Природа сил. Классификация взаимодействий — Студопедия
Природу сил различают в зависимости от природы взаимодействий, мерой которых являются рассматриваемые силы. Так, сила тяготения есть количественная мера гравитационного взаимодействия тела, а сила сухого трения скольжения — количественная мера взаимодействия при скольжении твердого тела по поверхности другого.
Опыт показывает, что взаимодействия по своей природе могут быть разнообразными: гравитационное, электрическое, магнитное взаимодействия, взаимодействия при контакте, и др. Но не все виды взаимодействия простые, не сводимые к другим, более простым видам.
Наиболее простые взаимодействия, к которым сводятся все остальные и которые сами к более простым сводиться не могут, принято называть фундаментальными.
Силы, описывающие фундаментальные взаимодействия, и законы, которым они подчиняются, называются фундаментальными.
В настоящее время известно четыре вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное (ядерное) и слабое взаимодействия. Результаты исследований в области ядерной физики заставляют предположить еще два, ранее неизвестных взаимодействия (но данное предположение находится пока на уровне гипотезы).
В таблице 1 приведены все типы известных ныне и предполагаемых фундаментальных взаимодействий и некоторые их характеристики.
Гравитационные взаимодействия, установленные Ньютоном для небесных тел силы притяжения, иначе называемые гравитационными силами, действуют между двумя любыми материальными частицами в соответствии с законом:
,
где
кг – гравитационная постоянная,

Закон тяготения Ньютона, написанный для тел малого размера (малого по сравнению с расстояниями между ними), справедлив также и для взаимодействия малого тела с большим шаром. В этом случае нужно под расстоянием понимать расстояние между центрами масс тел.
Пропорциональность сил тяготения массам делает их огромными для небесных тел и пренебрежимо малыми для элементарных частиц. Во взаимодействии друг с другом атомов, молекул или других частичек вещества силы тяготения не играют практически никакой роли. Так, сила притяжения между Землей и Луной равна Н, между Землей и молекулой кислорода примерно равна
Н, между двумя молекулами кислорода, находящимися на расстоянии


03-б. Виды сил вокруг нас
§ 03-б. Виды сил вокруг нас
В окружающем нас мире бесчисленное множество тел, которые взаимодействуют друг с другом. Но, несмотря на это многообразие сил, несколько их видов принято выделять особо.
Силой упругости называют силу, которая возникает в теле при изменении его формы или размеров. Это происходит, если тело сжимают, растягивают, изгибают или скручивают. Например, сила упругости возникла в пружине в результате её сжатия и действует на кирпич.
Сила упругости всегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела. В нашем примере упавший кирпич сжал пружину, то есть подействовал на неё с силой, направленной вниз. В результате в пружине возникла сила упругости, направленная в противоположную сторону, то есть вверх. Мы можем это утверждать, наблюдая отскок кирпича.
Силой тяготения называют силу, с которой все тела в мире притягиваются друг к другу (см. § 2-а). Разновидностью силы тяготения является сила тяжести – сила, с которой тело, находящееся вблизи какой-либо планеты, притягивается к ней. Например, на ракету, стоящую на Марсе, тоже действует сила тяжести.
Сила тяжести всегда направлена к центру планеты. На рисунке показано, что Земля притягивает мальчика и мяч с силами, направленными вниз, то есть к центру планеты. Как видите, направление «вниз» различно для различных мест на планете. Это будет справедливо и для других планет и космических тел. Более подробно силу тяжести мы изучим в § 3-г.
Силой трения называют силу, препятствующую проскальзыванию одного тела по поверхности другого. Рассмотрим рисунок. Резкое торможение автомобиля всегда сопровождается «визгом тормозов». Этот звук возникает из-за проскальзывания шин по асфальту. При этом шины сильно стираются, так как между колёсами и дорогой действует сила трения, препятствующая проскальзыванию.
