Interacțiunea corpurilor. Experiența arată că atunci când corpurile (sau sistemele de corpuri) se apropie, natura comportamentului lor se schimbă. Deoarece aceste schimbări sunt de natură reciprocă, ei spun că corpurile interacționează între ele . Când se depărtează corpurile pe distanțe foarte mari (până la infinit), toate interacțiunile cunoscute în prezent dispar.

Galileo a fost primul care a dat răspunsul corect la întrebarea, ce fel de mișcare este caracteristică gratuit (adică corpuri care nu interacționează). Spre deosebire de opinia existentă atunci, potrivit căreia corpurile libere „se străduiesc” la o stare de odihnă (), el a susținut că, în absența interacțiunii, corpurile sunt într-o stare de mișcare uniformă (
), inclusiv pacea ca caz special.

Sisteme de referință inerțiale.În cadrul abordării matematice formale implementate în cinematică, afirmația lui Galileo pare lipsită de sens, deoarece o mișcare uniformă într-un sistem de referință se poate dovedi accelerată în altul, care nu este „mai rău” decât cel original. Prezența interacțiunii ne permite să identificăm o clasă specială de sisteme de referință în care corpurile libere se mișcă fără accelerare (în aceste sisteme, majoritatea legilor naturii au cea mai simplă formă). Se numesc astfel de sisteme inerțială.

Toate sistemele inerțiale sunt echivalente între ele, în oricare dintre ele legile mecanicii se manifestă în același mod. Această proprietate a fost remarcată și de Galileo în formularea sa principiul relativitatii: n și prin orice experiență mecanică într-un cadru de referință închis (adică, care nu comunică cu lumea exterioară) este imposibil de stabilit dacă este în repaus sau se mișcă uniform. Orice sistem de referință care se mișcă uniform în raport cu unul inerțial este, de asemenea, inerțial.

Există o diferență fundamentală între sistemele de referință inerțiale și non-inerțiale: un observator situat într-un sistem închis este capabil să stabilească faptul mișcării cu accelerația acestuia din urmă, „fără a privi afară” (de exemplu, atunci când un avion accelerează, pasagerii simt că sunt „presați” în scaune). Se va arăta mai târziu că în sistemele neinerțiale geometria spațiului încetează să mai fie euclidiană.

Legile lui Newton ca bază a mecanicii clasice. Cele trei legi ale mișcării formulate de I. Newton, în principiu, fac posibilă rezolvarea sarcina principală a mecanicii , adică Folosind poziția inițială cunoscută și viteza unui corp, determinați poziția și viteza acestuia la un moment arbitrar de timp.

Prima lege a lui Newton postulează existenţa cadrelor de referinţă inerţiale.

A doua lege a lui Newton afirmă că în sistemele inerțiale, accelerația unui corp este proporțională cu cea aplicatăputere , o mărime fizică care este o măsură cantitativă a interacțiunii. Mărimea forței care caracterizează interacțiunea corpurilor poate fi determinată, de exemplu, de deformarea unui corp elastic introdus suplimentar în sistem, astfel încât interacțiunea cu acesta să compenseze complet pe cel original. Se numește coeficientul de proporționalitate dintre forță și accelerație greutate corporala :

(1) F= m A

Sub influența forțelor egale, corpurile cu masă mai mare capătă accelerații mai mici. Corpurile masive, atunci când interacționează, își schimbă vitezele într-o măsură mai mică, „încercând să mențină mișcarea naturală prin inerție”. Se spune uneori că masa este o măsură a inerției corpurilor (Fig. 4_1).

Proprietățile clasice ale masei includ 1) pozitivitatea acesteia (corpurile capătă accelerație în direcția forțelor aplicate), 2) aditivitatea (masa unui corp este egală cu suma maselor părților sale), 3) independența masei față de natura mișcării (de exemplu, din viteză).

A treia lege afirmă că interacțiunile ambelor obiecte experimentează forțe, iar aceste forțe sunt egale ca mărime și opuse ca direcție.

Tipuri de interacțiuni fundamentale.Încercările de clasificare a interacțiunilor au condus la ideea identificării unui set minim interacțiuni fundamentale , cu ajutorul căruia se pot explica toate fenomenele observate. Pe măsură ce știința naturală s-a dezvoltat, acest set s-a schimbat. În cursul cercetărilor experimentale, au fost descoperite periodic noi fenomene naturale care nu se încadrau în setul fundamental acceptat, ceea ce a dus la extinderea acestuia (de exemplu, descoperirea structurii nucleului a necesitat introducerea forțelor nucleare). Înțelegerea teoretică, în general luptă pentru o descriere unificată și cea mai economică a diversității observate, a condus în mod repetat la „mari unificări” ale fenomenelor naturale aparent complet diferite (Newton și-a dat seama că căderea unui măr și mișcarea planetelor în jurul Soarelui sunt rezultate ale manifestării interacțiunilor gravitaționale, Einstein a stabilit natura unificată a interacțiunilor electrice și magnetice, Butlerov a respins afirmațiile despre natura diferită a substanțelor organice și anorganice).

În prezent este acceptat un set de patru tipuri de interacțiuni fundamentale:gravitaționale, electromagnetice, nucleare puternice și slabe. Toate celelalte cunoscute astăzi pot fi reduse la o suprapunere a celor enumerate.

Interacțiuni gravitaționale sunt cauzate de prezența masei în corpuri și sunt cele mai slabe din setul fundamental. Ei domină la distanțe de scări cosmice (în mega-lume).

Interacțiuni electromagnetice sunt cauzate de o proprietate specifică a unui număr de particule elementare numită sarcină electrică. Ele joacă un rol dominant în lumile macro și micro până la distanțe care depășesc dimensiunile caracteristice nucleelor ​​atomice.

