Putere

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 12 februarie 2022; verificările necesită 9 modificări .

Putere
$\F$
Dimensiune	LMT- 2
Unități
SI	newton
GHS	Dina
Note
cantitatea vectorială

Forța este o mărime vectorială fizică , care este o măsură a impactului asupra unui anumit corp de la alte corpuri sau câmpuri . Aplicarea forţei determină modificarea vitezei corpului sau apariţia deformaţiilor şi solicitărilor mecanice . Deformarea poate apărea atât în corp în sine, cât și în obiectele care îl fixează - de exemplu, arcuri.

Impactul altor corpuri asupra corpului se realizează întotdeauna prin câmpurile create de corpuri și percepute de corpul în cauză. Diferitele interacțiuni se rezumă la patru fundamentale ; conform Modelului Standard al fizicii particulelor , aceste interacțiuni fundamentale ( slabe , electromagnetice , puternice și eventual gravitaționale ) sunt realizate prin schimbul de bosoni gauge [1] .

Pentru a desemna puterea, simbolul F este de obicei folosit - de la lat. fortis (puternic).

Nu există o definiție general acceptată a forței; în manualele moderne de fizică, forța este considerată cauza accelerației [2] . Cea mai importantă lege fizică, care include forța, este a doua lege a lui Newton . Se spune că în sistemele de referință inerțiale , accelerația unui punct material în direcție coincide cu forța rezultantă, adică. suma forțelor aplicate corpului, iar în modul este direct proporțională cu modulul rezultantei și invers proporțională cu masa punctului material.

Cuvântul „putere” în limba rusă este ambiguu și este adesea folosit (în sine sau în combinații, în știință și situații de zi cu zi) în alte sensuri decât interpretarea fizică a termenului.

Informații generale

Despre definiția puterii

Pentru puterea formulei definitorii , unde în loc de elipse ar exista o construcție din alte cantități, nu există. De asemenea, nu există o definiție verbală standardizată – iar acest subiect a făcut obiectul discuțiilor cu participarea celor mai mari oameni de știință încă de pe vremea lui Newton [3] . O încercare de a introduce forța ca produsul dintre masa și accelerația sau coeficientul de elasticitate și deformare ( -ort ) ar degenera a doua lege a lui Newton sau legea lui Hooke într-o tautologie . ${\vec {F}}\,\,{\stackrel {def}{=}}\ldots$ $m{\vec {a}}$ $k\Delta l\cdot {\vec {e}}_{x}$ $\vec{e}_x$

Absența unei definiții teoretice (semantice) a forței poate fi compensată printr-o descriere a metodei de măsurare a acesteia, în combinație cu o descriere a proprietăților mărimii în discuție. Din punct de vedere logic , aceasta formulează așa-numita definiție operațională [4] .

Caracteristici de rezistență

Forța este o mărime vectorială . Se caracterizează prin modul , direcție și punct de aplicare . Ei folosesc, de asemenea, conceptul de linie de acțiune a forței , adică o linie dreaptă care trece prin punctul de aplicare al forței, de-a lungul căruia este direcționată forța.

Dependența forței de distanța dintre corpuri poate avea o formă diferită, totuși, de regulă, la distanțe mari, forța tinde spre zero - prin urmare, prin îndepărtarea corpului considerat de alte corpuri, situația de „absență”. a forțelor exterioare” se asigură cu bună precizie [5] . Sunt posibile excepții în unele probleme de cosmologie legate de energia întunecată [6] .

Pe lângă împărțirea după tipul de interacțiuni fundamentale, există și alte clasificări ale forțelor, printre care: extern-intern (adică care acționează asupra punctelor (corpurilor) materiale ale unui sistem mecanic dat din puncte (corpurilor) materiale care nu aparțin la acest sistem și forțele de interacțiune între punctele materiale (corpurile) unui sistem dat [7] ), potențial și nu ( potențial dacă câmpul forțelor studiate), elastic- disipativ , concentrat-distribuit (aplicat la unul sau multe puncte), constantă sau variabilă în timp.

În timpul trecerii de la un cadru inerțial de referință la altul, transformarea forțelor se realizează în același mod ca și câmpurile de natură corespunzătoare (de exemplu, electromagnetică, dacă forța este electromagnetică). În mecanica clasică , forța este un invariant al transformărilor galileene [8] .

Un sistem de forțe este un ansamblu de forțe care acționează asupra corpului în cauză sau asupra punctelor unui sistem mecanic. Două sisteme de forțe se numesc echivalente dacă acțiunea lor individuală asupra aceluiași corp rigid sau punct material este aceeași, celelalte lucruri fiind egale [7] .

Un sistem echilibrat de forțe (sau un sistem de forțe echivalent cu zero) este un sistem de forțe a cărui acțiune asupra unui corp rigid sau asupra unui punct material nu duce la modificarea stării lor cinematice [7] .

Dimensiunea forței

Dimensiunea forței în Sistemul internațional de cantități ( Sistemul internațional de cantități englezesc , ISQ ), pe care se bazează Sistemul internațional de unități (SI) , și în sistemul LMT de cantități , utilizată ca bază pentru sistemul CGS de unități , este LMT −2 . Unitatea de măsură în SI este newtonul (desemnare rusă: N; internațional: N), în sistemul CGS - dyna (desemnare rusă: dyn, internațional: dyn).