Сила трения всегда направлена противоположно направлению (возможного) проскальзывания рассматриваемого тела по поверхности другого. Например, при резком торможении автомобиля его колёса проскальзывают вперёд, значит, действующая на них сила трения о дорогу направлена в противоположную сторону, то есть назад.
Сила трения возникает не только при скольжении одного тела по поверхности другого. Существует также сила трения покоя. Например, отталкиваясь ботинком от дороги, мы не наблюдаем его проскальзывания. При этом возникает сила трения покоя, благодаря которой мы движемся вперёд. В отсутствие этой силы мы бы не смогли сделать и шага, как, например, на льду.
Силой Архимеда (или выталкивающей силой) называют силу, с которой жидкость или газ действуют на погруженное в них тело – выталкивают его. На рисунке показано, что вода действует на пузырьки выдыхаемого рыбой воздуха – выталкивает их на поверхность. Вода также действует на рыбу и камни – она уменьшает их вес (силу, с которой камни давят на дно).
Архимедова сила обычно направлена вверх, противоположно силе тяжести.
Более подробно она будет изучена в § 3-е.В вашем браузере отключен Javascript.Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!
Источник
Силы в природе и технике
Силы в природе и технике |
02.02.2018
Оглавление:
Что надо знать о силе
Силы
Сила тяжести
Сила трения
Сила упругости
Закон Гука
Примеры сил в природе и технике
Что надо знать о силе
Сила -векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как
Физическая величина, которая характеризует меру, с которой на тело воздействуют другие тела либо поля, называется силой. Согласно второму закону Ньютона, ускорение, которое получает тело, прямо пропорционально действующей на него силе. Соответственно, чтобы изменить скорость тела, необходимо воздействовать на него силой. Поэтому верным является утверждение о том, что силы в природе служат источником любого движения.
Все силы в природе основаны на четырех типах фундаментальных взаимодействий:
электромагнитные силы, действующие между электрически заряженными телами,
гравитационные силы, действующие между массивными объектами,
сильное ядерное взаимодействие, действующее в масштабах порядка размера атомного ядра и меньше (отвечает за связь между кварками в адронах и за притяжение между нуклонами в ядрах).
слабое ядерное взаимодействие, проявляющееся на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра.
Силы можно разделить на:
реактивные силы − реакции связи. Если движение тела в пространстве ограничивается другими тела (связями, опорами), силы, с которыми эти тела действуют на данное тело, называют реакциями связи (опоры).
активные силы – силы, характеризующие действие других тел на данное и изменяющее его кинематическое состояние. Активны силы, в зависимости от вида контакта, подразделяются на
объемные – силы, действующие на каждую частицу тела, например, вес тела;
поверхностные – силы, действующие на участок тела и характеризующие непосредственный контакт тел. Поверхностные силы бывают:
сосредоточенными – действующими на площадках, которые малы по сравнению с телом, например, давление колеса на дорогу;
распределенными – действующими на площадках, которые не малы по сравнению с телом, например, давление гусеницы трактора на дорогу.
Наиболее известны следующие силы:
Сила тяжести
На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле
Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.
Сила трения
Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:
Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.
Сила упругости
Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину — уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации — сила упругости.
Закон Гука
Сила упругости направлена противоположно деформации.
Примеры сил в природе и технике
Движение литосферных плит вызывает силу трения
Без силы трения человек не сможет ходить, а автомобили ездить.
Спелое яблоко срывается и падает на землю потому что на него действует сила тяжести.
В детском пистолете стреляющим липучками при зарядке пистолета самой липучкой натягивается пружинка возникает деформация а вместе с ней и сила упругости.
сила трения резины автомобильного колеса об асфальт
колеса поезда о металл рельса,
сила трения пенькового каната о металл при швартовке судна
сила сцепления ниток друг с другом и тканью при пришивании пуговиц
трение подошвы ботика о землю при ходьбе
сила трения покоя, благодаря которой книги, ручки и пр. могут лежать на наклонной поверхности.
