Este necesar să se cunoască punctul de aplicare și direcția fiecărei forțe. Este important să poți determina exact ce forțe acționează asupra corpului și în ce direcție. Forța se notează ca , măsurată în Newtoni. Pentru a face distincția între forțe, acestea sunt desemnate după cum urmează
Mai jos sunt principalele forțe care acționează în natură. Este imposibil să inventezi forțe inexistente atunci când rezolvi probleme!
Există multe forțe în natură. Aici luăm în considerare forțele care sunt luate în considerare la cursul de fizică școlară atunci când studiem dinamica. Sunt menționate și alte forțe, care vor fi discutate în alte secțiuni.
Gravitatie
Fiecare corp de pe planetă este afectat de gravitația Pământului. Forța cu care Pământul atrage fiecare corp este determinată de formula
Punctul de aplicare este în centrul de greutate al corpului. Gravitatie întotdeauna îndreptată vertical în jos.
Forța de frecare
Să ne familiarizăm cu forța de frecare. Această forță apare atunci când corpurile se mișcă și două suprafețe intră în contact. Forța apare ca urmare a faptului că suprafețele, atunci când sunt privite la microscop, nu sunt netede așa cum par. Forța de frecare este determinată de formula:
Se aplică o forță în punctul de contact dintre două suprafețe. Dirijată în direcția opusă mișcării.
Susține forța de reacție
Imaginează-ți un obiect foarte greu întins pe o masă. Masa se îndoaie sub greutatea obiectului. Dar conform celei de-a treia legi a lui Newton, masa acționează asupra obiectului cu exact aceeași forță ca și obiectul de pe masă. Forța este îndreptată opus forței cu care obiectul apasă pe masă. Asta e până. Această forță se numește reacție de sprijin. Numele forței „vorbește” reacționează sprijinul. Această forță apare ori de câte ori există un impact asupra suportului. Natura apariției sale la nivel molecular. Obiectul, așa cum spune, a deformat poziția și conexiunile obișnuite ale moleculelor (în interiorul tabelului), acestea, la rândul lor, tind să revină la starea lor inițială, „rezist”.
Absolut orice corp, chiar si unul foarte usor (de exemplu, un creion intins pe o masa), deformeaza suportul la nivel micro. Prin urmare, apare o reacție de sprijin.
Nu există o formulă specială pentru a găsi această forță. Ei îl desemnează cu litera, dar această forță este doar un tip separat de forță elastică, deci poate fi de asemenea notat ca
Forța se aplică în punctul de contact al obiectului cu suportul. Dirijate perpendicular pe suport.
Deoarece corpul este reprezentat ca un punct material, forța poate fi descrisă din centru
Forță elastică
Această forță apare ca urmare a deformării (modificări ale stării inițiale a materiei). De exemplu, atunci când întindem un arc, creștem distanța dintre moleculele materialului de arc. Când comprimăm arcul, îl micșorăm. Când răsucim sau ne deplasăm. În toate aceste exemple, apare o forță care împiedică deformarea - forța elastică.
legea lui Hooke
Forța elastică este îndreptată opus deformației.
Deoarece corpul este reprezentat ca un punct material, forța poate fi descrisă din centru
Când sunt conectate în serie, de exemplu, arcuri, rigiditatea este calculată prin formula
Când sunt conectate în paralel, rigiditatea
Rigiditatea probei. Modulul Young.
Modulul lui Young caracterizează proprietățile elastice ale unei substanțe. Aceasta este o valoare constantă care depinde numai de material, de starea sa fizică. Caracterizează capacitatea unui material de a rezista la deformare la tracțiune sau compresiune. Valoarea modulului lui Young este tabelară.
Aflați mai multe despre proprietățile solidelor.
Greutate corporala
Greutatea corporală este forța cu care un obiect acționează asupra unui suport. Spui că e gravitație! Confuzia apare în următoarele: într-adevăr, adesea greutatea corpului este egală cu forța gravitației, dar aceste forțe sunt complet diferite. Gravitația este forța care rezultă din interacțiunea cu Pământul. Greutatea este rezultatul interacțiunii cu suportul. Forța de greutate se aplică la centrul de greutate al obiectului, în timp ce greutatea este forța care se aplică suportului (nu obiectului)!