Exemple de valori de forță

	Puterea (N)
Forța de atracție dintre soare și pământ	$3{,}5\times 10^{22}$ [zece]
Forța de atracție dintre pământ și lună	$2{,}0\times 10^{20}$ [zece]
Forța de împingere a motoarelor din prima și a doua etapă a vehiculului de lansare „Soyuz”	$4{,}0\times 10^{6}$ [unsprezece]
Forța de tracțiune a locomotivei diesel 2TE70	$6{,}1\time 10^{5}$ [12]
Forța de atracție dintre un electron și un proton într-un atom de hidrogen	$2{,}0\times 10^{-8}$ [zece]
Puterea presiunii sonore în urechea umană la pragul auzului	$2{,}0\times 10^{-9}$ [zece]

Sistemul de forțe rezultat

Dacă mai multe forțe sunt aplicate unui corp nefixat, atunci fiecare dintre ele conferă corpului o accelerație pe care ar da-o în absența acțiunii altor forțe. Această afirmație, bazată pe fapte experimentale, se numește principiul independenței acțiunii forțelor ( principiul suprapunerii ). Prin urmare, la calcularea accelerației unui corp, toate forțele care acționează asupra acestuia sunt înlocuite cu o singură forță, numită rezultanta, și anume suma vectorială a tuturor forțelor care acționează. În cazul particular al egalității forțelor rezultante la zero, accelerația corpului va fi, de asemenea, zero.

Măsurarea forțelor

Pentru măsurarea forțelor se folosesc două metode: statică și dinamică [13] .

Metoda statică constă în echilibrarea forței măsurate cu o altă forță, a cărei valoare este cunoscută. De exemplu, forța de echilibrare poate fi forța elastică care apare într-un arc gradat deformat de forța studiată. Instrumentele numite dinamometre se bazează pe utilizarea metodei statice .
Metoda dinamică se bazează pe utilizarea ecuației celei de-a doua legi a lui Newton . Ecuația vă permite să aflați forța care acționează asupra corpului, dacă se cunosc masa corpului și accelerația mișcării sale de translație față de cadrul de referință inerțial. $m{\vec {a}}={\vec {F}}$ $\vec{F}$ $m$ ${\vec {a}}$

Aspectul istoric al conceptului de forță

În lumea antică

Omenirea a început să perceapă conceptul de forță prin experiența directă a mișcării obiectelor grele. „Forța”, „puterea”, „munca” erau sinonime (ca în limbajul modern în afara științelor naturale). Transferul senzațiilor personale la obiecte naturale a dus la antropomorfism : toate obiectele care îi pot afecta pe ceilalți (râuri, pietre, copaci) trebuie să fie vii, ființele vii trebuie să conțină aceeași putere pe care o simțea o persoană în sine.

Odată cu dezvoltarea omenirii, puterea a fost îndumnezeită, iar zeii puterii egipteni și mesopotamien au simbolizat nu numai cruzimea și puterea, ci și punerea în ordine a lucrurilor în univers [14] . Dumnezeul Atotputernic al Bibliei poartă, de asemenea, asociații cu puterea în numele și epitetele sale [15] .

În antichitate

Când oamenii de știință greci au început să se gândească la natura mișcării, conceptul de forță a apărut ca parte a învățăturilor lui Heraclit despre statică ca echilibru al contrariilor [16] . Empedocle și Anaxagora au încercat să explice cauza mișcării și au ajuns la concepte apropiate de conceptul de forță [16] . La Anaxagoras, „mintea” este condusă de materia exterioară acesteia [17] . La Empedocle, mișcarea este cauzată de lupta a două principii, „dragoste” (philia) și „vrăjmășie” (fobie) [17] , pe care Platon le considera atracție și repulsie [18] . În același timp, interacțiunea, conform lui Platon, a fost explicată în termeni de patru elemente (foc, apă, pământ și aer): lucrurile apropiate sunt atrase, pământul pământului, apă spre apă, focul focului [19] . În știința greacă antică, fiecare element își avea și locul său în natură, pe care a încercat să-l ocupe. Astfel, forța gravitației, de exemplu, a fost explicată în două moduri: atracția lucrurilor similare și dorința elementelor de a le lua locul [20] . Spre deosebire de Platon, Aristotel a ocupat constant poziţia a doua, care a amânat conceptul de forţă generală a gravitaţiei, care avea să explice mişcarea corpurilor terestre şi cereşti, până pe vremea lui Newton [20] .

Pentru a desemna conceptul de forță, Platon a folosit termenul de „dinamis” („posibilitatea” de mișcare). Termenul a fost folosit într-un sens extins, apropiat de conceptul modern de putere : reacțiile chimice, căldura și lumina au fost și ele dinamizări [21] .

Aristotel a considerat două forțe diferite: inerente corpului însuși („natura”, physis) și forța cu care un corp trage sau împinge pe altul (în timp ce corpurile trebuie să fie în contact) [22] . Acest concept de forță a stat la baza mecanicii aristotelice, deși dualismul a împiedicat determinarea cantitativă a forței de interacțiune dintre două corpuri (deoarece greutatea era o forță naturală care nu era legată de interacțiune și, prin urmare, nu putea fi folosită ca standard) [23] . În cazul mișcării naturale (căderea unui corp greu sau ridicarea unui corp ușor), Aristotel a propus o formulă pentru viteză sub forma raportului dintre densitățile corpului în mișcare A și mediul prin care are loc mișcarea, B. : v=A/B [24] (o problemă evidentă pentru cazul densităților egale a fost observată deja în secolul VI [25] ).

