Фундаментальные взаимодействия Понятие силы
Согласно Ньютону, весь мир состоит из «твердых, весомых, непроницаемых частиц». Эти «первичные частицы абсолютно тверды: они неизмеримо более тверды, чем тела, которые из них состоят; настолько тверды, что они никогда не изнашиваются и не разбиваются вдребезги». Многообразие мира - результат различий в движении частиц. Основным в этой картине мира является движение. Внутренняя сущность частиц материи остается на втором плане: главное - как эти частицы движутся. Основание этой картины - во всеобъемлющем характере законов Ньютона. Центральная их идея: изменение состояния движения (т.е. скорости) тел вызывается взаимным действием их друг на друга.
Мерой действия одного тела на другое, вызывающего изменение по величине и направлению вектора его скорости (ускорение тела), является векторная величина, называемая силой.
При изучении движения какого-либо тела действие на него других тел изображается приложенными к этому телу векторами-силами. Это позволяет не рассматривать процесс взаимодействия тел и движение тел, действующих на данное тело, а считать, что телу, движение которого изучается, сообщает ускорение приложенная к нему сила. Такой подход значительно упрощает задачи механики.
Если силу или систему сил, приложенных к телу, можно заменить другой силой или системой сил, не изменяя при этом состояния движения тела, то такие силы или системы сил называются эквивалентными. В частности, когда система сил заменяется одной силой, то эта сила называется равнодействующей.
Действие сил подчиняется принципу независимости, который заключается в том, что каждая действующая на данное тело сила сообщает ему ускорение, величина которого не зависит ни от состояния движения тела, ни от действия на него других сил.
Единица измерения силы определяется из второго закона Ньютона:
.
В системе СИ:
.
Эта единица называется «ньютон» в честь великого английского ученого исаака ньютона.
Контрольные вопросы
Законы Кеплера.
Закон всемирного тяготения.
Характеристики гравитационного поля; физический смысл и формулы для их определения.
Связь между гравитационной постоянной и ускорением свободного падения тела.
Зависимость ускорения свободного падения тела от широты местности и высоты над поверхностью Земли.
Зависимость ускорения свободного падения тела от глубины погружения в шахту.
Лабораторная работа № 17
ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА
ПО НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ
Приборы и принадлежности: наклонная поверхность, шар, цилиндр, полый цилиндр, линейка, копировка, лист бумаги.
Теория
В данной лабораторной работе необходимо определить скорость тела в нижней точке наклонной плоскости двумя способами: теоретически, исходя из закона сохранения энергии, и экспериментально, используя физическую задачу кинематики движения тела, брошенного под углом к горизонту.
1 способ.
Исследуемое
тело (шар, цилиндр, полый цилиндр) в точке
А обладает запасом потенциальной энергии
mgh
(рис.1.). В точке В приобретает кинетическую
энергию поступательного движения
и вращательного движения
.
По закону сохранения энергии:
(17.1)
В
данной работе скорость V
тела теоретически можно найти следующим
образом. Из формулы (17.1)
и соотношения
(17.2)
где
(17.3)
J- момент инерции,
R – радиус испытуемого тела,
W – его угловая скорость в точке В.
При
вычислении скорости шара следует брать
момент инерции
для сплошного цилиндра
,
для тонкостенного цилиндра
.
Подставляя значение J в формулу (17.3), находят значение k для всего тела. Из формулы (17.2), зная высоту наклонной плоскости h, определяют теоретически скорость V.