Nu există o formulă pentru determinarea greutății. Această forță este indicată de litera .
Forța de reacție a suportului sau forța elastică apare ca răspuns la impactul unui obiect asupra unei suspensii sau suport, prin urmare greutatea corpului este întotdeauna aceeași numeric cu forța elastică, dar are direcția opusă.
Forța de reacție a suportului și greutatea sunt forțe de aceeași natură, conform legii a 3-a a lui Newton sunt egale și direcționate opus. Greutatea este o forță care acționează asupra unui suport, nu asupra unui corp. Forța gravitației acționează asupra corpului.
Greutatea corporală poate să nu fie egală cu gravitația. Poate fi mai mult sau mai puțin, sau poate fi astfel încât greutatea să fie zero. Această stare se numește imponderabilitate. Imponderabilitate este o stare în care un obiect nu interacționează cu un suport, de exemplu, starea de zbor: există gravitație, dar greutatea este zero!
Este posibil să determinați direcția de accelerație dacă determinați unde este direcționată forța rezultantă
Rețineți că greutatea este o forță, măsurată în Newtoni. Cum să răspunzi corect la întrebarea: „Cât cântărești”? Raspundem 50 kg, numind nu greutatea, ci masa noastra! În acest exemplu, greutatea noastră este egală cu gravitația, care este de aproximativ 500 N!
Supraîncărcare- raportul dintre greutate și gravitație
Puterea lui Arhimede
Forța apare ca urmare a interacțiunii unui corp cu un lichid (gaz), atunci când acesta este scufundat într-un lichid (sau gaz). Această forță împinge corpul afară din apă (gaz). Prin urmare, este îndreptat vertical în sus (împinge). Determinat prin formula:
În aer, neglijăm forța lui Arhimede.
Dacă forța lui Arhimede este egală cu forța gravitației, corpul plutește. Dacă forța lui Arhimede este mai mare, atunci se ridică la suprafața lichidului, dacă este mai mică, se scufundă.
forte electrice
Există forțe de origine electrică. Apare în prezența unei sarcini electrice. Aceste forțe, cum ar fi forța Coulomb, forța Ampère, forța Lorentz, sunt discutate în detaliu în secțiunea Electricitate.
Desemnarea schematică a forțelor care acționează asupra corpului
Adesea corpul este modelat de un punct material. Prin urmare, în diagrame, diferite puncte de aplicare sunt transferate într-un punct - spre centru, iar corpul este reprezentat schematic ca un cerc sau dreptunghi.
Pentru desemnarea corectă a forțelor este necesară enumerarea tuturor corpurilor cu care interacționează corpul studiat. Determinați ce se întâmplă ca rezultat al interacțiunii cu fiecare: frecare, deformare, atracție sau poate respingere. Determinați tipul de forță, indicați corect direcția. Atenţie! Numărul de forțe va coincide cu numărul de corpuri cu care are loc interacțiunea.
Principalul lucru de reținut
1) Forțele și natura lor;
2) Direcția forțelor;
3) Să fie capabil să identifice forțele care acționează
Distingeți frecarea externă (uscata) și cea internă (vâscoasă). Frecarea externă are loc între suprafețele solide în contact, frecarea internă are loc între straturi de lichid sau gaz în timpul mișcării lor relative. Există trei tipuri de frecare externă: frecare statică, frecare de alunecare și frecare de rulare.
Frecarea de rulare este determinată de formulă
Forța de rezistență apare atunci când un corp se mișcă într-un lichid sau gaz. Mărimea forței de rezistență depinde de mărimea și forma corpului, de viteza de mișcare a acestuia și de proprietățile lichidului sau gazului. La viteze mici, forța de rezistență este proporțională cu viteza corpului
La viteze mari este proporțională cu pătratul vitezei
Luați în considerare atracția reciprocă a unui obiect și a Pământului. Între ele, conform legii gravitației, apare o forță 
Acum să comparăm legea gravitației și forța gravitației 
Valoarea accelerației în cădere liberă depinde de masa Pământului și de raza acestuia! Astfel, este posibil să se calculeze cu ce accelerație vor cădea obiectele de pe Lună sau de pe orice altă planetă, folosind masa și raza acelei planete.
