsi sebessége megváltozik az emberi kéz hatására.
Nézzünk egy másik példát:
Amikor a kéz kölcsönhatásba lép a labdával, megfigyeljük, hogy a rugó tekercsei mozogni kezdenek, és a rugó összenyomódik. Miután elengedtük, látni fogjuk, hogy a rugó, kiegyenesedve, hogyan hozza mozgásba a labdát. Eleinte az aktív test itt az emberi kéz volt. Aztán volt egy tavasz.
Az összes fenti példában a test sebességének változásának oka a többi test által rá gyakorolt hatás volt. Ennek a műveletnek a mértéke egy vektorfizikai mennyiség, az úgynevezett erővel.
Az erő vektormennyiség, mint más vektormennyiségek. Az erőt nem csak a számértéke, hanem az iránya is jellemzi.
Az erőt általában a betű jelenti F.
Ha a testet nem fejtjük ki erővel (F = 0), akkor ez azt jelenti, hogy nincs rá hatása, ezért egy ilyen testnek a Földhöz viszonyított sebessége nem változik. Ha éppen ellenkezőleg, az F erő? 0, akkor a test valamilyen hatást tapasztal, és sebessége megváltozik. Ugyanakkor, mint több erő F, annál jelentősebben változik a test sebessége a Földhöz képest.
Az SI erő mértékegysége newton . H az az erő, amely egy 1 kilogramm tömegű test sebességét 1 m/s-kal 1 másodperc alatt megváltoztatja. Ez az egység a nagy tudósról, I. Newtonról kapta a nevét.
Nézzük a legismertebb erőket.
Eredményes erő
Általában minden mozgó testet nem egy, hanem több test is körülvesz.
Például: Amikor egy test leesik, nem csak a Föld, hanem a levegő is hatással van rá.
Amikor több test hat egy anyagi pontra, közös hatásukat eredő erő jellemzi.
Számos szabály létezik az eredő erő meghatározására.
1) Ha egy testre két F(1) és F(2) erő hat, amelyek egy egyenes mentén irányulnak egy irányba, akkor ezek eredő F a képlettel található
Ebben az esetben az eredő erő iránya egybeesik a kifejtett erők irányával
2) Ha két F(1) és F(2) erő hat a testre, egy egyenes mentén ellentétes oldalak, majd F
F(1) > F(2) eredő F-jüket a képlet határozza meg
F = F(1) - F(2).
Az eredő erő iránya ebben az esetben egybeesik az alkalmazott erők közül a nagyobbik irányával. Ha ebben az esetben F(1) = F(2), akkor az eredő F lesz egyenlő nullával. Ebben az esetben a nyugalomban lévő test nyugalmi állapotban marad, a mozgó test pedig egységes ill egyenes mozgás olyan sebességgel, amilyen volt.
Azt mondják, hogy két egyenlő nagyságú és ugyanazon egyenes mentén ellentétes irányú erő kiegyensúlyozza vagy kompenzálja egymást. Az ilyen erők eredő F értéke mindig nulla, ezért nem változtathatja meg a test sebességét.
Egy test Földhöz viszonyított sebességének megváltoztatásához szükséges, hogy a testre ható összes erő eredője nullától eltérő legyen. Abban az esetben, ha egy test az eredő erő irányába mozog, a sebessége nő; Ellentétes irányú mozgás esetén a test sebessége csökken.
Gravitáció
Miért kerül a vízszintesen kidobott test néhány másodperc múlva a földre?
Miért esik le a kezekből kiszabaduló test?
Ezeknek a jelenségeknek egy oka van - a Föld gravitációja.
A Föld felé ható gravitációs erőt ún gravitáció. A gravitációs erő függőlegesen lefelé irányul. Amikor egy test a gravitáció hatására a Föld felé zuhan, nem csak a Föld, hanem más hatások is hatással vannak rá. Azokban az esetekben, amikor a légellenállás ereje elhanyagolható a gravitációs erőhöz képest, a test esését ún ingyenes.
