Câmp de forță (fizică)

Un câmp de forță în fizică este un câmp vectorial în spațiu, în fiecare punct al căruia o particulă de testare este afectată de o forță definită în mărime și direcție (vector forță ) .

Din punct de vedere tehnic, ele disting (cum se face pentru alte tipuri de domenii):

câmpuri de forță staționare , a căror mărime și direcție pot depinde numai de un punct din spațiu (coordonatele x, y, z) și
câmpuri de forță nestaționare , care depind și de timpul t.

De asemenea:

câmp de forță uniform , pentru care forța care acționează asupra particulei de testat este aceeași în toate punctele spațiului și
câmp de forță neomogen , care nu are această proprietate.

Cel mai simplu de studiat este un câmp de forță uniform staționar, dar este și cel mai puțin general caz.

Câmpuri potențiale

Dacă munca forțelor câmpului care acționează asupra unei particule de test care se mișcă în ea nu depinde de traiectoria particulei și este determinată doar de pozițiile sale inițiale și finale, atunci un astfel de câmp se numește potențial. Pentru aceasta, putem introduce conceptul de energie potențială a unei particule - o anumită funcție a coordonatelor particulelor, astfel încât diferența dintre valorile sale la punctele 1 și 2 să fie egală cu munca efectuată de câmp atunci când se mișcă. particula de la punctul 1 la punctul 2.

Forța într-un câmp potențial este exprimată în termeni de energie potențială ca gradient :

{\vec F}=-{\mathrm {grad}}\ U.

Exemple de câmpuri de forță potențiale:

Câmp gravitațional newtonian . Pentru câmpul unui punct material , este adevărat: ${\vec g}({\vec r})=-G{\frac {M}{r^{3}}}{\vec r}$ $U({\vec r})=-G{\frac {mM}{r}}$ unde este intensitatea câmpului (accelerația gravitațională), este energia potențială, M este masa unui punct material, este vectorul rază trasat de la punctul material la punctul de observație, r este lungimea acestui vector cu rază, m este masa particulei de testat, G este o constantă (numită constantă gravitațională ), a cărei valoare numerică depinde de sistemul de unități ales . ${\vec g}$ $U$ ${\vec {r))$
câmp electrostatic .
Domeniul deformarilor elastice .

Literatură

E. P. Razbitnaya, V. S. Zaharov „Curs de fizică teoretică”, cartea 1. - Vladimir, 1998.