A fost angajat în studiul forțelor în procesul de proiectare a mecanismelor simple în secolul al III-lea. î.Hr e. Arhimede [26] . Arhimede a considerat forțele în statică și pur geometric și, prin urmare, contribuția sa la dezvoltarea conceptului de forță este nesemnificativă [27] .

Stoicii au contribuit la dezvoltarea conceptului de forță . Conform învățăturii lor, forțele legau indisolubil două corpuri printr-o „simpatie” de lungă durată sau (în Posidonius ) printr-o tensiune universală care pătrunde în tot spațiul. Stoicii au ajuns la aceste concluzii observând mareele , unde interacțiunea Lunii, Soarelui și a apei în ocean era greu de explicat din poziția acțiunii pe distanță scurtă a lui Aristotel (Aristotel însuși credea că Soarele, apus în ocean , provoacă vânturi care duc la maree) [28] .

În mecanica preclasică

Bacon și Ockham au readus în știință ideea de acțiune la distanță .

Bacon a numit specia forțelor cu rază lungă de acțiune (de obicei acest termen specific Bacon nu este tradus) și a considerat distribuția lor în mediu ca un lanț de interacțiuni strânse. Astfel de forțe, potrivit lui Bacon, aveau un caracter complet corporal, cel mai apropiat echivalent în fizica modernă este un val [29] .

Occam a fost primul care a respins descrierea aristotelică a interacțiunii ca contact direct și a declarat posibilitatea unui mișcător de a acționa asupra mișcătorului la distanță, citând magneții ca unul dintre exemple [30] .

Formula aristotelică v=A/B a fost de asemenea revizuită. Deja în secolul al VI-lea, John Philopon considera diferența AB drept partea dreaptă, care, pe lângă situația problematică cu densități identice, făcea posibilă și descrierea mișcării în vid [31] . În secolul al XIV-lea, Bradwardine a propus formula v=log(A/B) [32] .

lui Kepler

Opiniile lui Kepler asupra forței au suferit o schimbare rapidă. Încă din 1600, Kepler considera forțele drept o proprietate, asemănătoare sufletului, care guvernează mișcarea corpurilor cerești. Cu toate acestea, deja în 1605, Kepler a ajuns la concluzia că atracția nu este o acțiune, ci o reacție, forțele de atracție se referă la lumea materială și sunt supuse studiului matematic. În 1607, Kepler a ajuns la concluzia că mareele sunt cauzate de influența gravitației Lunii asupra oceanelor [33] . Potrivit lui M. Jenner, Kepler a ajuns la ideea unei teorii unificate a gravitației, acoperind atât căderea corpurilor, cât și mișcarea Lunii, înainte de Newton [34] .

În mecanica clasică

Odată cu nașterea mecanicii clasice , Beckmann și Descartes au formulat legea conservării impulsului . După ce și-au dat seama de acest fapt, care a îngropat legătura aristotelică dintre forță și viteză, cercetătorii au avut două opțiuni: să definească forța drept cauza schimbării vitezei, sau să renunțe la conceptul de forță ca atare. Descartes însuși a aplicat inițial conceptul de forță pentru a explica căderea accelerată a unui corp la pământ, dar de-a lungul timpului, în încercarea de a geometriza fizica, a ajuns la concluzia că conceptul de forță este artificial, iar în 1629 a descris proces de cădere liberă fără a menționa „forța” [35] . Pe de altă parte, Galileo a considerat fără echivoc forța drept cauza creșterii vitezei de cădere liberă [36] .

lui Newton

În scrierile lui Newton , conceptul de forță era strâns legat de gravitație, deoarece interpretarea rezultatelor kepleriene în domeniul mișcării planetare ocupa toate mințile la acea vreme [37] . Pentru prima dată, conceptul de forță ( lat. vis ) apare în „ Principiile ” lui Newton în două contexte: „forță intrinsecă” ( lat. vis insita ), forța newtoniană de inerție și „forța aplicată” ( lat. vis impresiona ) , responsabil de modificarea mișcării corpului . Newton a evidențiat, de asemenea, separat forța centripetă (căreia i-a atribuit gravitația) cu mai multe varietăți: forță absolută (asemănătoare câmpului gravitațional modern ), forța acceleratoare (efectul gravitației pe unitatea de masă, accelerația modernă ) și forța motrice (produs de masa și accelerația) [38] . Newton nu oferă o definiție generală a forței. După cum notează M. Jenner, a doua lege a lui Newton nu este o definiție a forței de către însuși autorul legii (care a făcut distincția clară între definiții și legi), forța lui Newton este un concept preexistent, echivalent intuitiv cu forța musculară [39] .

Modernitate

Sfârșitul secolului al XX-lea a fost caracterizat de dispute cu privire la faptul dacă conceptul de forță este necesar în știință și dacă forțele există în principiu - sau este doar un termen introdus pentru comoditate [40] .