Interacțiuni nucleare joacă un rol dominant în procesele nucleare și apar doar la distanțe comparabile cu dimensiunea nucleului, unde descrierea clasică este evident inaplicabilă.

În zilele noastre, discuții despre biocâmp , cu ajutorul căruia sunt „explicate” o serie de fenomene naturale asociate cu obiectele biologice care nu sunt stabilite experimental în mod foarte sigur. Luarea în serios a conceptului de biocâmp depinde de sensul specific. Încorporat în acest termen. Dacă conceptul de biocâmp este folosit pentru a descrie interacțiuni care implică obiecte biologice, reduse la patru fundamentale, această abordare nu ridică obiecții fundamentale, deși introducerea unui nou concept pentru a descrie fenomenele „vechi” contrazice tendința general acceptată în știința naturii. pentru a minimiza descrierea teoretică. Dacă biocâmpul este înțeles ca un nou tip de interacțiuni fundamentale, manifestate la nivel macroscopic (posibilitatea existenței cărora a priori, evident, este inutil să o negăm), atunci astfel de concluzii de anvergură necesită justificări teoretice și experimentale foarte serioase. , realizate în limbajul și metodele științelor naturale moderne, care nu au fost prezentate în acest moment.

Legile lui Newton și sarcina principală a mecanicii. Pentru a rezolva problema principală a mecanicii (determinarea poziției unui corp la un moment arbitrar de timp dintr-o poziție și o viteză inițială cunoscute), este suficient să găsim accelerația corpului în funcție de timp. A(t). Această problemă este rezolvată de legile lui Newton (1) în condiția forțelor cunoscute. În general, forțele pot depinde de timp, poziția și viteza corpului:

(2) F=F(r,v, t),

acestea. Pentru a găsi accelerația unui corp, trebuie să-i cunoașteți poziția și viteza. Situația descrisă în matematică se numește ecuație diferențială de ordinul doi :

(3)
,

(4)

Matematica arată că problema (3-4) în prezența a două condiții inițiale (poziția și viteza în momentul inițial de timp) are întotdeauna o soluție și, în plus, una unică. Acea. Principala problemă a mecanicii, în principiu, are întotdeauna o soluție, dar găsirea acesteia este adesea foarte dificilă.

determinismul Laplace. Matematicianul german Laplace a aplicat o teoremă similară asupra existenței și unicității unei soluții la o problemă de tip (3-4) pentru un sistem cu un număr finit de ecuații pentru a descrie mișcarea tuturor particulelor din lumea reală care interacționează între ele. şi a ajuns la concluzia că în mod fundamental este posibil să se calculeze poziţia tuturor corpurilor în orice moment . Evident, asta însemna posibilitatea unui viitor prezis fără ambiguitate (cel puțin în principiu) și complet determinism (predeterminare) a lumii noastre. Declarația făcută, care este mai mult de natură filozofică decât științifică naturală, a fost numită determinismul Laplace . Dacă se dorește, s-ar putea trage din el concluzii filozofice și sociale de mare anvergură despre imposibilitatea de a influența cursul predeterminat al evenimentelor. Eșecul acestei doctrine a fost că atomii sau particulele elementare („punctele materiale” din care sunt compuse corpurile reale) nu respectă de fapt legea clasică a mișcării (3), care este valabilă numai pentru obiectele macroscopice (adică cele cu mase suficient de mari). și dimensiuni). O descriere corectă din punctul de vedere al fizicii actuale a mișcării în timp a obiectelor microscopice, cum ar fi atomii și moleculele care alcătuiesc corpurile macroscopice, este dată de ecuații mecanica cuantică, , care fac posibilă determinarea numai a probabilității de a găsi o particulă într-un punct dat, dar în mod fundamental nu face posibilă calcularea traiectoriilor de mișcare pentru momentele de timp ulterioare.

Interacțiunea este o acțiune care este reciprocă. Toate corpurile sunt capabile să interacționeze între ele folosind inerția, forța, densitatea materiei și, de fapt, interacțiunea corpurilor. În fizică, acțiunea a două corpuri sau a unui sistem de corpuri unul asupra celuilalt se numește interacțiune. Se știe că atunci când corpurile se apropie, natura comportamentului lor se schimbă. Aceste schimbări sunt reciproce. Când se depărtează corpurile pe distanțe semnificative, interacțiunile dispar.

Când corpurile interacționează, rezultatul său este întotdeauna resimțit de toate corpurile (la urma urmei, când acționează asupra a ceva, există întotdeauna o întoarcere). Deci, de exemplu, la biliard, când lovești o minge cu un tac, acesta din urmă zboară mult mai puternic decât tacul, ceea ce se explică prin inerția corpurilor. Tipurile și amploarea interacțiunii dintre corpuri sunt determinate tocmai de această caracteristică. Unele corpuri sunt mai puțin inerte, altele mai mult. Cu cât masa corpului este mai mare, cu atât este mai mare inerția acestuia. Un corp care își schimbă viteza mai lent în timpul interacțiunii are o masă mai mare și este mai inert. Un corp care își schimbă viteza mai repede are o masă mai mică și este mai puțin inert.