Distanța de la centrul Pământului la poli este mai mică decât până la ecuator. Prin urmare, accelerația căderii libere la ecuator este puțin mai mică decât la poli. În același timp, trebuie remarcat faptul că principalul motiv al dependenței accelerației căderii libere de latitudinea zonei este faptul că Pământul se rotește în jurul axei sale.
Când se îndepărtează de suprafața Pământului, forța gravitației și accelerația căderii libere se modifică invers cu pătratul distanței până la centrul Pământului.
Cercetând accelerația normală care are loc atunci când Luna se mișcă în jurul Pământului, I. Newton a ajuns la concluzia că toate corpurile din natură sunt atrase unele de altele cu o anumită forță, numită forța gravitației. În acest caz, accelerația cauzată de acțiunea unei forțe date este invers proporțională cu pătratul distanței dintre corpurile considerate care acționează unul asupra celuilalt.
Să presupunem că două corpuri punctuale având mase $m_1\ și\ m_2$ sunt la o distanță $r$ unul de celălalt. Aceste corpuri interacționează cu forțele:
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, modulele forțelor sunt:
Din ceea ce s-a spus mai sus despre accelerație și pe baza (2), obținem:
\[\frac(m_1K_1)(r^2)=\frac(m_2K_2)(r^2)\left(3\right).\]
Formula (3) va fi valabilă dacă $K_1$=$\gamma m_2$ și $K_2$=$\gamma m_1$, unde $\gamma $ este o constantă. Apoi:
unde $\gamma =6,67\cdot (10)^(-11)\frac(H\cdot m^2)((kg)^2)$ este constanta gravitațională.
Formularea legii gravitației universale
Definiție
Forța de atracție dintre două puncte materiale este direct proporțională cu produsul maselor acestor puncte și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele:
Strict vorbind, formula (4) poate fi folosită pentru a calcula forța gravitațională dintre bile omogene cu mase $m_1(\ și\ m)_2$, presupunând că $r$ este distanța dintre centrele bilelor.
Pentru a găsi forțele gravitaționale care acționează asupra unui corp din partea altui corp, în timp ce corpurile nu pot fi considerate corpuri punctuale, procedați după cum urmează. Ambele corpuri sunt teoretic împărțite în elemente care pot fi luate ca mase punctuale. Se gasesc fortele gravitationale care actioneaza asupra unui element ales al primului corp din toate elementele celuilalt corp si se obtine forta care actioneaza asupra punctului considerat al primului corp. Apoi se repetă operația pentru fiecare punct al primului corp. Forțele rezultate sunt adăugate ținând cont de direcțiile lor. Rezultatul este forța gravitațională cu care al doilea corp acționează asupra primului. O astfel de sarcină este foarte dificilă.
Gravitatie
Definiție
Gravitatie(forța de atracție către Pământ) este un caz special de apariție a forței de gravitație universală. Să notăm gravitația ca $F_t$. În conformitate cu legea gravitației universale, această forță este egală cu:
unde $m$ este masa corpului atras de Pământ; $M$ - masa Pământului; $R$ - raza Pământului; $h$ - înălțimea corpului deasupra suprafeței Pământului.
Forța gravitațională este îndreptată spre centrul pământului. În probleme, dacă dimensiunea Pământului este mult mai mare decât corpurile luate în considerare, se consideră că forța gravitației este îndreptată vertical în jos.
Gravitația conferă o accelerație corpurilor situate în apropierea suprafeței Pământului, care se numește accelerația căderii libere, notată cu $\overline(g)$. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, avem:
\[\overline(g)=\frac((\overline(F))_t)(m)\left(6\right).\]
Ținând cont de expresia (5), avem:
\[\left|\overline(g)\right|=\gamma \frac(M)((\left(R+h\right))^2)\left(7\right).\]
Direct pe suprafața Pământului (la $h=0$) valoarea accelerației de cădere liberă este egală cu:
magnitudinea accelerației gravitaționale calculată din (8) este aproximativ egală cu $g\aprox 9.8\ \frac(m)(c^2).$ Trebuie știut că și la suprafața Pământului, modulul de accelerație gravitațională. nu este la fel peste tot, deoarece Pământul nu este o sferă perfectă și se rotește pe axa sa și se mișcă pe o cale curbă în jurul soarelui.