Bigelow și colaboratorii au susținut în 1988 că forțele determină în esență cauzalitatea și, prin urmare, nu pot fi eliminate [41] . M. Jammer a obiectat la aceasta că în modelul standard și în alte teorii fizice, forța este interpretată doar ca un schimb de moment unghiular , prin urmare conceptul de forță este redus la o „interacțiune” mai simplă între particule. Această interacțiune este descrisă în termeni de schimb de particule suplimentare ( fotoni , gluoni , bozoni și eventual gravitoni ) [40] . Jammer oferă următoarea explicație simplificată: doi patinatori alunecă umăr la umăr pe gheață, ambii ținând mingea. Un schimb rapid și simultan de mingi va duce la o interacțiune respingătoare [42] .

Stinner notează că principiul lui Einstein de echivalență a forțelor gravitației și inerției distruge în esență conceptul de forță, în teoria relativității generale neexistând forțe externe (F din ecuația F=ma) [43] .

mecanica newtoniana

Newton și-a propus să descrie mișcarea obiectelor folosind conceptele de inerție și forță. Făcând acest lucru, el a stabilit pe parcurs că orice mișcare mecanică este supusă legilor generale de conservare . În 1687 , Newton a publicat celebra sa lucrare „ Principii matematice ale filosofiei naturale ”, în care a conturat cele trei legi fundamentale ale mecanicii clasice ( legile lui Newton ) [44] [45] .

Prima lege a lui Newton

Prima lege a lui Newton afirmă că există cadre de referință în care corpurile mențin o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă în absența unor acțiuni asupra lor de la alte corpuri sau cu compensarea reciprocă a acestor influențe [45] . Astfel de cadre de referință sunt numite inerțiale . Newton a sugerat că fiecare obiect masiv (însemnând: „care posedă masă ”, nu „bulos”) are o anumită marjă de inerție care caracterizează „starea naturală” a mișcării acestui obiect. Această idee neagă punctul de vedere al lui Aristotel, care considera numai odihna ca „starea naturală” a unui obiect. Prima lege a lui Newton contrazice fizica aristotelică, una dintre prevederile căreia este afirmația că un corp se poate mișca cu viteză constantă numai sub acțiunea unei forțe. Faptul că în mecanica newtoniană în cadrele de referință inerțiale, odihna nu se poate distinge de mișcarea rectilinie uniformă, este rațiunea principiului relativității lui Galileo . Dintre totalitatea corpurilor este fundamental imposibil să se determine care dintre ele sunt „în mișcare” și care sunt „în repaus”. Este posibil să vorbim despre mișcare doar în raport cu un anumit cadru de referință. Legile mecanicii sunt valabile pentru toate cadrele inerțiale, cu alte cuvinte, toate sunt echivalente mecanic . Aceasta din urmă rezultă din așa-numitele transformări galileene [46] .

A doua lege a lui Newton

A doua lege a lui Newton este:

m{\vec {a}}={\vec {F}},

unde este masa unui punct material, este accelerația acestuia, este rezultanta forțelor aplicate. Se crede că aceasta este „a doua cea mai faimoasă formulă din fizică” („prima” este formula pentru echivalența masei și energiei ), deși Newton însuși nu a scris niciodată în mod explicit a doua sa lege în această formă. Pentru prima dată această formă de drept poate fi găsită în lucrările lui K. Maclaurin și L. Euler . $m$ ${\vec {a}}$ $\vec{F}$

A treia lege a lui Newton

Pentru oricare două corpuri (să le numim corp 1 și corp 2) , a treia lege a lui Newton spune că forța de acțiune a corpului 1 asupra corpului 2 este însoțită de apariția unei forțe egale în valoare absolută, dar de direcție opusă, care acționează asupra corpul 1 din corpul 2 [47] . Din punct de vedere matematic, legea se scrie astfel:

{\vec {F}}_{{1,2}}=-{\vec {F}}_{{2,1}}.

Această lege înseamnă că forțele apar întotdeauna în perechi de „acțiune-reacție” [45] .

Interacțiuni fundamentale

Toate forțele din natură se bazează pe patru tipuri de interacțiuni fundamentale. Viteza maximă de propagare a tuturor tipurilor de interacțiune este egală cu viteza luminii în vid . Forțele electromagnetice acționează între corpuri încărcate electric , forțele gravitaționale acționează între obiecte masive . Cei puternici și slabi apar doar la distanțe foarte mici și sunt responsabili pentru interacțiunea dintre particulele subatomice , inclusiv nucleonii care alcătuiesc nucleii atomici .

Intensitatea interacțiunilor puternice și slabe se măsoară în unități de energie ( electron volți ) și nu în unități de forță și, prin urmare, utilizarea termenului „forță” pentru acestea este explicată prin tradiția care a existat încă din antichitate pentru a explica orice fenomene din lumea din jurul nostru prin acţiunea „forţelor” specifice fiecărui fenomen.

Conceptul de forță nu poate fi aplicat fenomenelor din lumea subatomică. Acesta este un concept din arsenalul fizicii clasice, asociat (chiar dacă doar subconștient) ideilor newtoniene despre forțele care acționează la distanță. În fizica subatomică, astfel de forțe nu mai există: ele sunt înlocuite de interacțiuni între particule care apar prin câmpuri, adică alte particule. Prin urmare, fizicienii de înaltă energie evită să folosească cuvântul forță , înlocuindu-l cu cuvântul interacțiune [48] .

