Лекция "Силы в природе"
advertisement
Виды сил в природе Гравитационные силы Электромагнитные силы 1.Сила тяготения 1.Сила упругости 2.Сила тяжести 2.Сила трения 3.Сила Архимеда 4.Сила реакции опоры Ядерные силы Ядерные силы Слабые взаимодействия Слабые взаимодействия Только притяжение Притяжение и отталкивание Внутри атомных ядер Превращения элементарных частиц Интенсивность 10-40 Интенсивность 10-2 Интенсивность 1 Интенсивность 10-16 Закон всемирного тяготения Тихо Браге Кеплер Датский астроном Тихо Браге наблюдал за движением планет. На основе данных, накопленных Браге, его ученик Кеплер установил законы движения планет. Закон всемирного тяготения Динамику движения планет объяснил Ньютон. Ньютон предположил, что падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы, вызваны одной причиной. Закон всемирного тяготения Из второго закона динамики следует, что ускорение, которое получает тело под действием силы, обратно пропорционально массе тела. Но ускорение свободного падения не зависит от массы тела. Это возможно только в том случае, если сила, с которой Земля притягивает тело, изменяется пропорционально массе тела. F F a ; g ; g const m m Следовательно F~m Закон всемирного тяготения Если сила, действующая на одно тело, пропорциональна массе этого тела, то равная ей сила, действующая на второе тело, пропорциональна массе второго тела. Силы, действующие на тела, равны, следовательно они пропорциональны массе и первого и второго тела. m1 F1 ,2 F2 ,1 m2 F1,2 ~ m1; F2,1 ~ m2; F ~ m1m2 Закон всемирного тяготения Отношение радиуса орбиты Луны к радиусу Земли rзл 384000 60 rз 6400 Отношение ускорения свободного падения на Земле к центростремительному ускорению, с которым обращается Луна вокруг Земли gз 9 ,8 3600 a л 0 ,0027 g з rзл2 2 a л rз 1 g~ 2 r F~ 1 2 r Закон всемирного тяготения В 1667 г. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. m1 m 2 F G 2 r Закон всемирного тяготения Закон всемирного тяготения G – гравитационная постоянная Кавендиш –крутильные весы 1кг 1кг 1м 2 Fr G m1 m 2 G = 6,67·10-11 Нм 2 кг 2 Закон всемирного тяготения Пределы применимости закона Закон всемирного тяготения применим только для материальных точек: • для тел, размеры которых значительно меньше, чем расстояния между ними; • для тел, имеющих форму шара; •для шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых значительно меньше размеров шара. Закон неприменим для взаимодействия бесконечного стержня и шара (в этом случае сила тяготения обратно пропорциональна только расстоянию, а не квадрату расстояния. Сила притяжения между бесконечной плоскостью и телом от расстояния не зависит. Сила тяжести Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле – сила тяжести. Сила тяжести Согласно закону всемирного тяготения она выражается формулой: mM FT G 2 ( Rh) где m – масса тела, М – масса Земли, R – радиус Земли, h – высота тела над поверхностью Земли. Направлена сила тяжести вертикально вниз, к центру Земли. Сила тяжести Сила тяжести сообщает телу ускорение, называемое ускорением свободного падения. FT g m или M gh G 2 ( Rh) На поверхности Земли (h = 0) M g G 2 R Сила тяжести Ускорение свободного падения обратно пропорционально квадрату расстояния тела от центра Земли. Ускорение свободного падения зависит от географической широты Ускорение свободного падения зависит от плотности пород, залегающих в недрах Земли. Сила упругости Электрическое и магнитное взаимодействие зарядов атомов Молекулярное взаимодействие Совокупность молекулярных сил – сила упругости Сила упругости Силы упругости •возникают при деформации тел •одновременно у двух тел •перпендикулярны поверхности •противоположны по направлению смещению тел •при упругих деформациях выполняется закон Гука Сила упругости При малых деформациях связь силы упругости с величиной деформации установил английский физик Роберт Гук. F k Δl kx При упругой деформации растяжения (или сжатия) модуль силы упругости прямо пропорционален абсолютному значению изменения длины тела. Сила упругости k – коэффициент упругости или жесткость. Жесткость показывает какую силу нужно приложить к телу, чтобы деформировать его на 1 м. Сила упругости в отличие от силы тяготения зависит не от расстояния между различными телами, а от изменения расстояния между частями одного и того же тела. Вес тела Сила, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или растягивает подвес, называется весом тела. Вес тела численно равен силе тяжести. P mg Сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу. Вес тела является частным случаем силы упругости. Сила трения Силы трения как и силы упругости имеют электромагнитную природу, т.е. в основе сил трения лежат электрические силы взаимодействия молекул. Главная особенность сил трения, отличающая их от гравитационных сил и от сил упругости, состоит в том, что они зависят от скорости движения тел относительно друг друга. Разрыв молекулярных связей – главное отличие силы трения от сил упругости, при возникновении которых таких разрывов не происходит. Сила трения Силу трения, действующую между телами, неподвижными относительно друг друга, называют силой трения покоя. Максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально модулю силы реакции опоры. Fmax μN Сила трения Сила трения покоя меняется в пределах от нуля до максимального значения. При F > Fmax сила трения покоя не в состоянии уравновесить силу F, начинается скольжение. При не слишком больших Fтр относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя. Приближенно ее можно считать постоянной и равной максимальной силе трения Зависимость силы трения покоя. скольжения от относительной υ скорости тела Fтр Fmax μN Сила трения скольжения F Fтр μmg Fтр μ( mg F sin α ) Сила трения скольжения F Fтр μmg cos α Fтр μFд Лекцию подготовил Волчков С.Н.