Folosind a doua lege a lui Newton și expresia (8), forța gravitației se scrie astfel:
\[(\overline(F))_t=m\overline(g)\left(9\right).\]
Exemple de probleme cu o soluție
Exemplul 1
Exercițiu. Care este forța gravitațională a două corpuri ale căror mase sunt $(m=10)^4\ kg$ dacă distanța dintre centrele lor este $r=100$m? Consideră corpurile ca sfere uniforme.
Soluţie. Deoarece, în funcție de starea problemei, masa corpurilor are simetrie sferică (bile omogene), atunci pentru a calcula forța gravitațională, puteți folosi formula:
Ținând cont de egalitatea maselor corpurilor, transformăm expresia (1.1) în forma:
Calculați forța necesară:
Răspuns.$F=6,67\cdot (10)^(-7)$N
Exemplul 2
Exercițiu. Un corp situat la polul Pământului a fost aruncat vertical în sus cu o viteză $v_0$. La ce înălțime ($h$) se va ridica acest corp? Să presupunem că raza Pământului ($R$) și accelerația de cădere liberă ($g$) sunt cunoscute. Ignorați rezistența aerului.
Soluţie. Vom rezolva problema pe baza legii conservării energiei mecanice, deoarece nu există forțe de rezistență, sistemul este conservator. Corpul în momentul aruncării are energie cinetică:
Energia potențială a interacțiunii corpului și a Pământului pe suprafața acestuia din urmă este egală cu:
unde $M$ este masa Pământului. Când corpul atinge punctul de ridicare maximă, are doar energie potențială:
Din legea conservării energiei avem:
Ținând cont de faptul că
Răspuns.$h=\frac(R)(\frac(2gR)(v^2_0)-1)$
1. Ce literă denotă forța gravitației și în ce unități se măsoară în Si? 2. Ce literă denotă greutatea corporală și în ce unități se măsoară în C? 3. Ce literă denotă densitatea și în ce unități se măsoară în C? 4. Notați formula de calcul a gravitației. 5. În ce unități se măsoară masa corporală în C? 6. Formula pentru calcularea greutății corporale? 7. Ce forță se numește gravitație? 8. Ce este deformarea? 9. În ce unități se măsoară volumul unui corp în C și cu ce literă este notat? 10. Ce se numește greutatea corporală? 11. Care este măsura interacțiunii corpurilor? 12. Care este accelerația de cădere liberă? 13. Scrieți formula de calcul a forței elastice? 14. Ce instrument este folosit pentru a măsura forța?
Răspunsuri: 1) Ft. (N) 2)P (N) 3)p (kg/m 3) 4)Fgr. \u003d gm 5) (kg) 6) P \u003d gm 7) Forța cu care Pământul atrage un corp spre sine. 8) Schimbarea formei și dimensiunii corpului. 9) V (m 3) 10) Forța cu care corpul, ca urmare a atracției către Pământ, acționează asupra unui suport sau suspensie. 11) Forță 12) g \u003d 9,8N / kg \u003d 10H / kg 13) Control F \u003d K (l-l 0) 14) Dinamometru Pentru 14 (+) - 3 puncte Pentru 12 (+) - 2 puncte Pentru 10 ( +) - 1 punct Mai puțin de 10(+) - 0 puncte
O femeie cu căruță este mai ușor pentru o iapă; Dacă nu ungeți, nu veți merge; Lucrurile au mers ca un ceas; Nu poți ține o anghilă în mâini; Schiurile alunecă prin vreme; Un plug ruginit este curățat numai la arat; Ceea ce este rotund se rulează ușor; Fântâna fântână sfărâmă casa de bușteni; Cosi, scuipă, în timp ce rouă, rouă în jos - și suntem acasă.