Forța este o măsură care măsoară interacțiunea corpurilor. Fizica distinge patru tipuri de interacțiuni care nu sunt reductibile unele la altele: electromagnetice, gravitaționale, puternice și slabe. Cel mai adesea, interacțiunea corpurilor are loc atunci când se ating, ceea ce duce la o modificare a vitezei acestor corpuri, care este măsurată prin forța care acționează între ele. Deci, pentru a pune în mișcare o mașină blocată, împinsă cu mâinile, este necesar să se aplice forță. Dacă trebuie să o împingeți în sus, atunci este mult mai greu să o faceți, deoarece va necesita mai multă forță. Cea mai bună opțiune ar fi aplicarea forței direcționate de-a lungul drumului. În acest caz, sunt indicate mărimea și direcția forței (rețineți că forța este o mărime vectorială).

Interacțiunea corpurilor are loc și sub influența forței mecanice, a cărei consecință este mișcarea mecanică a corpurilor sau a părților lor. Forța nu este un obiect al contemplației, este cauza mișcării. Fiecare acțiune a unui corp în raport cu altul se manifestă în mișcare. Un exemplu de forță mecanică care generează mișcare este așa-numitul efect „domino”. Piesele de domino plasate cu talent cad una după alta, răspândind mișcarea mai jos pe rând atunci când primul domino este împins. Există un transfer de mișcare de la o figură inertă la alta.

Interacțiunea corpurilor la contact poate duce nu numai la o încetinire sau accelerare a vitezei lor, ci și la deformarea lor - o schimbare a volumului sau a formei. Un exemplu izbitor este o foaie de hârtie strânsă în mână. Acționând asupra ei cu forță, ducem la mișcarea accelerată a părților acestei foi și la deformarea acesteia.

Orice corp rezistă la deformare atunci când încearcă să-l întindă, să-l comprima sau să-l îndoaie. Din corp încep să acționeze forțe care împiedică acest lucru (elasticitate). Forța elastică se manifestă din partea arcului în momentul întinderii sau comprimării acestuia. O sarcină care este trasă de-a lungul solului de o frânghie accelerează deoarece acționează forța elastică a cordonului întins.

Interacțiunea corpurilor în timpul alunecării de-a lungul suprafeței care le separă nu provoacă deformarea lor. În cazul, de exemplu, al unui creion care alunecă pe o suprafață netedă a mesei, sau al schiurilor sau săniilor alunecând pe zăpadă compactată, acţionează o forță care împiedică alunecarea. Aceasta este o forță de frecare care depinde de proprietățile suprafețelor corpurilor care interacționează și de forța care le presează unul împotriva celuilalt.

Interacțiunea corpurilor poate avea loc și la distanță. Acțiunea, numită și gravitațională, are loc între toate corpurile din jur, ceea ce poate fi vizibil doar atunci când corpurile au dimensiunea stelelor sau planetelor. formate din atracția gravitațională a oricărui corp astronomic și care sunt cauzate de rotația lor. Deci, Pământul atrage Luna, Soarele atrage Pământul, deci Luna se învârte în jurul Pământului, iar Pământul, la rândul său, se învârte în jurul Soarelui.

Forțele electromagnetice acționează și la distanță. În ciuda faptului că nu atinge niciun corp, acul busolei se va întoarce întotdeauna de-a lungul liniei câmpului magnetic. Un exemplu de acțiune a forțelor electromagnetice este ceea ce apare adesea pe păr la pieptănare. Separarea sarcinilor între ele are loc datorită forței de frecare. Părul, fiind încărcat pozitiv, începe să se respingă unul pe celălalt. O astfel de statică apare adesea atunci când purtați un pulover sau purtați pălării.

Acum știți care este interacțiunea corpurilor (definiția s-a dovedit a fi destul de extinsă!).

În timpul acestei lecții, veți deveni mai familiarizați cu interacțiunea corpurilor, veți afla despre o astfel de proprietate a corpurilor precum inerția și despre mărimea fizică care descrie cantitativ inerția corpurilor sau, după cum se spune, este o măsură a inerției - masă. .

Tema: Interacțiunea corpurilor

Lecţie:Interacțiunea corpurilor. Greutate

În ultima lecție, am învățat că poți schimba viteza unui corp doar acționând asupra lui cu un alt corp. Dar dacă un corp acţionează asupra altuia, atunci celălalt corp acţionează în mod necesar asupra primului. Spunem că există o interacțiune între corpuri. Adică, aceasta este o acțiune care este reciprocă.

Din moment ce corpurile pot doar reciproc acționează, atunci în timpul interacțiunii vitezele ambelor corpuri se vor schimba în mod necesar.

Să ne imaginăm două mingi care se mișcă una spre alta: o minge de tenis de masă și o minge de oțel de aproximativ aceeași dimensiune.

Orez. 1. Ciocnire - un exemplu de interacțiune a corpurilor

Când aceste mingi se ciocnesc (adică pe măsură ce interacționează), viteza unei mingi de oțel se va schimba ușor, dar viteza unei mingi de tenis de masă se va schimba semnificativ (chiar și se va schimba direcția). Fizicienii spun că o minge de oțel este mai inertă decât o minge de tenis.

Inerția este o proprietate a unui corp care necesită ceva timp pentru a-și schimba viteza.

Deoarece în exemplul luat în considerare bilele au acționat una asupra celeilalte pentru aceeași perioadă de timp, iar viteza bilei de oțel sa schimbat mai puțin, aceasta înseamnă că inerția sa este mai mare decât inerția unei mingi de tenis.

Să complicăm experimentul de mai sus. Sa asezam un arc comprimat, legat cu un fir, intre doua bile stationare, care impiedica arcul sa se indrepte. Tăiați cu grijă firul. Arcul va începe să se îndrepte, sprijinindu-și capetele pe bile. Putem spune că bilele vor începe să interacționeze printr-un arc și, ca urmare a acestei interacțiuni, vor dobândi o oarecare viteză.

