4. Силы в природе

Тело может изменить скорость только при взаимодействии с другим телом или с полем. При этом говорят, что на тело действует сила. Сила — причина изменения скорости.

В природе существует четыре вида взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильные (ядерные) и слабые (между элементарными частицами).

Гравитационные действуют между всеми телами, имеющими массу. Два тела притягиваются с силами пропорциональными массам этих тел и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними. Закон всемирного тяготения

F = G

Коэффициент пропорциональности - гравитационная постоянная G = 6,672 · 10־¹¹ Н · м² /кг ² мал, поэтому гравитационные силы проявляют себя заметно только в космических масштабах, по крайней мере, одно из тел должно иметь очень большую массу.

Если в законе всемирного тяготения одну массу заменить массой Земли, получим силу тяжести — силу, с которой тело притягивается к Земле F = mg, где g = 9,8 м/с² - ускорение свободного падения.

Сила, с которой тело в следствие притяжения к Земле действует на опору или подвес, называют вес. Вес неподвижного тела равен силе тяжести, если же тело движется с ускорением, вес можно рассчитать по формуле Р = m ( g ± a)

Электромагнитные взаимодействия занимают первое место по широте и разнообразию проявлений. Это силы упругости, трения, силы мышц. При взаимодействии частиц в самых малых системах природы - в атомных ядрах - и при взаимодействии космических тел электромагнитные силы играют важную роль. Строение атомной оболочки, скрепление атомов в молекулы (химические силы) и образование макроскопических тел определяются исключительно электромагнитными силами.

Силы трения зависят от прижимающей силы и соприкасающихся поверхностей, но не зависят от их площади. Коэффициенты трения для разных поверхностей измерены и занесены в таблицы.

F_тр = μmg

Силы упругости определяются законом Гука:

F_yпр = - kx, где х - величина деформации, k - коэффициент упругости (жесткость).

Одноименно электрически заряженные тела отталкиваются, разноименно заряженные - притягиваются.

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, оно влияет на другой ток и на движущиеся заряды.

Ядерные силы действуют внутри атомного ядра, эти силы в сто раз сильнее кулоновских, но действуют на очень маленьких расстояниях.

5. Механическая работа и мощность. Механическая энергия.

Закон сохранения механической энергии

Механическая работа – физическая величина, численно равная произведению силы, действующей на тело, на перемещение, которое тело совершает под действием этой силы на косинус угла между векторами силы и перемещения.

А = Fs cos α

Работа измеряется в джоулях: 1 Дж = 1 Н ·1 м

Мощность – показывает, какую работу выполняет механизм в единицу времени.

N =

Мощность измеряется в ваттах: 1 Вт =

Энергия – способность тела совершить работу. Кинетическая энергия – энергия движения: Е_к =

Потенциальная энергия – энергия возможности. Потенциальной энергией обладают упруго деформированные тела: Е_п = kx² и тела, поднятые над землей: Е_п = mgh. Энергия, как и работа, измеряется в джоулях.

Закон сохранения энергии: в замкнутой системе механическая энергия ниоткуда не появляется, никуда не исчезает, а только переходит из одного вида в другой. Если тело совершает работу, его энергия уменьшается на величину совершенной работы, если же работа совершена внешними силами – энергия тела увеличивается.

Силы трения неконсервативны, поэтому работа сил трения всегда отрицательна, зависит от траектории движения, уменьшает запас механической энергии. Эта часть энергии переходит во внутреннюю.