1) R=20H+80H=100H R=80H-20H=60H Răspuns: 100H; 60H. 2) Dat: Rezolvare: F 1 =1000H R=F 1 - F 2 R=1000H – 700H=300H F 2 =700H Răspuns: R=300H R-? 3) Dat: SI: Soluție: m=500 g 0,5 kg Ft.=gm Ft.=10N/kg*0,5 kg=5H g=10H/kg N/kg Ft. N Răspuns: Ftyazh = 5N. 4) Dat: Soluție SI: P=600N N m=P/g m=600H/10H/kg=60 kg g=10H/kg H/kg Răspuns: m=60 kg m-? kg 5) Dat: SI Solutie: V=20 l 0,02 m 3 P=mg m=800 kg/m 3*0,02 m 3=16 kg p=800 kg/m 3 kg/m 3 m=pV P=16kg* 10N/kg=160N. g=10H/kg H/kg Răspuns:P=160H P-? H
În fizică, există un număr imens de legi, termeni, definiții și formule care explică toate fenomenele naturale de pe pământ și din Univers. Una dintre cele mai importante este legea gravitației universale, care a fost descoperită de marele și cunoscutul om de știință Isaac Newton. Definiția sa arată astfel: oricare două corpuri din Univers sunt atrase reciproc unul de celălalt cu o anumită forță. Formula gravitației universale, care calculează această forță, va arăta astfel: F = G*(m1*m2 / R*R).
In contact cu
Colegi de clasa
Istoria descoperirii legii
De foarte mult timp oamenii au studiat cerul. Au vrut să-i cunoască toate trăsăturile, tot ce domnește în spațiul inaccesibil. Din cer a fost întocmit un calendar, s-au calculat date importante și datele sărbătorilor religioase. Oamenii credeau că centrul întregului Univers este Soarele, în jurul căruia se învârt toate subiectele cerești.
Un interes științific cu adevărat furtunos pentru spațiu și astronomie în general a apărut în secolul al XVI-lea. Tycho Brahe, marele astronom, în timpul cercetărilor sale a observat mișcările planetelor, a înregistrat și sistematizat observațiile. În momentul în care Isaac Newton a descoperit legea gravitației universale, sistemul copernican fusese deja stabilit în lume, conform căruia toate corpurile cerești se învârt în jurul unei stele pe anumite orbite. Marele om de știință Kepler, pe baza cercetărilor lui Brahe, a descoperit legile cinematice care caracterizează mișcarea planetelor.
Pe baza legilor lui Kepler, Isaac Newton și-a deschis-o și a aflat, ce:
- Mișcările planetelor indică prezența unei forțe centrale.
- Forța centrală face ca planetele să se miște pe orbitele lor.
Analiza formulelor
Există cinci variabile în formula legii lui Newton:
Cât de precise sunt calculele
Deoarece legea lui Isaac Newton se referă la mecanică, calculele nu reflectă întotdeauna cu exactitate forța reală cu care interacționează corpurile. În plus , această formulă poate fi utilizată numai în două cazuri:
- Când cele două corpuri între care are loc interacţiunea sunt obiecte omogene.
- Când unul dintre corpuri este un punct material, iar celălalt este o minge omogenă.
Câmp gravitațional
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, înțelegem că forțele de interacțiune a două corpuri au aceeași valoare, dar opuse în direcția sa. Direcția forțelor are loc strict de-a lungul unei linii drepte care leagă centrele de masă a două corpuri care interacționează. Interacțiunea de atracție între corpuri are loc datorită câmpului gravitațional.
Descrierea interacțiunii și a gravitației
Gravitația are câmpuri de interacțiune foarte lungi. Cu alte cuvinte, influența sa se extinde pe distanțe foarte mari, la scară cosmică. Datorită gravitației, oamenii și toate celelalte obiecte sunt atrase de pământ, iar pământul și toate planetele sistemului solar sunt atrase de soare. Gravitația este influența constantă a corpurilor unul asupra celuilalt, este un fenomen care determină legea gravitației universale. Este foarte important să înțelegeți un lucru - cu cât corpul este mai masiv, cu atât are mai multă gravitație. Pământul are o masă uriașă, așa că suntem atrași de el, iar Soarele cântărește de câteva milioane de ori mai mult decât Pământul, așa că planeta noastră este atrasă de stea.