Să presupunem, de exemplu, că o minge de oțel a căpătat viteza de 2 cm/s, iar o minge de tenis a căpătat viteza de 1 m/s. Adică viteza mingii de oțel s-a schimbat de 50 de ori mai puțin decât viteza mingii de tenis. Putem spune că inerția unei mingi de oțel este de 50 de ori mai mare decât inerția unei mingi de tenis. Aceasta înseamnă că inerția corpurilor poate fi comparată!

Masa corporală este o mărime fizică care este o măsură a inerției unui corp.

Cu cât masa corpului este mai mare, cu atât este mai mare inerția acestuia. În exemplul nostru, masa mingii de oțel este de 50 de ori masa mingii de tenis de masă.

Orice corp - o persoană, o masă, planeta Pământ, o picătură de apă - are masă.

La începutul cursului de fizică, am spus că măsurarea este o comparație a unei mărimi fizice cu o mărime omogenă luată ca unitate. Aceasta înseamnă că acum trebuie să setați unitatea de măsură pentru masă și să indicați masa corpului care este egală cu această unitate (selectați un standard de masă).

Masa în fizică se notează cu litera m, iar în sistemul SI se măsoară în kilograme (kg):

Există și alte unități de masă: tonă (t), gram (g), miligram (mg).

1 t = 1000 kg; 1 g = 0,001 kg;

1 kg = 1000 g; 1 mg = 0,001 g;

1 kg = 1000000 mg; 1 mg = 0,000001 kg.

1 kilogram este masa standardului. Standardul internațional de masă se păstrează în Franța în orașul Sevres, în Camera Greutăților și Măsurilor.

Orez. 2. Locul de depozitare a standardului internațional al kilogramului

Kilogramul standard este un cilindru realizat dintr-un aliaj platină-iridiu. Diametrul și înălțimea acestuia sunt de aproximativ 39 mm.

Orez. 3. Kilograme standard

Orez. 4. Recipient pentru depozitarea standardului kilogramului

Copii ale standardului de masă sunt stocate în 40 de țări din întreaga lume. De exemplu, în Rusia există o copie a standardului - eșantionul nr. 12.

Procesul de măsurare a masei se numește cântărire, iar dispozitivul de măsurare a masei se numește cântar. Imaginea solzilor a fost găsită încă din vremea Egiptului Antic.

Orez. 5. cântare egiptene

Apropo, cântărirea corectă și manipularea atentă a cântarelor au fost întotdeauna luate foarte în serios. De exemplu, într-una dintre literele rusești antice ale secolului al XII-lea există următoarele rânduri:

„Pentru utilizarea necorespunzătoare a greutăților și măsurilor, cineva ar trebui să fie executat aproape de moarte, iar proprietatea ar trebui împărțită în trei părți: o parte a Bisericii Sf. Sofia, o parte a Ivanovo și o parte a Sotsky și a orașului Novgorod. ”

Modelele moderne de cântare sunt foarte diverse. De exemplu, mașinile și vagoanele pot fi cântărite pe așa-numitele cântare de transport. Acestea vă permit să măsurați o masă de până la 200 de tone.

Orez. 6. Cântare de transport

Corpurile a căror masă nu depășește sute de grame, dar precizia măsurării trebuie să fie foarte mare, sunt cântărite pe o balanță analitică. Astfel de cântare vă permit să cântăriți cu o precizie de zecimi de miligram.

Orez. 7. Balanțe analitice

În sălile școlare de fizică și chimie se folosesc scale de predare. Limita superioară de măsurare a unor astfel de cântare este de 200 g.

2. Colecție unificată de Resurse Educaționale Digitale ().

Teme pentru acasă

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de probleme de fizică pentru clasele 7 - 9 Nr. 205-213.

Plan de răspuns

1. Interacțiunea corpurilor.

2. Tipuri de interacțiune.

4. Forțe în mecanică.

Observații și experimente simple, de exemplu cu cărucioare (Fig. 1), conduc la următoarele calitative

concluzii: a) un corp asupra căruia alte organe nu acționează își păstrează viteza neschimbată; b) accelerarea unui corp are loc sub influența altor corpuri, dar depinde și de organismul însuși;

c) acţiunile corpurilor unul asupra celuilalt au întotdeauna natura interacţiunii.

Aceste concluzii sunt confirmate prin observarea fenomenelor din natură, tehnologie și spațiu cosmic doar în sisteme de referință inerțiale.

Interacțiunile diferă unele de altele atât cantitativ, cât și calitativ.

De exemplu, este clar că cu cât un arc este mai deformat, cu atât este mai mare interacțiunea spirelor sale. Sau cu cât două sarcini asemănătoare sunt mai apropiate, cu atât acestea se vor atrage mai puternice.

În cele mai simple cazuri de interacțiune, caracteristica cantitativă este forța.

Forta- motivul accelerării corpurilor în raport cu cadrul inerțial de referință sau deformarea acestora.

Forta este o mărime fizică vectorială care este o măsură a accelerației dobândite de corpuri în timpul interacțiunii.

Forţa se caracterizează prin: a) modul; b) punctul de aplicare; c) direcţie.

Unitatea de măsură a forței este newtonul.

1 newton este forța care conferă o accelerație de 1 m/s unui corp cu o greutate de 1 kg în direcția de acțiune a acestei forțe, dacă alte corpuri nu acționează asupra acestuia.

Rezultat mai multe forțe este o forță a cărei acțiune este echivalentă cu acțiunea acelor forțe pe care le înlocuiește. Rezultanta este suma vectorială a tuturor forțelor aplicate corpului.

R g = F g 1 + F g 2 + ... + F g n.

Pe baza datelor experimentale au fost formulate legile lui Newton.