Трение песчинок о металл внутри подшипника,
трение скольжения коньков о лед должно быть как можно меньше,
трение механизмов дверного замка уменьшают путём графитовой смазки.
Силы в природе
Целью урока является расширение программного материала по теме: “Силы в природе ” и совершенствование практических навыков и умений по решению задач ЕГЭ.
Задачи урока:
- закрепить изученный материал,
- сформировать у учащихся представления о силах вообще и о каждой силе в отдельности,
- грамотно применять формулы и правильно строить чертежи при решении задач.
Урок сопровождается мультимедиа презентацией.
I. Силой называется векторная величина, которая является причиной всякого движения как следствия взаимодействий тел. Взаимодействия бывают контактные, вызывающие деформации, и бесконтактные. Деформация это изменение формы тела или отдельных его частей в результате взаимодействия.
В Международной системе единиц (СИ) единица силы называется ньютон (Н). 1 Н равен силе, придающей эталонному телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы. Прибор для измерения силы – динамометр.
Действие силы на тело зависит от:
- Величины прилагаемой силы;
- Точки приложения силы;
- Направления действия силы.
По своей природе силы бывают гравитационные, электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия на полевом уровне. К гравитационным силам относятся сила тяжести, вес тела, сила тяготения. К электромагнитным силам относятся сила упругости и сила трения. К взаимодействиям на полевом уровне можно отнести такие силы как: сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца.
Рассмотрим предлагаемые силы.
Сила тяготения.
Сила тяготения определяется из закона Всемирного тяготения и возникает на основании гравитационных взаимодействий тел, так как любое тело, обладающее массой, имеет гравитационное поле. Два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположно направленными, прямо пропорциональными произведению масс и обратно пропорциональными квадрату расстояния между их центрами.
F=Gm1m2/r2
G = 6,67 . 10-11 — гравитационная постоянная, определенная Кавендишем.
Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести, причем, ускорение свободного падения можно определить по формуле:
G=GM/Rз2
Где: М – масса Земли, Rз
Виды взаимодействий и силы в природе — Мегаобучалка
Фундамента́льные взаимоде́йствия — качественно различающиеся типы взаимодействияэлементарных частиц и составленных из них тел.
На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий:
гравитационного;
электромагнитного;
сильного;
слабого.
При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единогоэлектрослабого взаимодействия.
Ведутся поиски других типов фундаментальных взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока какого-либо другого типа фундаментального взаимодействия не обнаружено.
В физике механическая энергия делится на два вида — потенциальную и кинетическую энергию. Причиной изменения движения тел (изменения кинетической энергии) является сила (потенциальная энергия) (см. второй закон Ньютона). Исследуя окружающий нас мир, мы можем заметить множество самых разнообразных сил: сила тяжести, сила натяжения нити, сила сжатия пружины, сила столкновения тел, сила трения, сила сопротивления воздуха, сила взрыва и т. д. Однако когда была выяснена атомарнаяструктура вещества, стало понятно, что все разнообразие этих сил есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Поскольку основной вид межатомного взаимодействия — электромагнитное, то, как оказалось, большинство этих сил — лишь различные проявления электромагнитного взаимодействия. Одно из исключений составляет, например, сила тяжести, причиной которой является гравитационное взаимодействие между телами, обладающими массой.
Закон всемирного тяготения. Поле тяготения и его напряженность
Зако́н всемирного тяготе́ния Ньютона) — закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. Этот закон был открыт Ньютоном около 1666 года. Он гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы и , разделёнными расстоянием , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними — то есть:
Здесь — гравитационная постоянная, равная м³/(кг с²).
В ньютоновской теории каждое массивное тело порождает силовое поле притяжения к этому телу, которое называется гравитационным полем
Напряжённость гравитацио́нного по́ля — векторная величина, характеризующая гравитационное поле в данной точке и численно равная отношению силы тяготения, действующей на тело, помещённое в данную точку поля, к гравитационной массе этого тела:
различных типов сил и их примеров (2020)

Сила — это внешний агент, который производит движение или имеет тенденцию производить движение, или он останавливает движение, или стремится остановить движение. По сути, есть два типа сил: контактные силы и бесконтактные силы. Гравитационные силы, электрические силы, магнитные силы, ядерные силы, силы трения — вот некоторые примеры силы.