Interacțiunea fiecărui tip se datorează schimbului de „purtători” corespunzători: electromagnetici - fotoni virtuali , bosoni slabi - vectori , puternici - gluoni (și la distanțe mari - mezoni ). În ceea ce privește interacțiunea gravitațională, există presupuneri teoretice (de exemplu, în teoria corzilor sau în teoria M ) că propriul său boson purtător, numit graviton , poate fi asociat și cu ea , dar existența sa nu a fost încă dovedită. Experimentele de fizică de înaltă energie efectuate în anii 1970 și 1980 au confirmat ideea că interacțiunile slabe și electromagnetice sunt manifestări ale unei interacțiuni electroslabe mai globale [49] . În prezent, se fac încercări de a combina toate cele patru interacțiuni fundamentale într-una singură (așa-numita teorie mare unificată ).

Gravitate

Gravitația ( forța gravitațională ) este o interacțiune universală între orice tip de materie . În cadrul mecanicii clasice , este descrisă de legea gravitației universale , formulată de Newton în lucrarea deja menționată „ Principii matematice ale filosofiei naturale ”. Newton a obținut mărimea accelerației cu care Luna se mișcă în jurul Pământului , presupunând în calcul că forța gravitațională scade invers cu pătratul distanței față de corpul gravitațional. În plus, a mai constatat că accelerația datorată atracției unui corp de către altul este proporțională cu produsul maselor acestor corpuri [50] . Pe baza acestor două concluzii, s-a formulat legea gravitației: orice particule materiale sunt atrase una de cealaltă cu o forță care este direct proporțională cu produsul maselor ( și ) și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele: $F$ $m_1$ $m_2$ $r$

F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{R^{2}}}.

Iată constanta gravitațională [51] , a cărei valoare a fost obținută pentru prima dată în experimentele sale de Henry Cavendish . Folosind această lege, se pot obține formule pentru calcularea forței gravitaționale a corpurilor de formă arbitrară. Teoria gravitației lui Newton descrie bine mișcarea planetelor sistemului solar și a multor alte corpuri cerești. Cu toate acestea, se bazează pe conceptul de acțiune pe distanță lungă , care contrazice teoria relativității . Prin urmare, teoria clasică a gravitației nu este aplicabilă pentru a descrie mișcarea corpurilor care se mișcă cu o viteză apropiată de viteza luminii, câmpurile gravitaționale ale obiectelor extrem de masive (de exemplu, găurile negre ), precum și câmpurile gravitaționale variabile create de corpuri în mișcare la distanțe mari de ele [52] . $G$

O teorie mai generală a gravitației este teoria generală a relativității a lui Albert Einstein . În ea, gravitația nu este caracterizată de o forță invariabilă care nu depinde de cadrul de referință. În schimb, mișcarea liberă a corpurilor într-un câmp gravitațional, percepută de observator ca mișcare pe traiectorii curbe în spațiu-timp tridimensional cu o viteză variabilă, este considerată ca mișcare prin inerție de -a lungul unei linii geodezice într-un spațiu curbat cu patru dimensiuni. -timp, în care timpul curge diferit în puncte diferite. Mai mult, această linie este într-un sens „cea mai directă” - este de așa natură încât intervalul spațiu-timp ( timpul propriu ) dintre cele două poziții spațiu-timp ale unui corp dat este maxim. Curbura spațiului depinde de masa corpurilor, precum și de toate tipurile de energie prezente în sistem [1] .

Interacțiune electromagnetică

Câmp electrostatic (câmp de sarcini fixe)

Dezvoltarea fizicii după Newton a adăugat celor trei cantități de bază ( lungime , masă , timp ) o sarcină electrică cu dimensiunea „coulomb” (C). Cu toate acestea, pe baza cerințelor practicii, au început să folosească nu o unitate de încărcare, ci o unitate de curent electric ca unitate principală de măsură . Deci, în sistemul SI, unitatea de bază este amperul , iar unitatea de sarcină - pandantiv - este o derivată a acesteia.

Întrucât sarcina ca atare nu există independent de corpul care o poartă, interacțiunea electrică a corpurilor se manifestă sub forma unei forțe considerate în mecanică, care determină accelerația. În ceea ce privește interacțiunea electrostatică a două sarcini punctiforme cu valori și situate în vid, se utilizează legea lui Coulomb . În forma corespunzătoare sistemului SI, are forma: $q_{1}$ $q_{2}$

{\vec {F}}_{{12}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\cdot {\frac {q_{1}\cdot q_{2}}{ r_{{12}}^{2}}}{\frac {{\vec {r}}_{{12}}}{r_{{12}}}},

unde este forța cu care sarcina 1 acționează asupra sarcinii 2, este un vector direcționat de la sarcina 1 la sarcina 2 și este egală în valoare absolută cu distanța dintre sarcini și este o constantă electrică egală cu ≈ 8,854187817•10 −12 F /m. Când sarcinile sunt plasate într-un mediu omogen și izotrop, forța de interacțiune scade cu un factor de ε, unde ε este permisivitatea mediului. $\vec{F}_{12}$ $\vec{r}_{12}$ $\varepsilon_{0}$

Forța este direcționată de-a lungul liniei care leagă sarcinile punctuale. Grafic, un câmp electrostatic este de obicei descris ca o imagine a liniilor de forță, care sunt traiectorii imaginare de-a lungul cărora s-ar mișca o particulă încărcată fără masă. Aceste linii încep pe una și se termină cu o altă taxă.