A doua lege a lui Newton. Accelerația cu care se mișcă un corp este direct proporțională cu rezultanta tuturor forțelor care acționează asupra corpului, invers proporțională cu masa acestuia și direcționată în același mod ca forța rezultantă:

a → = F → /t.

Pentru a rezolva probleme, legea este adesea scrisă sub forma: F → =m a → .

Biletul nr. 13 Impulsul corporal. Legea conservării impulsului.

Plan de răspuns

1. Impulsul corpului.

2.Legea conservării impulsului.

3. Propulsie cu reacție.

Odihna și mișcarea sunt relative, viteza unui corp depinde de alegerea sistemului de referință; conform celei de-a doua legi a lui Newton, indiferent dacă corpul era în repaus sau în mișcare, o modificare a vitezei de mișcare a acestuia poate avea loc numai sub acțiunea forței, adică ca urmare a interacțiunii cu alte corpuri. Există cantități care pot fi conservate atunci când corpurile interacționează. Aceste cantități sunt energieȘi puls .

Impulsul corpului se numește mărime fizică vectorială, care este o caracteristică cantitativă a mișcării de translație a corpurilor. Impulsul este desemnat r → .

Unitate de puls r →- kg m/s.

Momentul unui corp este egal cu produsul dintre masa corpului și viteza acestuia : p → = t υ → .

Direcția vectorului pulsului r → coincide cu direcția vectorului viteza corpului υ → (Fig. 1).

Momentul corpurilor se supune legii conservării, care este valabilă numai pentru sistemele fizice închise.

În mecanică închis numit sistem care nu este afectat de forţe exterioare sau acţiunea acestor forţe este compensată.

În acest caz р → 1 = р → 2, Unde p → 1 este impulsul inițial al sistemului și p → 2- finală.

În cazul a două corpuri incluse în sistem, această expresie are forma t 1 υ → 1 + t 2 υ → 2 = m 1 υ → 1 " + m 2 υ → 2 ", Unde t 1Și t 2- mase de corpuri, iar υ → 1 și υ → 2 - viteza înainte de interacțiune, υ → 1 "Și υ → 2 "- viteza dupa interactiune.

Această formulă pentru legea conservării impulsului este: impulsul unui sistem fizic închis este conservat în orice interacțiune, care apar în cadrul acestui sistem.

. În cazul unui sistem deschis, impulsul corpurilor sistemului nu este conservat.

Totuși, dacă există o direcție în sistem în care forțele externe nu acționează sau acțiunea lor este compensată, atunci proiecția impulsului în această direcție este păstrată.

Dacă timpul de interacțiune este scurt (împușcare, explozie, impact), atunci în acest timp, chiar și în cazul unui sistem deschis, forțele externe modifică ușor impulsurile corpurilor care interacționează.

Studiile experimentale ale interacțiunilor diferitelor corpuri - de la planete și stele până la atomi și particule elementare - au arătat că în orice sistem de corpuri care interacționează, în absența acțiunii din partea altor corpuri care nu sunt incluse în sistem, sau suma de forțele care acționează sunt egale cu zero, suma geometrică a momentelor corpurilor rămâne într-adevăr neschimbată.

În mecanică, legea conservării impulsului și legile lui Newton sunt interconectate.

Dacă corpul cântărește T pentru un timp t o forță acționează și viteza mișcării acesteia se modifică de la υ → 0 la υ → , apoi accelerația mișcării a → corpul este egal a → =(υ → - υ → 0)/ t.

Bazat pe a doua lege a lui Newton

pentru putere F → poate fi notat F → = ta → = m(υ → - υ → 0) / t, asta implică

F → t = mυ → - mυ → 0.

F → t- se numește o mărime fizică vectorială care caracterizează acțiunea unei forțe asupra unui corp într-o anumită perioadă de timp impuls de putere. Unitatea SI a impulsului este 1H s.

Legea conservării impulsului stă la baza propulsiei cu reacție.

Propulsie cu reacție- Acest Aceasta este mișcarea unui corp care are loc după separarea unei părți a acestuia de corp.

Exemplu: un corp de masă T odihnit. O parte a corpului a fost separată t 1 cu viteza υ → 1 . Apoi partea rămasă se va deplasa în direcția opusă cu o viteză υ → 2, masa părții rămase t 2.Într-adevăr, suma impulsurilor ambelor părți ale corpului înainte de separare a fost egală cu zero și după separare va fi egală cu zero:

t 1 υ → 1 + m 2 υ → 2 =0, deci υ → 1 = -m 2 υ → 2 / m 1 .

K. E. Tsiolkovsky a dezvoltat teoria zborului unui corp de masă variabilă (o rachetă) într-un câmp gravitațional uniform și a calculat rezervele de combustibil necesare pentru a depăși forța gravitațională.

Ideile tehnice ale lui Tsiolkovsky sunt folosite în crearea rachetelor moderne și a tehnologiei spațiale. Mișcarea folosind un curent cu jet conform legii conservării impulsului este baza unui motor cu hidroreacție. Mișcarea multor moluște marine (caracatiță, meduze, calmar, sepie) se bazează și pe principiul reactiv.

Biletul numărul 17

Legea gravitației universale. Gravitatie. Greutate corporala. Imponderabilitate.

Plan de răspuns

1. Forțele gravitaționale.

2. Legea gravitației universale.

3. Semnificația fizică a constantei gravitaționale.

4. Gravitația.

5. Greutate corporală, supraîncărcare.

6. Imponderabilitate.

Isaac Newton a sugerat că există forțe de atracție reciprocă între orice corp din natură.