В этом посте вы подробно узнаете о типах силы.
Этот пост также включает в себя:
- Реальные примеры силы
- Виды силы
- Применение силы
- Эффекты силы
- Многое еще
Итак, если вы хотите получить отличные результаты из этого поста, вам понравится этот пост.
Продолжайте читать.
Что такое сила?
Сила движется или стремится остановить движение или стремится остановить движение объекта. Сила также может изменить направление движения объекта.Он также может изменять форму или размер тела, на которое действует. Будучи векторной величиной, она имеет как величину, так и направление.
В классической физике реальные силы определяются набором аксиом, законами движения Ньютона со ссылкой на инерциальную систему отсчета. По второму закону Ньютона равнодействующая сила F, действующая на тело постоянной массы m, равна ma, где a — ускорение a. Сила — это векторная величина.
Силы бывают либо дальнего, либо ближнего действия. Силы дальнего действия, такие как гравитация и кулоновская сила, уменьшаются менее быстро, чем инверсия расстояния в четвертой степени, силы ближнего действия, такие как силы внутри атомного ядра и силы между молекулами, уменьшаются быстрее, чем обратные силы. четвертая степень.Можно показать, что в конденсированном теле короткодействующие силы малы на расстояниях, не намного превышающих расстояния ближайших соседей.
Некоторые специалисты считают удобным использовать фиктивные силы в анализе. Есть два вида сил: силы инерции и силы инерции.
Сила инерции — это фиктивная сила, которая должна действовать на тело, равная и противоположная равнодействующей реальных сил. Поскольку сила инерции не соответствует реальному взаимодействию, не подчиняется третьему закону .Согласно принципу Д’Аламбера (1742 г.), любое ускоренное тело можно рассматривать так, как если бы оно находилось в равновесии под действием реальных и фиктивных сил.
Когда проблема рассматривается с точки зрения наблюдателя, который ускоряется относительно инерциальной системы отсчета, законы Ньютона неприменимы к реальным взаимодействиям. В таком случае можно применить эти законы, введя фиктивную силу.
В частности, наблюдатель на вращающемся теле может использовать инерционную силу, называемую силой Кориолиса, которая должна действовать под прямым углом к траектории тела, которое движется к оси вращения или от нее.Таким образом часто решаются проблемы, связанные со снарядами и движением атмосферы и океанов.
Когда частица массы m движется по дуге окружности радиуса r с равномерной угловой скоростью ω, возникает ускорение rω² по направлению к центру, поэтому по второму закону Ньютона результирующая сила, действующая на частицу, называемая центростремительной силой, равна mrω² , действующие радиально внутрь.
В системе Аламберта есть фиктивная сила инерции, действующая радиально наружу.Кроме того, наблюдатель, вращающийся вокруг частицы, может ввести инерционную силу, которая в данном случае будет равна центростремительной силе и противоположна ей. Обе фиктивные силы можно назвать центробежными, поскольку они направлены от центра.
Итак, центростремительная сила реальна, поэтому должна быть равная и противоположная реальная сила, действующая на другое тело в соответствии с третьим законом Ньютона. Эту реальную силу также часто называют центробежной силой.
В кинематике мы изучали только изменения движения.Наше понимание изменений в движении не имеет большого значения, если мы не знаем их причин. Раздел механики , который занимается изучением движения объекта и причин его движения, называется динамикой .
В этом разделе мы изучим импульс и исследуем, что вызывает изменение в движении тела и какую роль играет масса тела в его движении . Это исследование подводит нас к концепции силы. Мы также изучим законы Ньютона движения и их приложения.