A gravitációs erő meghatározásához meg kell szorozni a test tömegét a gravitációs gyorsulással:
Ebből a képletből az következik, hogy g = F(T)/m. De az F(T)-t newtonban, az m-t pedig kilogrammban mérik. Ezért a g newtonban mérhető kilogrammonként:
g = 9,8 N/kg - 10 N/kg.
Ahogy a Föld feletti magasság nő, a gravitáció miatti gyorsulás fokozatosan csökken. A gravitáció miatti gyorsulás csökkenése azt jelenti, hogy a gravitációs erő is csökken a Föld feletti magasság növekedésével. Minél távolabb van egy test a Földtől, annál gyengébben vonzza.
Rugalmas erő
Minden, a Föld közelében elhelyezkedő testre hatással van a gravitációja. A gravitáció hatására esőcseppek és hópelyhek hullanak a Földre.
De amikor a cseppek a tetőn hevernek, vonzza a Föld, de nem megy át vagy esik át a tetőn, hanem egyedül marad. Mi akadályozza meg, hogy leessen? Tető. Erővel hat a cseppekre, egyenlő erősségű gravitáció, de az ellenkező irányba irányítják.
Nézzünk egy példát. Két állványon egy tábla látható. Ha egy testet helyez a közepébe, akkor a gravitáció hatására a test elkezdi tolni a táblát, de néhány perc múlva leáll. Ebben az esetben a gravitációs erő egy kiegyensúlyozott erővé válik, amely az ívelt tábla oldaláról hat a testre, és függőlegesen felfelé irányul. Ezt az erőt ún rugalmas erő.
A deformáció során rugalmas erő lép fel. Deformáció a test alakjának vagy méretének megváltozása. A deformáció egyik fajtája a hajlítás. Minél jobban meghajlik a támasz, annál nagyobb a testre ható rugalmas erő ebből a támaszból. Mielőtt a testet (súlyt) a táblára helyezték volna, ez az erő hiányzott. Ahogy a súly mozgott, egyre jobban meghajlítva a támasztékát, úgy nőtt a rugalmas erő is. Abban a pillanatban, amikor a súly megállt, a rugalmas erő elérte a gravitációs erőt, és eredőjük nullával egyenlő.
Ha eleget helyez a támaszra könnyű tárgy, akkor a deformációja olyan jelentéktelen lehet, hogy nem fogunk észrevenni változást a támaszték alakjában. De akkor is lesz deformáció! És ezzel együtt a rugalmas erő is hat, megakadályozva, hogy az ezen a támaszon lévő test leessen. Ilyen esetekben (amikor a test alakváltozása észrevehetetlen és a támasz méretének változása elhanyagolható) a rugalmas erőt ún. földi reakcióerő.
Ha támasz helyett valamilyen felfüggesztést használ (cérna, kötél, drót, rúd stb.), akkor a ráerősített tárgy nyugalomban is tartható. A gravitációs erőt itt is kiegyenlíti az ellentétes irányú rugalmassági erő. Ebben az esetben a rugalmas erő abból adódik, hogy a felfüggesztés megnyúlik a hozzá kapcsolódó terhelés hatására. Nyújtás egy másik típusú deformáció.
R. Hooke tudós nagyban hozzájárult a rugalmasság vizsgálatához. Hooke törvénye kimondja:
Rugalmas erő, amely egy test nyújtásakor vagy összenyomásakor jelentkezik, arányos a megnyúlásával.
Ha a test meghosszabbítása, i.e. hosszának változását x-szel, a rugalmas erőt pedig F(vezérléssel) jelöljük, akkor Hooke törvénye szerint a következő matematikai alakot adhatjuk:
ahol k az arányossági együttható, amelyet a test merevségének neveznek. Minden testnek megvan a maga merevsége. Minél nagyobb egy test merevsége (rugó, huzal, rúd stb.), annál kevésbé változtatja meg a hosszát adott erő hatására.