Câmp magnetostatic (câmp DC)

Existența unui câmp magnetic a fost recunoscută încă din Evul Mediu de către chinezi, care au folosit „piatra iubitoare” – un magnet ca prototip de busolă magnetică. Grafic, câmpul magnetic este de obicei descris ca linii de forță închise, a căror densitate (ca în cazul unui câmp electrostatic) determină intensitatea acestuia. Din punct de vedere istoric , pilitura de fier , turnată, de exemplu, pe o foaie de hârtie așezată pe un magnet, era o modalitate vizuală de a vizualiza câmpul magnetic .

Oersted a descoperit că curentul care trece prin conductor provoacă deviația acului magnetic.

Faraday a ajuns la concluzia că se creează un câmp magnetic în jurul unui conductor care poartă curent.

Ampere a exprimat o ipoteză, recunoscută în fizică ca model al procesului de apariție a unui câmp magnetic, care presupune existența unor curenți microscopici închisi în materiale, asigurând împreună efectul de magnetism natural sau indus.

De asemenea, Ampere a constatat că într-un cadru de referință în vid, în raport cu care sarcina este în mișcare, adică se comportă ca un curent electric , apare un câmp magnetic, a cărui intensitate este determinată de vectorul de inducție magnetică aflat în un plan perpendicular pe direcția sarcinii. ${\vec {B}}$

Același Ampere a măsurat pentru prima dată forța de interacțiune a doi conductori paraleli cu curenții care curg prin ei. Unul dintre conductori a creat un câmp magnetic în jurul său, al doilea a reacționat la acest câmp apropiindu-se sau îndepărtându-se cu o forță măsurabilă, știind care și magnitudinea intensității curentului, a fost posibil să se determine modulul vectorului de inducție magnetică.

Interacțiunea forțelor dintre sarcinile electrice care nu sunt în mișcare una față de alta este descrisă de legea lui Coulomb. Cu toate acestea, sarcinile într-o astfel de mișcare generează și câmpuri magnetice , prin care curenții creați de mișcarea sarcinilor intră în general într-o stare de interacțiune a forței.

Diferența fundamentală dintre forța care decurge din mișcarea relativă a sarcinilor și cazul plasării lor staționare este diferența de geometrie a acestor forțe. În cazul electrostaticei, forța de interacțiune a două sarcini este direcționată de-a lungul liniei care le leagă. Prin urmare, geometria problemei este bidimensională și luarea în considerare se efectuează în planul care trece prin această dreaptă.

În cazul curenților, forța care caracterizează câmpul magnetic creat de curent este situată într-un plan perpendicular pe curent. Prin urmare, imaginea fenomenului devine tridimensională. Câmpul magnetic creat de elementul primului curent, infinit de mic ca lungime, interacționând cu același element al celui de-al doilea curent, în cazul general, creează o forță care acționează asupra acestuia. Mai mult, pentru ambii curenți, această imagine este complet simetrică în sensul că numerotarea curenților este arbitrară.

Legea interacțiunii curenților este utilizată pentru standardizarea curentului electric continuu.

Interacțiune puternică

Forța puternică este forța fundamentală cu rază scurtă de acțiune între hadroni și cuarci . În nucleul atomic, forța puternică ține împreună protonii încărcați pozitiv (care experimentează repulsie electrostatică), acest lucru se întâmplă prin schimbul de pi-mezoni între nucleoni (protoni și neutroni). Mezonii Pi trăiesc foarte puțin, durata lor de viață este suficientă doar pentru a furniza forțe nucleare în raza nucleului, prin urmare forțele nucleare sunt numite cu rază scurtă. O creștere a numărului de neutroni „diluează” nucleul, reducând forțele electrostatice și crescând cele nucleare, dar cu un număr mare de neutroni, ei înșiși, fiind fermioni, încep să experimenteze repulsie datorită principiului Pauli . De asemenea, atunci când nucleonii sunt prea apropiați unul de celălalt, începe schimbul de bosoni W, provocând repulsie, datorită căreia nucleii atomici nu se „colapsează”.

În interiorul hadronilor înșiși, forța puternică ține împreună cuarcii care alcătuiesc hadronii. Quantele de câmp puternic sunt gluonii . Fiecare quarc are una dintre cele trei încărcături „culoare”, fiecare gluon constă dintr-o pereche de „culoare” – „anticolor”. Gluonii leagă quarcii în așa-numitul „confinament ” , datorită căruia, în prezent, quarcii liberi nu au fost observați în experiment. Când quarcii se depărtează unul de celălalt, energia legăturilor gluonilor crește și nu scade ca în cazul interacțiunii nucleare. După ce a cheltuit multă energie (prin ciocnirea hadronilor în accelerator), se poate rupe legătura quarc-gluon , dar în acest caz, un jet de hadroni noi este ejectat. Cu toate acestea, quarcii liberi pot exista în spațiu: dacă un quarc a reușit să scape de izolare în timpul Big Bang-ului , atunci probabilitatea de a se anihila cu antiquarcul corespunzător sau de a se transforma într-un hadron incolor pentru un astfel de quarc este foarte mică.