Законы движения Ньютона имеют фундаментальное значение для понимания причин движения тела. Прежде чем обсуждать законы Ньютона, уместно понять силу, инерцию , импульс и импульс .
Единицы СИ для силы
Единицы силы СИ — это ньютон, обозначаемый Н. Согласно второму закону движения Ньютона: «Один ньютон (1 Н) — это сила, которая вызывает ускорение в квадратный метр в секунду в теле массой 1 кг.Таким образом, сила в один ньютон может быть выражена как:
1N = 1 кг 1 мс -2
1N = Ikgms -2
Двумя другими широко используемыми системами единиц являются cgs (сантиметр-грамм-секунда ) и британские системы. В системе cgs единицей силы является дин, что эквивалентно g cms -2 . Поскольку 1 кг = 1000 г и 1 мс -2 = 100 см -2 , то 1N = 105 дин. Дин — это очень маленькая единица, примерно равная кубическому миллиметру воды.(С другой стороны, ньютон весит примерно полстакана воды).
В британской системе сила измеряется в фунтах, а ускорение — в футах / с 2 . В этой системе масса, которая ускоряется со скоростью 1 фут / с 2 силой в 1 фунт, называется снарядом (от слово «вялый» , означает «медленный или не отвечает»).
Таблица единицы силы в различных системах единиц.
Система | Единица силы | |
SI | Ньютон (Н) | |
Cgs | Dyne | |
Британские | 9011 9 Базовые варианты Slug 901 иногда встречаются, но эти три являются наиболее распространенными.Типы сил с примерамиВ основном силы бывают двух типов:
Те силы, которые представляют собой результат физического контакта между двумя объектами, где один из предметов оказывает силу на другой. 5 примеров контактных сил
Типы контактных силНекоторые типы контактных сил приведены в списке ниже:
Сила, вызванная действием мышц, называется приложенной силой. Его еще называют мышечной силой. Нормальная сила Примеры нормальной силыСила трения: Сила трения возникает в результате взаимодействия с поверхностью, когда объект движется или пытается двигаться относительно поверхности. Сила натяжения: Приложенная сила, при которой сила действует через струну, трос, веревку и т. Д. Обратите внимание, что сила натяжения может только тянуть, но не может толкать.Обычно мы предполагаем, что натяжение кабеля одинаково везде в кабеле. Сила сопротивления воздуха: Сила, которая действует в направлении, противоположном движению газа, называется силой сопротивления воздуха. Это происходит из-за кумулятивного взаимодействия с молекулами воздуха. Он увеличивается с увеличением скорости прохождения газа. Он также увеличивается по мере увеличения площади, перпендикулярной направлению движения. Сила пружины: Сила пружины возникает в результате смещения молекул.Он всегда противоположен смещению пружины. Бесконтактные силыСилы, которые не связаны с физическим контактом между двумя объектами, но действуют через пространство между ними. Примеры бесконтактных силПримеры бесконтактных или дистанционных сил, которые приведены в списке ниже:
Гравитационная сила притяжения: Сила притяжения, действующая между двумя объектами, называется гравитационной силой.Он возникает из-за наличия материи. Электромагнитная сила: Электромагнитная сила, которая включает в себя основные электрические и магнитные взаимодействия и отвечает за связывание атомов и структуру твердых тел. Слабое ядерное взаимодействие:Слабое ядерное взаимодействие, которое вызывает определенные процессы радиоактивного распада и определенные реакции между наиболее фундаментальными частицами. Сильная ядерная сила: Сильная сила, которая действует между элементарными частицами и отвечает за связывание ядер вместе. Способы измерения силы Сила измеряется динамическим методом, при котором ускорение передается стандартному телу путем натяжения его растянутой пружиной. Хотя это удобно для целей определения, это не всегда особенно практичная процедура для измерения сил. (Ускорение редко легко измерить.) Другой метод измерения сил основан на измерении изменения формы или размера тела (скажем, пружины), к которому прикладывается сила, когда тело не ускоряется.