A merevség SI mértékegysége newton per méter (1 N/m).
Testsúly
Állandóan azt mondjuk: „50 kilogrammot nyom” stb. De nem tudjuk, hogy hibát követünk el. Súly ez egy test tehetetlenségének mértéke, azt, hogy a test hogyan reagál a rá kifejtett hatásra, vagy maga hogyan hat más testekre. A testsúly Ez az az erő, amellyel a test egy vízszintes támaszra vagy függőleges felfüggesztésre hat a Föld gravitációja hatására.
A tömeget kilogrammban mérik, a testtömeget, mint minden más erőt, newtonban mérik. A test súlyának van iránya, mint minden erőnek, és vektormennyiség. De a tömegnek nincs iránya, és skaláris mennyiség.
A test súlya, akárcsak a gravitációs erő, lefelé irányul.
A testsúlyt általában betűvel jelöljük P.
A fizikában a testtömeg képlete a következő:
ahol m a testtömeg
De a gravitáció képletével és irányával való egybeesés ellenére komoly különbség van a gravitáció és a testtömeg között. A testre a gravitációs erő hat, vagyis durván fogalmazva a testet nyomja, a test súlya pedig a támasztékra vagy felfüggesztésre, vagyis itt a test rányomja a felfüggesztést vagy támaszt.
De a gravitáció létezésének természete és a test súlya megegyezik a Föld vonzásával. Szigorúan véve a test súlya a testre ható gravitációs erő következménye. És a gravitációhoz hasonlóan a testtömeg is csökken a magasság növekedésével.
Súrlódási erő
Ha megpróbálja mozgatni a szekrényt, azonnal látni fogja, hogy ez nem olyan egyszerű. Mozgását hátráltatja a lába és a padló kölcsönhatása, amelyen áll.
A testek érintkezési pontján fellépő és egymáshoz viszonyított mozgásukat megakadályozó kölcsönhatást ún súrlódás, és az erre a kölcsönhatásra jellemző erő az súrlódási erő.
Háromféle súrlódás létezik: statikus súrlódás, csúszósúrlódás és gördülési súrlódás.
1) Statikus súrlódás. Tegyük fel a testet ferde sík. A sík kis dőlésszöge esetén a test a helyén maradhat. Mi akadályozza meg, hogy lecsússzon? Nyugalmi súrlódás. A statikus súrlódási erő bármilyen lehet.
Együtt változik azzal az erővel, amely a testet elmozdítja a helyéről. De bármely két kölcsönhatásban lévő test számára van néhány maximális érték, ami nem lehet nagyobb.
Ha olyan erőt fejtünk ki a testre, amely meghaladja a statikus súrlódás maximális erejét, elmozdítjuk a helyéről, és a test elkezd mozogni. Ebben az esetben a statikus súrlódást csúszósúrlódás váltja fel. súrlódási erő gravitáció
2) Csúszó súrlódás. Mi okozza a szán fokozatos leállását? A csúszósúrlódás miatt. A csúszó súrlódási erő mindig a test mozgási irányával ellentétes irányba irányul.
3) Gördülési súrlódás. Ha egy test nem csúszik egy másik test felületén, hanem gördül, mint egy kerék vagy henger, akkor az érintkezésük helyén fellépő súrlódást gördülési súrlódásnak nevezzük.
A gördülő kerék valamelyest benyomódik az útfelületbe, ezért mindig van előtte egy kis ütés, amit le kell győzni. Gördülési súrlódást éppen az okoz, hogy a gördülő keréknek folyamatosan fel kell másznia az előtte megjelenő tuberculusra. Sőt, minél keményebb az út, annál kisebb a gördülési súrlódás.
Következtetés
Tehát áttekintettük a leghíresebb erőket. Röviden ismertettük az egyes erőket, és megnéztünk példákat az életből.