Interacțiune slabă

Interacțiunea slabă este interacțiunea fundamentală pe distanță scurtă. Interval 10 −18 m. Simetric în raport cu combinația dintre inversarea spațială și conjugarea sarcinii. Toți fermionii fundamentali ( leptoni și quarci ) participă la interacțiunea slabă. Aceasta este singura interacțiune la care participă neutrinii (în afară de gravitația , care este neglijabilă în laborator), ceea ce explică puterea colosală de penetrare a acestor particule. Interacțiunea slabă permite leptonilor, quarcilor și antiparticulelor lor să schimbe energie , masă , sarcină electrică și numere cuantice - adică să se transforme unul în celălalt. Una dintre manifestări este dezintegrarea beta .

Tipuri derivate de forțe

Întreaga varietate de forțe care se manifestă în natură poate fi, în principiu, redusă la cele patru forțe fundamentale prezentate în secțiunea anterioară.

De exemplu, frecarea este o manifestare a forțelor electromagnetice care acționează între atomii a două suprafețe în contact și principiul excluderii Pauli [53] , care nu permite atomilor să pătrundă unul în zona celuilalt. Forța rezultată din deformarea arcului , descrisă de legea lui Hooke , este, de asemenea, rezultatul acțiunii forțelor electromagnetice dintre particule și principiului de excludere Pauli, forțând atomii rețelei cristaline a unei substanțe să fie menținuți în apropierea poziției de echilibru. [1] . Gravitația este rezultatul atracției gravitaționale fundamentale asupra planetei.

Cu toate acestea, în practică, o astfel de detaliere a naturii diferitelor forțe se dovedește adesea a fi inadecvată sau imposibilă. Prin urmare, forțele care sunt „derivate” față de cele fundamentale sunt de obicei considerate ca caracteristici independente ale interacțiunii corpurilor și au propriile nume: „forța de tensiune”, „forța van der Waals” și altele (vezi lista denumirilor de forțe în fizică ).

Forța de inerție

Forța de inerție este o forță introdusă în cadre de referință non-inerțiale . Introducerea forțelor inerțiale se realizează pentru a da ecuațiilor de mișcare a corpurilor din cadrele de referință neinerțiale aceeași formă ca ecuația celei de-a doua legi a lui Newton din cadrele inerțiale. Într-un număr de cazuri, această abordare face posibilă luarea în considerare a mișcării mai comodă și mai vizuală, iar rezolvarea problemelor corespunzătoare mai simplă.

În special, în cadrul de referință asociat cu un corp în mișcare uniform accelerat, forța de inerție este direcționată opus accelerației. Din forța de inerție totală, care este suma dintre portabil și Coriolis , forța centrifugă și forța Coriolis pot fi distinse pentru comoditate .

Forțele de inerție sunt fundamental diferite de toate celelalte forțe prin aceea că nu corespund nici unei interacțiuni reale a corpurilor. În același timp, datorită egalității maselor inerțiale și gravitaționale, conform principiului echivalenței forțelor de gravitație și inerție , este imposibil să se distingă local ce forță acționează asupra unui corp dat - forță gravitațională sau inerțială. .

Utilizarea termenului „forță de inerție” în fizica elementară nu este recomandată , deoarece, implicit, toate ecuațiile de mișcare din fizica elementară descriu mișcarea în raport cu sistemele de referință inerțiale, iar conceptul de „forță” este întotdeauna asociat cu influența unui obiect extern și nu poate exista de la sine. O indicație a forței de inerție pe diagrama forțelor care acționează asupra corpului este evaluată la cursurile elementare de fizică ca o eroare.