Albert Einstein, unul dintre cei mai mari fizicieni, a susținut că gravitația dintre două corpuri se datorează curburii spațiu-timpului. Omul de știință a fost sigur că spațiul, precum țesutul, poate fi apăsat și, cu cât obiectul este mai masiv, cu atât va împinge mai mult prin acest țesut. Einstein a fost autorul teoriei relativității, care afirmă că totul în univers este relativ, chiar și o asemenea cantitate ca timpul.
Exemplu de calcul
Să încercăm, folosind formula deja cunoscută a legii gravitației universale, rezolva o problema de fizica:
- Raza Pământului este aproximativ egală cu 6350 de kilometri. Considerăm accelerația căderii libere ca fiind 10. Este necesar să găsim masa Pământului.
Soluţie: Accelerația de cădere liberă la Pământ va fi egală cu G*M / R^2. Din această ecuație, putem exprima masa Pământului: M = g * R ^ 2 / G. Rămâne doar să înlocuim valorile \u200b\u200din formula: M = 10 * 6350000 ^ 2 / 6, 7 * 10 ^-11. Pentru a nu suferi cu grade, aducem ecuația la forma:
- M = 10* (6,4*10^6)^2 / 6,7 * 10^-11.
După ce am calculat, obținem că masa Pământului este aproximativ egală cu 6 * 10 ^ 24 kilograme.
Gravitația este forța cu care Pământul atrage un corp lângă suprafața sa. .
Fenomenele gravitației pot fi observate peste tot în lumea din jurul nostru. O minge aruncată în sus cade, o piatră aruncată în direcție orizontală va ajunge la pământ după un timp. Un satelit artificial lansat de pe Pământ, datorită efectului gravitației, nu zboară în linie dreaptă, ci se mișcă în jurul Pământului.
Gravitatieîntotdeauna îndreptată vertical în jos, spre centrul pământului. Este notat cu litera latină F t (t- greutate). Forța de greutate se aplică centrului de greutate al corpului.
Pentru a găsi centrul de greutate al unei forme arbitrare, trebuie să atârnați corpul pe fire în diferitele sale puncte. Punctul de intersecție al tuturor direcțiilor marcate de fir va fi centrul de greutate al corpului. Centrul de greutate al corpurilor de formă regulată este situat în centrul de simetrie al corpului și nu este necesar ca acesta să aparțină corpului (de exemplu, centrul de simetrie al unui inel).
Pentru un corp aproape de suprafața Pământului, forța gravitației este:
unde este masa Pământului, m- masa corpului , R este raza pământului.
Dacă numai această forță acționează asupra corpului (și toate celelalte sunt echilibrate), atunci ea face o cădere liberă. Accelerația acestei căderi libere poate fi găsită prin aplicarea celei de-a doua legi a lui Newton:
(2)
Din această formulă, putem concluziona că accelerația căderii libere nu depinde de masa corpului m, prin urmare, este la fel pentru toate corpurile. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, gravitația poate fi definită ca produsul dintre masa unui corp și accelerația (în acest caz, accelerația datorată gravitației g);
Gravitatie, care acționează asupra corpului, este egală cu produsul dintre masa corpului și accelerația căderii libere.
La fel ca cea de-a doua lege a lui Newton, formula (2) este valabilă numai în cadrele de referință inerțiale. Pe suprafața Pământului, numai sistemele asociate cu polii Pământului, care nu participă la rotația sa zilnică, pot fi sisteme de referință inerțiale. Toate celelalte puncte ale suprafeței pământului se mișcă în cercuri cu accelerații centripete, iar cadrele de referință asociate cu aceste puncte sunt neinerțiale.
Datorită rotației Pământului, accelerația căderii libere la diferite latitudini este diferită. Cu toate acestea, accelerațiile de cădere liberă în diferite regiuni ale globului diferă foarte puțin și diferă foarte puțin de valoarea calculată prin formula
Prin urmare, în calcule brute, cadrul de referință non-inerțial asociat cu suprafața Pământului este neglijat, iar accelerația de cădere liberă se presupune că este aceeași peste tot.
