«МАОУ Лицей 180»

Бибиков д.Н. Взаимодействие вещества и полей

Учебное пособие

Нижний Новгород 2014

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом Лицея 180

Рецензенты:

Е.В. Корчагин, заслуженный учитель России

Л.А. Новожилова,учитель высшей квалификационной категории

Взаимодействие вещества и полей: учеб.пособие / Д.Н. БибиковН.Новгород : МАОУ Лицей 180, 2014. – 116 с.

Данное учебное пособие посвящено разделам физики «гидро- и аэростатика», «геометрическая оптика», «атомная физика», «элементы ядерной физики»

Учебное пособие содержит изложение теоретических и методологических основ физических явлений на макро- и микроуровне. В нем представлены цели, задачи и основные подходы к решению задач образования на основе Федерального закона Российской Федерации от 29 декабря 2012 г. N 273-ФЗ "Об образовании в Российской Федерации"

Учебное пособие предназначено для учащихся, обучающихся по программам углублённого изучения физики и математики.

© Бибиков Д.Н.

2014

1. Твёрдое тело в гравитационном поле.

Пусть вещество находится в твердом агрегатном состоянии на поверхности Земли. (Движение тел мы уже рассматривали).

Н а первый слой в гравитационном поле действует сила F_Т1=mg. Первый слой давит на второй слой. На второй слой действуют силы со стороны первого слоя, первый и второй действуют на третий и т.д.

На поверхность Земли действует сила g или F=mg и создаёт давле­ние

В нутри твердого тела молекулы приближены друг к другу. Каждый слой дефор­мирован. Такое состояние называется напряжённым, а называется механиче­ским напряжением. [Па] -плотность вещества, g напряжён­ность гравитационного поля, h - расстояние от верхнего края тела до поверхности земли. Механическое напряжение минимально в первом слое и максимально в последнем слое. Зависимость на­пряжения от высоты – линейная, и gcчитать постоянными. Если начало отсчета выбрать от поверхности земли, то или .

Вывод: Основания высотных зданийдолжны изготовляться из более прочных материалов или иметь большую площадь опоры, как пирамиды.

Пример: При какой наименьшей длине разорвётся свинцовая проволока, подве­шенная вертикально под действием собственного веса?

Механическое напряжение равно . Проволока может выдержать напряже­ние , откуда

Даже, если тело не закреплено и свободно падает, на него действуют приливные гравитационные силы. Эти силы проявляются потому, что все тела, находящиеся в поле тяготения, имеют некоторые размеры. Гравитационные поля всегда неоднородны, и разные точки притягиваемых тел испытывают разное тяготение. Пусть тело находится в поле тяготения планеты. Ближайшие к планете его части будут притягиваться сильнее, чем отдаленные. Эта разность сил тяготения, называемая приливной силой, стремится растянуть, разорвать тело.

Приливная сила тем больше, чем резче меняется поле тяготения от точки к точке и чем больше расстояние между точками, то есть чем больше размер тела.

Эти силы расщепили комету Шумейкера-Леви. Эту необычную комету открыли известные искатели и исследователи комет Каролина и Юджин Шумейкеры и Девид Леви. Наблюдатели в ночь на 18 марта 1993 г. сфотографировали несколько участков звездного неба с помощью 46-см телескопа Шмидта на обсерватории Маунт Паломар. На одном из негативов в участке созвездия Девы они заметили необычный диффузный объект 14 звездной величины, очень сильно вытянутый в длину, почти на 1 минуту дуги, в направлении на восток. Длина объекта была в несколько раз большая, чем ширина, что кажется невозможным для объекта, который находился на таком же расстоянии от Солнца, как и Юпитер. (сам Юпитер, а это наибольшая планета Солнечной системы, имеет видимый диаметр 40"). Вытянутое изображение кометы объясняется наличием нескольких вторичных кометных ядер, расположенных на одной прямой линии, которые образовались вследствие разрушения большего ядра родительской кометы. Назвали объект за его внешний вид "бриллиантовой ниткой", потому что он действительно напоминал бриллианты на нитке. Однако уже на снимках, полученных Дж.Скотти, можно было насчитать 11 вторичных ядер. Еще более поразительный снимок был получен 31 марта 1993 г. на Гавайской обсерватории астрономами Джейн Луу и Доном Джюиттом с помощью 2.2-м телескопа, на котором уже было заметно 21 вторичное кометное ядро. Это уже был настоящий "кометный поезд", как назвали разрушенную комету наблюдатели этого редкого феномена. Скорее всего кольца Сатурна образовались по этой же причине.

Вопросы:

1. Как находится гидростатическое давление?

2. Чему равен скоростной напор жидкости?

3. Как определить давление твёрдого тела на опору?

4. Что такое механическое напряжение?

5. Как определить механическое напряжение в твёрдом теле, находящемся в гравитацион­ном поле?

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 1

1. Найдите максимальную высоту здания из кирпича, если предел прочности кирпича на сжатие 1,5·10⁷Па, плотность кирпича 1,8·10³, а необходимый запас прочности равен 6.

250м

2. Какой диаметр должен иметь стальной трос подъёмного крана, если масса поднимае­мого груза равна 5т? Предел прочности троса 10⁹ Па, запас прочности должен быть ра­вен 6.

1,95·10^-2м.

3. Масса кабины лифта с пассажирами 500кг. Кабина подвешена на тросе из стали с преде­лом прочности 5,5·10⁸ Па. Лифт движется вверх с ускорением вверх 0,5 м/с². Ка­ким запасом прочности обладает трос , если его поперечное сечение 1,4 см²?