Vezi și

Note

↑ 1 2 3 Feynman, RP, Leighton, RB, Sands, M. Lectures on Physics, Vol. 1 (nedefinit) . - Addison-Wesley , 1963. (engleză)
↑ Coelho, 2010 , p. 91.
↑ Coelho, 2010 .
↑ A. A. Ivin , A. L. Nikiforov , Dicționar de logică (vezi „definiția operațională” ). - M .: Tumanit, ed. centru VLADOS (1997).
↑ I. Butikov, A. S. Kondratiev. § 15. Inerţia. Prima lege a lui Newton // Fizica pentru studiu aprofundat 1. Mecanica. - S. 85, 87.
↑ Rupert W. Anderson. Compendiul cosmic: Big Bang și universul timpuriu . — Lulu.com, 28.03.2015. - S. 86. - 244 p. — ISBN 9781329024182 .
↑ 1 2 3 Tarasov V. N., Boyarkina I. V., Kovalenko M. V., Fedorchenko N. P., Fisenko N. I. Mecanica teoretică. - M., TransLit, 2012. - C. 24-25
↑ V. I. Grigoriev. [bse.sci-lib.com/article008164.html Principiul Galileian al relativității] . TSB , ed. a 3-a. (1969-1978). — „…forțele… sunt invariante în mecanica clasică, adică cantități care nu se modifică la trecerea de la un cadru de referință la altul. Preluat: 12 decembrie 2020. (nedefinit)
↑ Kabardin O.F., Orlov V.A., Ponomareva A.V. Curs optional de fizica. clasa a 8-a. - M .: Educaţie , 1985. - Tiraj 143.500 exemplare. — S. 208
↑ 1 2 3 4 Kabardin O.F., Orlov V.A., Ponomareva A.V. Curs optional de fizica. clasa a 8-a. - M .: Educaţie , 1985. - Ed. a III-a, revăzută. — 208 p. – Tiraj 143.500 exemplare.
↑ Date preluate din articolul Wikipedia Soyuz (lansatorul)
↑ Date preluate din articolul Wikipedia TEP70
↑ Targ S. M. Forța // Enciclopedia fizică : [în 5 volume] / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Streamers. - S. 494. - 704 p. - 40.000 de exemplare. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Jammer, 1999 , p. 18-20.
↑ Jammer, 1999 , p. 21.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , p. 25.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , p. 26.
↑ Jammer, 1999 , p. 27.
↑ Jammer, 1999 , p. 31.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , p. 32.
↑ Jammer, 1999 , p. 34-35.
↑ Jammer, 1999 , p. 36.
↑ Jammer, 1999 , p. 35-39.
↑ Jammer, 1999 , p. 39.
↑ Jammer, 1999 , p. 66.
↑ Heath, TL Lucrările lui Arhimede (1897) . Archive.org. Consultat la 14 octombrie 2007. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit) (Engleză)
↑ Jammer, 1999 , p. 41.
↑ Jammer, 1999 , p. 41-42.
↑ Jammer, 1999 , p. 60.
↑ Jammer, 1999 , p. 64.
↑ Stinner 1994 , p. 79.
↑ Jammer, 1999 , p. 66-67.
↑ Jammer, 1999 , p. 81-83.
↑ Jammer, 1999 , p. 84.
↑ Jammer, 1999 , p. 103-104.
↑ Jammer, 1999 , p. 101.
↑ Jammer, 1999 , p. 116-117.
↑ Jammer, 1999 , p. 119-120.
↑ Jammer, 1999 , p. 124.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , p. v.
↑ John Bigelow, Brian Ellis și Robert Pargetter. Forțe // Filosofia Științei 55, nr. 4 (dec., 1988): 614-630. doi : 10.1086 / 289464
↑ Jammer, 1999 , p. v-vi.
↑ Stinner 1994 , p. 83-84.
↑ University Physics , Sears, Young & Zemansky, pp. 18-38 (engleză)
↑ 1 2 3 Newton, I. Principiile matematice ale filosofiei naturale . - University of California Press, 1999. - ISBN 0-520-08817-4 . (Engleză)
↑ Multanovsky V.V. Curs de fizică teoretică. Mecanica clasica. Fundamentele teoriei speciale a relativității. Mecanica relativistă. - M .: Educaţie, 1988. - S. 80−81.
↑ Henderson, Tom Lecția 4: A treia lege a mișcării a lui Newton (link indisponibil) . Clasa de fizică (1996-2007). Preluat la 4 ianuarie 2008. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit) (Engleză)
↑ Capra, Fritjof DAO DE FIZICĂ. SPb., „ORIS” * „YANA-PRINT”. 1994 304 p. ISBN 5-88436-021-5
↑ Weinberg, S. Visele unei teorii finale. - Vintage Books USA, 1994. - ISBN 0-679-74408-8 . (Engleză)
↑ University Physics , Sears, Young & Zemansky, pp. 59-82 _
↑ Sir Isaac Newton: Legea universală a gravitației . Astronomie 161 Sistemul Solar . Preluat la 4 ianuarie 2008. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit) (Engleză)
↑ „Gravitate”. Novikov ID // Enciclopedia fizică. Ch. ed. Prohorov A. M. - M . : „Marea Enciclopedie Rusă”, 1998. - T. 5. - S. 188−193. — 760 p. — ISBN 5-85270-101-7 .
↑ Nave, R. Pauli Exclusion Principle . HyperPhysics***** Fizica cuantică . Preluat la 2 ianuarie 2008. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit) (Engleză)

Literatură

Grigoriev V. I., Myakishev G. Ya. - „Forțele în natură”
Landau L. D. , Lifshits E. M. Mecanica. - Ediția a 5-a, stereotip. — M .: Fizmatlit , 2004. — 224 p. - (" Fizica teoretică ", Volumul I). - ISBN 5-9221-0055-6 .
Guide to the Measurement of Force - pregătit de Institutul de Măsurare și Control, Londra (publicat în 1998, reeditat în 2013) - ISBN 0 904457 28 1
Jammer, Max . Concepte de forță. - Mineola, NY: Dover Publications Inc., 1999. - ISBN 0-486-40689-X . (Engleză)
Stinner, Arthur. Povestea forței: de la Aristotel la Einstein (engleză) // Educație fizică. - 1994. - Vol. 29 , nr. 2 . - P. 77-85 .
Ricardo Lopes Coelho. Despre conceptul de forță: cum înțelegerea istoriei sale poate îmbunătăți predarea fizicii // Sci & Educ. - 2010. - Vol. 19 . — P. 91-113 . - doi : 10.1007/s11191-008-9183-1 .

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Brockhaus și Efron in jurul lumii Micul Brockhaus și Efron Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 4032651-2 J9U : 987007543324305171 LCCN : sh85050452 NDL : 00926874 NKC : ph314949