Это можно назвать статическим методом измерения сил. Какие четыре основные силы природы? В физике фундаментальных сил , также известных как фундаментальных взаимодействий , — это силы, которые, по-видимому, не сводятся к более основным силам. Существует четыре фундаментальных силы: гравитационная сила и электромагнитная сила, которые, как говорят, являются силами дальнего действия, эффекты которых можно наблюдать непосредственно в повседневной жизни, и сильная сила и слабая сила, которые создают силы на крошечных, субатомных расстояниях и управляют ядерные силы.Некоторые ученые говорят, что пятая сила может существовать. Хотя мы были знакомы с основными силами и с некоторыми из основных строительных блоков вопроса, но здесь мы собираемся изучить современные концепции по обоим из них. Список 4 фундаментальных сил природы Электрические и магнитные силы были объединены для получения электромагнитной силы Фарадеем и Максвеллом, которые смогли доказать что ток индуцируется в катушке всякий раз, когда изменяется магнитный поток, проходящий через катушку; оставляя позади четыре фундаментальные силы: сильную ядерную силу, электромагнитную силу, слабую ядерную силу и гравитационную силу. В течение некоторого времени казалось, что эти четыре фундаментальные силы природы сильно отличаются друг от друга. Несмотря на различную эффективную силу, сильное ядерное взаимодействие эффективно только на субъядерных расстояниях и, следовательно, ограничивает нейтроны и нейтроны внутри ядра. Электромагнитная сила действует на большие расстояния и вызывает все химические реакции. Он связывает воедино атомы, молекулы, кристаллы, деревья, здания и вас самих. Эта сила, действующая на микроскопическом уровне, ответственна за множество очевидно различных микроскопических сил, таких как трение, сцепление и адгезия. Слабое ядерное взаимодействие является короткодействующим, как и сильное ядерное взаимодействие, и отвечает за спонтанное разрушение радиоактивных элементов. Это своего рода отталкивающая сила очень малого радиуса действия (10 -17 м). Обычно это маскируется действием сильной электромагнитной силы внутри ядер. Гравитационная сила, как и электромагнитная сила, снова действует на большие расстояния, простираясь до самых удаленных звезд и галактик и за их пределы. Он удерживает вас, атмосферу и моря на поверхности планеты.Он вызывает океанические приливы и поддерживает движение планет по орбитам вокруг Солнца. Гравитационные силы — это слабые силы, существующие в природе. Эти совершенно разные свойства четырех основных сил не помешали ученым найти общую причину для них всех. Спустя сто лет после объединения электрических и магнитных сил в электромагнитные силы, в 1979 году, Глэшоу, Вайнберг и Абдус Салам были присуждены Глэшоу, Вайнбергу и Абдусу Саламу за объединение электромагнитных и слабых взаимодействий. Далее ожидается, что сильное ядерное взаимодействие в конечном итоге объединится с электрослабым взаимодействием, чтобы составить единое целое, что приведет к великому объединенному электроядерному взаимодействию. Что такое ядерные силы?Обычно системы удерживаются вместе силами:
Ядерная сильная сила очень сильна и эффективна на расстоянии размера ядра (≈10-¹3 см ≈10-15 м) и незначительна на расстоянии 10-10 м. и поэтому эту силу еще называют силой ближнего действия.Информацию о природе ядерных сил искали двумя способами.
Характеристики ядерных сил:Существуют следующие основные характеристики ядерных сил:
Природа ядерных сил до сих пор неизвестна. Есть определенные интерпретации, но они не очень удовлетворительны. Теория, данная Юкавой, вполне удовлетворительна, но не очень совершенна. Природа ядерных сил:Объясните мезонную теорию ядерных сил.Юкава в 1935 году предложил теорию ядерных сил, которая получила название мезонной теории.
Посмотрите видео о силах природы.Это были основные силы природы во Вселенной. Связанные темы на наших веб-сайтах: Внешние источники: Что такое сила? — Виды сил и их природа
|