Aceste forțe sunt numite forte de gravitatie, sau forțele gravitației universale. Forța gravitației universale se manifestă în spațiu, în sistemul solar și pe Pământ. Newton a derivat formula:

t 1 t 2

F=G----, Unde G- coeficient de proporționalitate, numit gravitațională

R 2

Constant.

Legea gravitației universale: între orice puncte materiale există o forță de atracție reciprocă, direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele, care acționează de-a lungul liniei care leagă aceste puncte.

Sensul fizic al constantei gravitaționale decurge din legea gravitației universale.

Dacă t 1 = t 2 = 1 kg, R= 1 m, atunci G = F, adică constanta gravitațională este egală cu forța cu care două corpuri de 1 kg sunt atrase la o distanță de 1 m. Valoare numerică: G= 6,67 10 -11 N m 2 / kg 2. Forțele gravitației universale acționează între orice corp din natură, dar devin vizibile la mase mari. Legea gravitației universale este îndeplinită numai pentru punctele materiale și bile (în acest caz, distanța dintre centrele bilelor este luată ca distanță).

Un anumit tip de forță gravitațională universală este forța de atracție a corpurilor către Pământ (sau către o altă planetă). Această forță se numește gravitatie.

Sub influența acestei forțe, toate corpurile capătă accelerație gravitațională. Conform celei de-a doua legi a lui Newton g = F T /m, prin urmare, F T = tg.

Forța gravitației este întotdeauna îndreptată spre centrul Pământului.

Pe suprafața Pământului, accelerația gravitației este de 9,831 m/s 2 .

Greutate corporala numită forța cu care un corp apasă pe un suport sau suspensie ca urmare a atracției gravitaționale asupra planetei (fig. 1).

Greutatea corporală este indicată p → . Unitatea de greutate este 1 N. Deoarece greutatea este egală cu forța cu care corpul acționează asupra suportului, atunci, în conformitate cu a treia lege a lui Newton, cea mai mare greutate a corpului este egală cu forța de reacție a suportului. Prin urmare, pentru a afla greutatea unui corp, este necesar să găsim cu ce este egală forța de reacție a suportului.

Orez. 1 Fig. 2

Să luăm în considerare cazul când corpul și suportul nu se mișcă. În acest caz, forța de reacție a solului și greutatea corporală sunt egale cu forța gravitațională (Fig. 2):

P → = N → = tg → .

În cazul unui corp care se deplasează vertical în sus împreună cu un suport cu accelerație, conform celei de-a doua legi a lui Newton, putem scrie tg → + N → = ta →(Fig. 3, A).

În proiecție pe axă OH:

-тg + N = ta, de aici

N= t(g + a).

La deplasarea verticală în sus cu accelerație, greutatea corpului crește și se găsește conform formulei R= t(g + a).

Se numește o creștere a greutății corporale cauzată de mișcarea accelerată a unui suport sau suspensie suprasarcina.

Efectele supraîncărcării sunt experimentate de astronauți și șoferi de mașini în timpul frânărilor bruște.

Dacă un corp se mișcă în jos vertical,

tg → + N → = ta → ; tg - N = ta; N = m(g - a); P = m(g - a),

adică greutatea la deplasarea verticală cu accelerație va fi mai mică decât forța gravitațională (Fig. 3, b).

Dacă corpul cade liber, în acest caz P = (g – g)m = 0

Se numește starea unui corp în care greutatea sa este zero imponderabilitate. Starea de imponderabilitate se observă într-un avion sau o navă spațială atunci când se deplasează cu accelerație în cădere liberă, indiferent de direcția și valoarea vitezei de mișcare a acestora.

Biletul nr. 24 Conversia energiei în timpul vibrațiilor mecanice. Vibrații libere și forțate. Rezonanţă.

Plan de răspuns

1. Definiția mișcării oscilatorii.

2. Vibrații libere.

3. Transformări energetice.

4. Vibrații forțate. Vibrații mecanice

sunt mișcări ale corpului care se repetă exact sau aproximativ la intervale de timp egale. Principalele caracteristici ale vibrațiilor mecanice sunt: ​​deplasarea, amplitudinea, frecvența, perioada. Decalaj este o abatere de la poziția de echilibru. Amplitudine- modul de abatere maximă de la poziţia de echilibru. Frecvență- numărul de oscilații complete efectuate pe unitatea de timp. Perioadă- timpul unei oscilații complete, adică perioada minimă de timp după care procesul se repetă. Perioada și frecvența sunt legate prin relația: ν = 1 /T.

Cel mai simplu tip de mișcare oscilativă este vibratii armonice,în care mărimea oscilantă se modifică în timp conform legii sinusului sau cosinusului (Fig. 1 ).

Gratuit se numesc oscilații care apar datorită energiei inițial transmise în absența ulterioară a influențelor externe asupra sistemului care efectuează oscilațiile. De exemplu, vibrațiile unei sarcini pe un filet (Fig. 2).

Orez. 1 Fig. 2

Să luăm în considerare procesul de conversie a energiei folosind exemplul de oscilații ale unei sarcini pe un fir (vezi Fig. 2).

Când pendulul se abate de la poziția de echilibru, se ridică la o înălțime h relativ la nivelul zero, prin urmare, la punctul A un pendul are energie potenţială tgh. La deplasarea spre poziția de echilibru, spre punct 0, înălțimea scade la zero, iar viteza încărcăturii crește, iar în punct 0 toată energia potențială tgh se transformă în energie cinetică tυ 2 /2. La echilibru, energia cinetică este la maxim, iar energia potențială este la minim. După trecerea de poziția de echilibru, energia cinetică este transformată în energie potențială, viteza pendulului scade și, la abaterea maximă de la poziția de echilibru, devine egală cu zero. Cu mișcarea oscilativă, au loc întotdeauna transformări periodice ale energiei sale cinetice și potențiale.

Cu vibrații mecanice libere, pierderea de energie are loc inevitabil pentru a depăși forțele de rezistență. Dacă oscilațiile apar sub influența unei forțe externe periodice, atunci se numesc astfel de oscilații forţat. De exemplu, părinții balansează un copil într-un leagăn, un piston se mișcă în cilindrul unui motor de mașină, o lamă de ras electric și un ac de mașină de cusut vibrează. Natura oscilațiilor forțate depinde de natura acțiunii forței exterioare, de mărimea, direcția, frecvența ei de acțiune și nu depinde de mărimea și proprietățile corpului oscilant. De exemplu, fundația motorului pe care este atașat efectuează oscilații forțate cu o frecvență determinată doar de numărul de rotații ale motorului - și nu depinde de dimensiunea fundației.

Când frecvența forței externe și frecvența vibrațiilor proprii ale corpului coincid, amplitudinea vibrațiilor forțate crește brusc. Acest fenomen se numește rezonanță mecanică. Grafic, dependența oscilațiilor forțate de frecvența forței externe este prezentată în Figura 3.

Fenomenul de rezonanță poate provoca distrugerea mașinilor, clădirilor, podurilor dacă frecvențele lor naturale coincid cu frecvența unei forțe care acționează periodic. Prin urmare, de exemplu, motoarele din mașini sunt instalate pe amortizoare speciale, iar unităților militare le este interzis să țină pasul atunci când trec pe pod.

În absența frecării, amplitudinea oscilațiilor forțate în timpul rezonanței ar trebui să crească cu timpul fără limită. În sistemele reale, amplitudinea în starea staționară de rezonanță este determinată de condiția pierderii de energie în timpul perioadei și de munca forței externe în același timp. Cu cât frecarea este mai mică, cu atât este mai mare amplitudinea în timpul rezonanței.

Biletul nr. 16

Condensatoare. Capacitatea condensatorului. Aplicarea condensatoarelor.

Plan de răspuns

1. Definiția unui condensator.

2. Desemnare.

3. Capacitatea electrică a condensatorului.

4. Capacitatea electrică a unui condensator plat.

5. Conectarea condensatoarelor.

6. Aplicarea condensatoarelor.

Pentru a acumula cantități semnificative de sarcini electrice opuse, se folosesc condensatoare.

Condensator este un sistem de doi conductori (plăci) despărțiți de un strat dielectric, a cărui grosime este mică în comparație cu dimensiunea conductorilor.

De exemplu, două plăci metalice plate plasate în paralel și separate printr-un dielectric formează un condensator plat.

Dacă plăcilor unui condensator plat li se dau sarcini de mărime egală și semn opus, atunci tensiunea dintre plăci va fi de două ori mai mare decât tensiunea unei plăci. În afara plăcilor tensiunea este zero.

Condensatorii sunt desemnați în diagrame după cum urmează:

Capacitatea electrică a unui condensator este o valoare egală cu raportul dintre sarcina de pe una dintre plăci și tensiunea dintre ele. Capacitatea electrică este desemnată C.

A-prioriu CU= q/U. Unitatea de măsură a capacității electrice este faradul (F).

1 farad este capacitatea electrică a unui astfel de condensator, a cărui tensiune între plăci este egală cu 1 volt atunci când plăcile sunt încărcate cu sarcini opuse de 1 coulomb.

Capacitatea electrică a unui condensator plat se găsește prin formula:

C = ε ε 0 - ,

unde ε 0 este constanta electrică, ε este constanta dielectrică a mediului, S este aria plăcii condensatorului, d- distanta dintre placi (sau grosimea dielectrica).

Dacă condensatorii sunt conectați pentru a forma o baterie, apoi cu conexiune paralelă CO = C 1 + C 2(Fig. 1). Pentru conexiune serială

- = - + - (Fig. 2).

C O C 1 C 2

În funcție de tipul de dielectric, condensatorii pot fi aer, hârtie sau mică.

Condensatorii sunt folosiți pentru a stoca electricitate și a o utiliza în timpul descărcării rapide (foto bliț), pentru a separa circuitele DC și AC, în redresoare, circuite oscilante și alte dispozitive electronice.

Biletul nr. 15

Lucru și alimentare într-un circuit DC. Forta electromotoare. Legea lui Ohm pentru un circuit complet.

Plan de răspuns

1. Munca curenta.

2. Legea Joule-Lenz.

3. Forța electromotoare.

4. Legea lui Ohm pentru un circuit complet.

Într-un câmp electric din formula de determinare a tensiunii

U = A/q

apoi pentru a calcula munca de transfer de sarcină electrică

A = U q deoarece pentru curent încărcătura q = eu t

apoi lucrarea curentului:

A = UIt sau A = I 2 Rt = U 2 / R t

Puterea prin definiție N = A/t prin urmare, N = UI = I 2 R = U 2 /R

Legea Joule-Lenz: Când curentul trece printr-un conductor, cantitatea de căldură degajată în conductor este direct proporțională cu pătratul puterii curentului, rezistența conductorului și timpul de trecere a curentului, Q = I 2 Rt.

Un circuit închis complet este un circuit electric care include rezistențe externe și o sursă de curent (Fig. 1).

Ca una dintre secțiunile circuitului, sursa de curent are rezistență, care se numește internă , r.

Pentru ca curentul să circule printr-un circuit închis, este necesar să se transmită energie suplimentară sarcinilor din sursa de curent; această energie este preluată din munca de mișcare a sarcinilor, care este produsă de forțe de origine neelectrică. (forțe externe) împotriva forțelor câmpului electric.

Sursa de curent este caracterizată de EMF - forța electromotoare a sursei.

EMF - caracteristică a unei surse de energie neelectrică dintr-un circuit electric necesar pentru menținerea curentului electric în acesta .

EMF este măsurată prin raportul dintre munca efectuată de forțele externe pentru a muta o sarcină pozitivă de-a lungul unui circuit închis la această sarcină.

Ɛ = A ST / q.

Lasă-l să ia timp t o sarcină electrică va trece prin secțiunea transversală a conductorului q.

Apoi, munca forțelor externe atunci când se mișcă o sarcină poate fi scrisă după cum urmează: A ST = Ɛ q.

Conform definiţiei curentului q=I t,

A ST = Ɛ I t

La efectuarea acestei lucrări pe secțiunile interne și externe ale circuitului, a căror rezistență R și r, se eliberează ceva căldură.

Conform legii Joule-Lenz, este egal cu : Q = I 2 R t + I 2 r t

Conform legii conservării energiei A = Q. Prin urmare, Ɛ = IR + Ir .

Produsul curentului și rezistența unei secțiuni a unui circuit este adesea numit cadere de tensiune in aceasta zona.

EMF este egal cu suma căderilor de tensiune din secțiunile interne și externe ale circuitului închis. DESPRE

I = Ɛ / (R + r).

Această relație se numește legea lui Ohm pentru un circuit complet

Puterea curentului într-un circuit complet este direct proporțională cu emf-ul sursei de curent și invers proporțională cu rezistența totală a circuitului .

Când circuitul este deschis, fem este egală cu tensiunea la bornele sursei și, prin urmare, poate fi măsurată cu un voltmetru.

Biletul nr. 12

Interacțiunea corpurilor încărcate. legea lui Coulomb. Legea conservării sarcinii electrice.

Plan de răspuns

1. Incarcare electrica.

2. Interacțiunea corpurilor încărcate.

3. Legea conservării sarcinii electrice.

4. Legea lui Coulomb.

5. Constanta dielectrica.

6. Constanta electrica.

Legile interacțiunii atomilor și moleculelor sunt explicate pe baza structurii atomului, folosind modelul planetar al structurii sale.

În centrul atomului se află un nucleu încărcat pozitiv, în jurul căruia particulele încărcate negativ se rotesc pe anumite orbite.

Interacțiunea dintre particulele încărcate se numește electromagnetic.

Intensitatea interacțiunii electromagnetice este determinată de mărimea fizică - incarcare electrica, care notat cu q.

Unitatea de sarcină electrică - pandantiv (Cl).

1 pandantiv- aceasta este o sarcină electrică care, trecând prin secțiunea transversală a unui conductor în 1 s, creează în ea un curent de 1 A.

Capacitatea sarcinilor electrice de a se atrage și de a se respinge reciproc se explică prin existența a două tipuri de sarcini.

Se numește un tip de taxă pozitiv, Purtătorul sarcinii pozitive elementare este protonul.

A fost numit un alt tip de taxă negativ, purtătorul său este un electron. Sarcina elementară este e = 1,6 × 10 -19 Cl.

Sarcina electrică nu este nici creată, nici distrusă, ci doar transferată de la un corp la altul.

Acest fapt se numește legea conservării sarcinii electrice.

În natură, o sarcină electrică de același semn nu apare și nici nu dispare.

Apariția și dispariția sarcinilor electrice pe corpuri în cele mai multe cazuri se explică prin tranzițiile particulelor încărcate elementare - electroni - de la un corp la altul.

Electrificare- acesta este un mesaj către corpul unei sarcini electrice.

Electrificarea poate apărea prin contactul (frecarea) unor substanțe diferite și în timpul iradierii.

Când are loc electrificarea în organism, apare un exces sau deficiență de electroni.

Dacă există un exces de electroni, corpul capătă o sarcină negativă, iar dacă există o deficiență, capătă o sarcină pozitivă.

Legea fundamentală a electrostaticii a fost stabilită experimental de Charles Coulomb:

Modulul forței de interacțiune între două sarcini electrice fixe punctuale în vid este direct proporțional cu produsul mărimilor acestor sarcini și invers proporțional cu pătratul distanței dintre ele.

F = k q 1 q 2 / r 2,

unde q 1 și q 2 sunt modulele de sarcină, r este distanța dintre ele, k este coeficientul de proporționalitate, în funcție de alegerea sistemului de unități, în SI

k = 9 10 9 Nm2/CI2.

Mărimea care arată de câte ori este mai mare forța de interacțiune între sarcinile în vid decât într-un mediu se numește constanta dielectrică a mediuluiε.

Pentru un mediu cu constantă dielectrică ε, legea lui Coulomb: F = k q 1 q 2 /(ε r 2).

În locul coeficientului k, este adesea folosit un coeficient numit electric constantă ε 0 .

Constanta electrică este legată de coeficientul k după cum urmează:

k = 1/4πε 0 și este numeric egal cu ε 0 = 8,85 10 -12 C/N m 2

Folosind constanta electrică, legea lui Coulomb este:

1 q 1 q 2

F = --- ---

4 π ε 0 r 2

Interacțiunea sarcinilor electrice staționare se numește electrostatic, sau Interacțiunea Coulomb. Forțele Coulomb pot fi reprezentate grafic (Fig. 1).

Forța Coulomb este îndreptată de-a lungul liniei drepte care leagă corpurile încărcate. Este forța de atracție pentru diferite semne de sarcini și forța de respingere pentru aceleași semne.