Foglaljuk össze táblázatos formában az eredményeket:
Bibliográfia
1. http://phscs.ru/
2. http://bcoreanda.com/
3. http://bibliofond.ru
5. http://dic.academic.ru
6. http://interneturok.ru
7. https://ru.wikipedia.org
8. https://www.google.com/imghp?hl=ru
9. http://ru.solverbook.com/
10. http://www.fizika.ru
11. http://foxford.ru
12. http://infofiz.ru
13. http://multiurok.ru
Közzétéve az Allbest.ru oldalon
...Hasonló dokumentumok
Testmozgás elliptikus pálya a bolygó körül. Egy test mozgása gravitáció hatására függőleges síkban, ellenállással rendelkező közegben. A testmozgás törvényeinek alkalmazása a gravitáció hatására, a környezet ellenállásának figyelembevételével a ballisztikában.
tanfolyami munka, hozzáadva 2011.06.17
A testtömeg függésének elemzése a támaszték gyorsulásától, amelyen áll, megváltozik kölcsönös álláspont egy test részecskéi, amelyek egymáshoz viszonyított mozgásukhoz kapcsolódnak. Az alakváltozás főbb típusainak tanulmányozása: csavarás, nyírás, hajlítás, feszítés és összenyomás.
bemutató, hozzáadva 2011.12.04
A „testsúly” fogalmának tanulmányozása - az az erő, amellyel ez a test egy támaszra vagy felfüggesztésre hat a gravitáció hatására. A testtömeg megnevezése és iránya. A fékpadok működési elvének és típusainak jellemzői - erő (súly) mérésére szolgáló eszközök.
bemutató, hozzáadva: 2010.12.13
Gravitációs, elektromágneses és nukleáris erők. Kölcsönhatás elemi részecskék. A gravitáció és a gravitáció fogalma. A rugalmas erő meghatározása és az alakváltozás főbb típusai. A súrlódási erők és a nyugalmi erők jellemzői. A súrlódás megnyilvánulásai a természetben és a technikában.
bemutató, hozzáadva 2012.01.24
Mechanikus mozgás. A mozgás relativitása. A testek kölcsönhatása. Kényszerítés. Newton második törvénye. Testi impulzus. A lendület megmaradásának törvénye a természetben és a technikában. Az egyetemes gravitáció törvénye. Gravitáció. Testsúly. Súlytalanság.
csalólap, hozzáadva: 2006.12.06
A gravitáció és a testtömeg jelensége, gravitációs vonzás Föld. Tömegmérés emelős mérlegekkel. Az "Univerzális Gravitáció Törvénye" felfedezésének története, megfogalmazása és alkalmazhatósági korlátai. A gravitáció és a szabadesési gyorsulás kiszámítása.
leckejegyzet, hozzáadva: 2010.09.27
Newton második törvényének felírása vektoros és skaláris formában. Egy test útjának meghatározása egy adott megállóhelyig kezdeti sebesség. Utazási idő számítása adott test, ha 149 N-nek megfelelő erő hatására a test 200 m távolságot tett meg.
bemutató, hozzáadva 2011.10.04
A gravitáció és a súly közötti különbség. Tehetetlenségi nyomaték a forgástengely körül. Anyagi pont pillanategyenlete. Teljesen szilárd. Egyensúlyi feltételek, tehetetlenség a természetben. A fix tengelyhez viszonyított transzlációs és forgó mozgás mechanikája.
bemutató, hozzáadva 2013.09.29
A meghatározás törvényének lényege maximális erő statikus súrlódás. A csúszó súrlódási erő modulusának függősége a testek relatív sebességének modulusától. A test csúszósúrlódási erejének csökkentése kenéssel. A súrlódási erő csökkenésének jelensége csúszáskor.
bemutató, hozzáadva 2013.12.19
Kepler bolygómozgási törvényei, azok rövid leírása. Az egyetemes gravitáció törvényének felfedezésének története I. Newtontól. Megpróbálja megalkotni az Univerzum modelljét. A testek mozgása a gravitáció hatására. Gravitációs erők vonzerő. Mesterséges műholdak Föld.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete