Du måste känna till appliceringspunkten och riktningen för varje kraft. Det är viktigt att kunna avgöra vilka krafter som verkar på kroppen och i vilken riktning. Kraft betecknas som, mätt i Newton. För att skilja mellan krafter betecknas de enligt följande
Nedan är de viktigaste krafterna som verkar i naturen. Det är omöjligt att uppfinna icke-existerande krafter när man löser problem!
Det finns många krafter i naturen. Här betraktas de krafter som beaktas i skolans fysikkurs i studiet av dynamik. Andra krafter nämns också, vilka kommer att diskuteras i andra avsnitt.
Allvar
Varje kropp på planeten påverkas av jordens gravitation. Den kraft med vilken jorden attraherar varje kropp bestäms av formeln
Appliceringspunkten är i kroppens tyngdpunkt. Allvar pekar alltid rakt ner.
Friktionskraft
Låt oss bekanta oss med friktionskraften. Denna kraft uppstår när kroppar rör sig och två ytor kommer i kontakt. Kraften uppstår av att ytorna, när de ses i mikroskop, inte är så släta som de ser ut. Friktionskraften bestäms av formeln:
Kraften appliceras vid kontaktpunkten mellan de två ytorna. Riktad i motsatt riktning mot rörelsen.
Stöd reaktionskraften
Föreställ dig ett mycket tungt föremål som ligger på ett bord. Bordet böjer sig under tyngden av föremålet. Men enligt Newtons tredje lag verkar ett bord på ett föremål med exakt samma kraft som ett föremål på ett bord. Kraften är motsatt den kraft med vilken föremålet trycker mot bordet. Det vill säga upp. Denna kraft kallas stödreaktionen. Namnet på kraften "talar" supporten reagerar... Denna kraft uppstår alltid när det sker en påverkan på stödet. Arten av dess förekomst på molekylär nivå. Objektet, som det var, deformerade den vanliga positionen och bindningarna av molekyler (inuti bordet), de tenderar i sin tur att återgå till sitt ursprungliga tillstånd, "motstå".
Absolut vilken kropp som helst, även en mycket lätt (till exempel en penna som ligger på bordet), deformerar stödet på mikronivå. Därför uppstår en stödreaktion.
Det finns ingen speciell formel för att hitta denna kraft. Den betecknas med en bokstav, men denna kraft är bara en separat typ av elastisk kraft, därför kan den betecknas som
Kraften appliceras vid kontaktpunkten för föremålet med stödet. Riktad vinkelrätt mot stödet.
Eftersom kroppen representeras som en materiell punkt kan kraften avbildas från mitten
Elastisk kraft
Denna kraft uppstår som ett resultat av deformation (förändring i materiens initiala tillstånd). Till exempel, när vi sträcker en fjäder ökar vi avståndet mellan fjädermaterialets molekyler. När vi trycker ihop fjädern minskar vi den. När vi vrider eller skiftar. I alla dessa exempel uppstår en kraft som förhindrar deformation - den elastiska kraften.
Hookes lag
Den elastiska kraften är riktad motsatt deformationen.
Eftersom kroppen representeras som en materiell punkt kan kraften avbildas från mitten
Vid seriekoppling av fjädrar, till exempel, beräknas styvheten med formeln
Parallellkopplingsstyvhet
Provets styvhet. Youngs modul.
Youngs modul kännetecknar de elastiska egenskaperna hos ett ämne. Detta är ett konstant värde som endast beror på materialet, dess fysiska tillstånd. Det kännetecknar ett materials förmåga att motstå drag- eller tryckdeformation. Youngs modul är tabellformig.
Lär dig mer om egenskaper hos fasta ämnen.
Kroppsvikt
Kroppsvikt är den kraft med vilken ett föremål verkar på ett stöd. Du säger, det är gravitationen! Förvirringen är som följer: visserligen är kroppens vikt ofta lika med tyngdkraften, men dessa krafter är helt olika. Tyngdkraften är en kraft som är resultatet av interaktion med jorden. Vikt är resultatet av interaktion med stödet. Tyngdkraften appliceras i föremålets tyngdpunkt, medan vikten är kraften som appliceras på stödet (inte på föremålet)!
Det finns ingen formel för att bestämma vikt. Denna kraft betecknas med en bokstav.
Stödets reaktionskraft eller den elastiska kraften uppstår som svar på föremålets verkan på upphängningen eller stödet, därför är kroppens vikt alltid numeriskt densamma som den elastiska kraften, men har motsatt riktning.
Stödets och viktens reaktionskraft är krafter av samma natur, enligt Newtons 3 lag är de lika och motsatt riktade. Vikt är en kraft som verkar på stödet, inte på kroppen. Tyngdkraften verkar på kroppen.
Kroppsvikten kanske inte är lika med gravitationen. Det kan vara antingen mer eller mindre, eller så kan det vara så att vikten är noll. Detta tillstånd kallas tyngdlöshet... Viktlöshet är ett tillstånd när ett föremål inte interagerar med ett stöd, till exempel ett flygtillstånd: det finns gravitation och vikten är noll!
Det är möjligt att bestämma accelerationsriktningen om vi bestämmer vart den resulterande kraften är riktad
Observera att vikt är kraft, mätt i Newton. Hur man korrekt svarar på frågan: "Hur mycket väger du"? Vi svarar 50 kg och nämner inte vikten utan vår egen massa! I det här exemplet är vår vikt lika med gravitationen, vilket är ungefär 500N!
Överbelastning- förhållandet mellan vikt och gravitation
Arkimedes styrka
Kraft uppstår som ett resultat av en kropps interaktion med en vätska (gas), när den är nedsänkt i en vätska (eller gas). Denna kraft trycker ut kroppen ur vattnet (gasen). Därför är den riktad vertikalt uppåt (skjuter). Bestäms av formeln:
Vi försummar Archimedes kraft i luften.
Om Arkimedes kraft är lika med tyngdkraften flyter kroppen. Om kraften hos Arkimedes är större, stiger den till vätskans yta, om mindre, sjunker den.
Elektriska krafter
Det finns krafter av elektriskt ursprung. Uppstår när det finns en elektrisk laddning. Dessa krafter, såsom Coulomb-styrkan, Ampere-styrkan, Lorentz-styrkan, diskuteras i detalj i avsnittet Elektricitet.
Schematisk beteckning av krafter som verkar på en kropp
Kroppen är ofta modellerad med en materiell spets. Därför, i diagrammen, överförs olika applikationspunkter till en punkt - till mitten, och kroppen avbildas schematiskt som en cirkel eller rektangel.
För att korrekt beteckna styrkorna är det nödvändigt att lista alla de kroppar som den undersökta kroppen interagerar med. Bestäm vad som händer som ett resultat av interaktion med var och en: friktion, deformation, attraktion eller kanske repulsion. Bestäm typen av kraft, ange riktningen korrekt. Uppmärksamhet! Antalet krafter kommer att sammanfalla med antalet kroppar med vilka interaktionen äger rum.
Det viktigaste att komma ihåg
1) Krafter och deras natur;
2) Krafternas riktning;
3) Kunna identifiera de verkande krafterna
Skilj mellan extern (torr) och intern (viskös) friktion. Extern friktion uppstår mellan vidrörande fasta ytor, internt - mellan lager av vätska eller gas under deras relativa rörelse. Det finns tre typer av yttre friktion: statisk friktion, glidfriktion och rullfriktion.
Rullfriktion bestäms av formeln
Motståndskraften uppstår när en kropp rör sig i en vätska eller gas. Storleken på motståndskraften beror på kroppens storlek och form, hastigheten på dess rörelse och vätskans eller gasens egenskaper. Vid låga rörelsehastigheter är motståndskraften proportionell mot kroppens hastighet
Vid höga hastigheter är den proportionell mot kvadraten på hastigheten
Tänk på den ömsesidiga attraktionen mellan ett objekt och jorden. Mellan dem finns, enligt tyngdlagen, en kraft 
Låt oss nu jämföra tyngdlagen och tyngdkraften 
Storleken på accelerationen på grund av gravitationen beror på jordens massa och dess radie! Således kan du beräkna med vilken acceleration objekt kommer att falla på månen eller på någon annan planet, med hjälp av planetens massa och radie.
Avståndet från jordens centrum till polerna är mindre än till ekvatorn. Därför är tyngdaccelerationen vid ekvatorn något mindre än vid polerna. Samtidigt bör det noteras att huvudorsaken till tyngdaccelerationens beroende av områdets latitud är det faktum att jorden roterar runt sin axel.
Med avstånd från jordens yta förändras tyngdkraften och tyngdaccelerationen i omvänd proportion till kvadraten på avståndet till jordens centrum.
I. Newton undersökte den normala acceleration som uppstår när månen rör sig runt jorden och kom fram till att alla kroppar i naturen attraheras av varandra med en viss kraft, som kallas tyngdkraften. I detta fall är accelerationen, som orsakas av verkan av denna kraft, omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan kropparna i fråga, som verkar på varandra.
Antag att två punktkroppar med massorna $ m_1 \ och \ m_2 $ är på avstånd $ r $ från varandra. Dessa kroppar interagerar med krafter:
I enlighet med Newtons tredje lag är kraftmodulerna lika:
Från det som sades ovan om acceleration och på basis av (2) får vi:
\ [\ frac (m_1K_1) (r ^ 2) = \ frac (m_2K_2) (r ^ 2) \ vänster (3 \ höger). \]
Formel (3) kommer att vara giltig om $ K_1 $ = $ \ gamma m_2 $, och $ K_2 $ = $ \ gamma m_1 $, där $ \ gamma $ är någon konstant. Sedan:
där $ \ gamma = 6,67 \ cdot (10) ^ (- 11) \ frac (H \ cdot m ^ 2) ((kg) ^ 2) $ är gravitationskonstanten.
Formulering av lagen om universell gravitation
Definition
Attraktionskraften mellan två materiella punkter är direkt proportionell mot produkten av massorna av dessa punkter och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem:
Strängt taget kan formel (4) användas för att beräkna gravitationskraften mellan homogena kulor med massorna $ m_1 (\ och \ m) _2 $, om man antar att $ r $ är avståndet mellan kulornas mittpunkter.
För att hitta tyngdkrafterna som verkar på en kropp från sidan av en annan kropp, medan kropparna inte kan betraktas som punktlika, gå tillväga enligt följande. Båda kropparna är teoretiskt indelade i element som kan misstas för punktmassor. Tyngdkrafterna som verkar på ett utvalt element i den första kroppen från sidan av alla element i den andra kroppen hittas, och en kraft erhålls som verkar på den betraktade punkten av den första kroppen. Därefter upprepas operationen för varje punkt i den första kroppen. De resulterande krafterna läggs till med hänsyn till deras riktningar. Resultatet är en gravitationskraft med vilken den andra kroppen verkar på den första. Detta är en mycket svår uppgift.
Allvar
Definition
Allvar(attraktionskraften till jorden) är ett specialfall av uppkomsten av den universella gravitationskraften. Låt oss beteckna tyngdkraften som $ F_t $. I enlighet med lagen om universell gravitation är denna kraft lika med:
där $ m $ är massan av kroppen som attraheras till jorden; $ M $ är jordens massa; $ R $ - jordens radie; $ h $ - kroppshöjd över jordens yta.
Tyngdkraften är riktad mot jordens centrum. I problem, om jordens storlek är mycket större än kropparna i fråga, anses det att tyngdkraften är riktad vertikalt nedåt.
Tyngdkraften ger en acceleration till kroppar som ligger nära jordens yta, vilket kallas tyngdaccelerationen, betecknad som $ \ overline (g) $. Enligt Newtons andra lag har vi:
\ [\ överlinje (g) = \ frac ((\ överlinje (F)) _ t) (m) \ vänster (6 \ höger). \]
Med hänsyn till uttryck (5) har vi:
\ [\ vänster | \ överlinje (g) \ höger | = \ gamma \ frac (M) ((\ vänster (R + h \ höger)) ^ 2) \ vänster (7 \ höger). \]
Direkt på jordens yta (vid $ h = 0 $) är värdet på accelerationen på grund av gravitationen:
värdet av gravitationsaccelerationen beräknat från (8) är ungefär lika med $ g \ approximativt 9,8 \ \ frac (m) (s ^ 2) $ Du bör vara medveten om att även vid jordens yta är inte samma sak överallt, eftersom jorden inte är en perfekt boll, och den roterar runt sin axel och rör sig i en krökt bana runt solen.
Med hjälp av Newtons andra lag och uttryck (8) skrivs gravitationen som:
\ [(\ överlinje (F)) _ t = m \ överlinje (g) \ vänster (9 \ höger). \]
Exempel på uppgifter med en lösning
Exempel 1
Träning. Vad är gravitationskraften för två kroppar vars massor är lika med $ (m = 10) ^ 4 \ kg, $ om avståndet mellan deras centra är $ r = 100 $ m? Betrakta kropparna som enhetliga bollar.
Lösning. Eftersom massan av kroppar, enligt problemets tillstånd, har sfärisk symmetri (homogena bollar), kan du använda formeln för att beräkna gravitationskraften:
Med hänsyn till jämlikheten mellan kropparnas massor omvandlas uttrycket (1.1) till formen:
Beräkna den kraft som krävs:
Svar.$ F = 6,67 \ cdot (10) ^ (- 7) $ H
Exempel 2
Träning. Någon kropp, belägen vid jordens pol, kastades vertikalt uppåt med en hastighet av $ v_0 $. Hur högt ($ h $) kommer denna kropp att stiga? Antag att jordens radie ($ R $) och tyngdaccelerationen ($ g $) är kända. Ta inte hänsyn till luftmotståndet.
Lösning. Vi kommer att lösa problemet på grundval av lagen om bevarande av mekanisk energi, eftersom det inte finns några motståndskrafter, är systemet konservativt. Kroppen vid kastögonblicket har kinetisk energi:
Den potentiella energin för interaktion mellan kroppen och jorden på ytan av den senare är lika med:
där $ M $ är jordens massa. När kroppen når punkten för maximalt lyft har den bara potentiell energi:
Från lagen om energibevarande har vi:
Med hänsyn till det
Svar.$ h = \ frac (R) (\ frac (2gR) (v ^ 2_0) -1) $
1. Vilken bokstav betecknar tyngdkraften och i vilka enheter mäts den i C? 2. Vilken bokstav betecknar kroppsvikt och i vilka enheter mäts den i C? 3. Vilken bokstav betecknar densitet och i vilka enheter i C mäts den? 4. Skriv ner formeln för beräkning av tyngdkraften. 5. I vilka enheter mäts kroppsmassan i C? 6. Formel för att beräkna kroppsvikt? 7. Vilken kraft kallas gravitation? 8. Vad är deformation? 9. I vilka enheter i C mäts en kropps volym och vilken bokstav anges? 10. Vad kallas kroppsvikt? 11. Vad är måttet på kroppars interaktion? 12. Vilken är accelerationen på grund av gravitationen? 13. Skriv ner formeln för att beräkna den elastiska kraften? 14. Vilken anordning används för att mäta kraft?
Svar: 1) Ftyazh. (H) 2) P (H) 3) p (kg/m 3) 4) F = gm 5) (kg) 6) P = gm 7) Den kraft med vilken jorden attraherar kroppen. 8) Ändra kroppens form och storlek. 9) V (m 3) 10) Den kraft med vilken kroppen, till följd av attraktion till jorden, verkar på ett stöd eller upphängning. 11) Kraft 12) g = 9,8N / kg = 10N / kg 13) Fkont. = K (ll 0) 14) Dynamometer För 14 (+) - 3 poäng För 12 (+) - 2 poäng För 10 (+) - 1 poäng Mindre än 10 (+) - 0 poäng
En kvinna med vagn underlättar för ett sto; Om du inte smörjer, går du inte; Det gick smidigt; Du kan inte hålla en ål i dina händer; Skidor glider efter väder; En rostig plog rengörs endast vid plöjning; Vad är runda rullar lätt; Brunnsrepet nöts; Klipp, lie, medan daggen är, är daggen borta - och vi är hemma.
1) R = 20H + 80H = 100H R = 80H-20H = 60H Svar: 100H; 60H. 2) Givet: Lösning: F 1 = 1000H R = F 1 - F 2 R = 1000H - 700H = 300H F 2 = 700H Svar: R = 300H R-? 3) Givet: SI: Lösning: m = 500 g. 0,5 kg Fty = Gm Fty = 10N / kg * 0,5 kg = 5H g = 10H / kg N / kg Fty. N Svar: Ftyazh = 5N. 4) Givet: SI Lösning: P = 600H N m = P / g m = 600H / 10H / kg = 60 kg g = 10H / kg H / kg Svar: m = 60 kg m-? kg 5) Givet: SI Lösning: 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 = 16 kg * 10N/kg = 160N. g = 10H / kg H / kg Svar: P = 160H P-? H
Inom fysiken finns det ett stort antal lagar, termer, definitioner och formler som förklarar alla naturfenomen på jorden och i universum. En av de viktigaste är lagen om universell gravitation, som upptäcktes av den store och välkände vetenskapsmannen Isaac Newton. Dess definition ser ut så här: alla två kroppar i universum attraheras ömsesidigt till varandra med en viss kraft. Formeln för universell gravitation, som beräknar denna kraft, kommer att vara: F = G * (m1 * m2 / R * R).
I kontakt med
klasskamrater
Historien om upptäckten av lagen
Under mycket lång tid har människor studerat himlen... De ville känna till alla dess egenskaper, allt som råder i ett ouppnåeligt utrymme. En kalender upprättades i himlen, viktiga datum och datum för religiösa högtider beräknades. Människor trodde att mitten av hela universum är solen, runt vilken alla himmelska ämnen kretsar.
Ett verkligt stormigt vetenskapligt intresse för rymden och astronomi i allmänhet dök upp på 1500-talet. Tycho Brahe, den store forskarastronomen, observerade under sin forskning planeternas rörelser, registrerade och systematiserade observationer. När Isaac Newton upptäckte lagen om den universella gravitationskraften hade det kopernikanska systemet redan etablerats i världen, enligt vilket alla himlakroppar kretsar runt stjärnan i vissa banor. Den store vetenskapsmannen Kepler upptäckte, på grundval av Brahes forskning, de kinematiska lagar som kännetecknar planeternas rörelse.
Baserat på Keplers lagar, Isaac Newton öppnade sitt eget och fick reda på det, Vad:
- Planeternas rörelser indikerar närvaron av en central kraft.
- Den centrala kraften får planeterna att röra sig i sina banor.
Analyserar formeln
Fem variabler förekommer i formeln för Newtons lag:
Hur exakta är beräkningarna
Eftersom Isaac Newtons lag hänvisar till mekanik, återspeglar beräkningar inte alltid exakt den verkliga kraft med vilken kroppar interagerar. Dessutom , denna formel kan endast användas i två fall:
- När två kroppar, mellan vilka interaktion sker, är homogena objekt.
- När en av kropparna är en materiell punkt och den andra är en homogen boll.
Gravitations fält
Enligt Newtons tredje lag förstår vi att krafterna i samverkan mellan två kroppar är lika i värde, men motsatta i riktning. Krafternas riktning sker strikt längs en rät linje som förbinder massacentrumen hos två samverkande kroppar. Interaktionen av attraktion mellan kroppar beror på gravitationsfältet.
Beskrivning av interaktion och gravitation
Tyngdkraften har mycket långa interaktionsfält... Med andra ord, dess inflytande sträcker sig över mycket stora avstånd i kosmisk skala. Tack vare gravitationen attraheras människor och alla andra föremål till jorden, och jorden och alla planeter i solsystemet attraheras av solen. Tyngdkraften är kropparnas ständiga påverkan på varandra, detta är ett fenomen som bestämmer lagen om universell gravitation. Det är mycket viktigt att förstå en sak - ju mer massiv kroppen är, desto mer gravitation har den. Jorden har en enorm massa, så vi attraheras av den, och solen väger flera miljoner gånger mer än jorden, så vår planet attraheras av stjärnan.
Albert Einstein, en av de största fysikerna, hävdade att gravitationen mellan två kroppar beror på rumtidens krökning. Forskaren var säker på att rymden, som ett tyg, kan pressas igenom, och ju mer massivt föremålet är, desto mer kommer det att pressa detta tyg. Einstein blev författare till relativitetsteorin, som säger att allt i universum är relativt, även ett sådant värde som tid.
Räkneexempel
Låt oss försöka använda den redan kända formeln för lagen om universell gravitation, lösa ett fysikproblem:
- Jordens radie är cirka 6350 kilometer. Vi tar accelerationen av fritt fall för 10. Det är nödvändigt att hitta jordens massa.
Lösning: Tyngdaccelerationen på jorden kommer att vara lika med G * M / R ^ 2. Från denna ekvation kan vi uttrycka jordens massa: M = g * R ^ 2 / G. Det återstår bara att ersätta värdena i formeln: M = 10 * 6350000 ^ 2/6, 7 * 10 ^ - 11. För att inte lida av grader tar vi ekvationen till formen:
- M = 10 * (6,4 * 10 ^ 6) ^ 2 / 6,7 * 10 ^ -11.
Efter beräkning får vi att jordens massa är ungefär lika med 6 * 10 ^ 24 kilogram.
Tyngdkraften är den kraft med vilken jorden attraherar en kropp nära dess yta. .
Gravitationsfenomenen kan observeras överallt i världen omkring oss. En boll som kastas uppåt faller ner, en sten som kastas i horisontell riktning kommer att hamna på marken efter ett tag. En konstgjord satellit som skjuts upp från jorden flyger inte i en rak linje på grund av gravitationen, utan rör sig runt jorden.
Allvar alltid riktad vertikalt nedåt mot jordens centrum. Det betecknas med en latinsk bokstav Med (T- Allvarlighetsgrad). Tyngdkraften appliceras på kroppens tyngdpunkt.
För att hitta tyngdpunkten för en godtycklig form måste du hänga kroppen på trådar vid dess olika punkter. Skärningspunkten för alla riktningar markerade av tråden kommer att vara kroppens tyngdpunkt. Tyngdpunkten för regelbundet formade kroppar är i kroppens symmetricentrum, och den behöver inte tillhöra kroppen (till exempel symmetricentrum för en ring).
För en kropp nära jordens yta är tyngdkraften:
var är jordens massa, m- kroppsmassa , Rär jordens radie.
Om bara denna kraft verkar på kroppen (och alla andra är balanserade), så gör den ett fritt fall. Accelerationen av detta fria fall kan hittas genom att tillämpa Newtons andra lag:
(2)
Från denna formel kan vi dra slutsatsen att tyngdaccelerationen inte beror på kroppsvikten m därför är det samma för alla kroppar. Enligt Newtons andra lag kan gravitation definieras som produkten av kroppsmassa och acceleration (i detta fall gravitationsaccelerationen g);
Allvar verkan på en kropp är lika med produkten av kroppens massa genom tyngdaccelerationen.
Liksom Newtons andra lag är formel (2) endast giltig i tröghetsreferensramar. På jordens yta kan tröghetsreferenssystem endast vara system associerade med jordens poler, som inte deltar i dess dagliga rotation. Alla andra punkter på jordens yta rör sig i cirklar med centripetalaccelerationer och referensramarna som är förknippade med dessa punkter är icke-tröghetsmässiga.
På grund av jordens rotation är tyngdaccelerationen olika på olika breddgrader. Emellertid skiljer sig accelerationen på grund av tyngdkraften i olika delar av jordklotet väldigt lite och skiljer sig mycket lite från det värde som beräknas med formeln
I grova beräkningar försummas därför referensramens icke-tröghetsaxel som är associerad med jordens yta, och tyngdaccelerationen antas vara densamma överallt.
