Interakcia telies. Skúsenosti ukazujú, že keď sa telesá (alebo sústavy telies) priblížia, zmení sa charakter ich správania. Keďže tieto zmeny sú recipročného charakteru, hovoria, že telá interagovať navzájom . Pri pohybe telies od seba na veľmi veľké vzdialenosti (do nekonečna) zmiznú všetky v súčasnosti známe interakcie.

Galileo ako prvý správne odpovedal na otázku, aký druh pohybu je charakteristický zadarmo (t.j. neinteragujúce telesá). Na rozdiel od vtedy existujúceho názoru, že voľné telesá sa „usilujú“ o stav pokoja (), tvrdil, že pri absencii interakcie sú telesá v stave rovnomerného pohybu (
), vrátane mieru ako osobitného prípadu.

Inerciálne referenčné systémy. V rámci formálneho matematického prístupu implementovaného v kinematike sa Galileovo tvrdenie javí ako nezmyselné, pretože rovnomerný pohyb v jednom referenčnom systéme sa môže ukázať ako zrýchlený v inom, čo nie je „o nič horšie“ ako v pôvodnom. Prítomnosť interakcie nám umožňuje identifikovať špeciálnu triedu referenčných systémov, v ktorých sa voľné telesá pohybujú bez zrýchlenia (v týchto systémoch má väčšina prírodných zákonov najjednoduchšiu formu). Takéto systémy sú tzv zotrvačné.

Všetky inerciálne sústavy sú si navzájom ekvivalentné, v ktorejkoľvek z nich sa zákony mechaniky prejavujú rovnako. Túto vlastnosť vo svojej formulácii zaznamenal aj Galileo princíp relativity: n a akoukoľvek mechanickou skúsenosťou v uzavretom (t. j. nekomunikujúcom s vonkajším svetom) referenčnom rámci nie je možné určiť, či je v pokoji alebo rovnomerne sa pohybuje. Každý referenčný systém, ktorý sa pohybuje rovnomerne vzhľadom na inerciálny, je tiež inerciálny.

Medzi inerciálnymi a neinerciálnymi referenčnými systémami je zásadný rozdiel: pozorovateľ umiestnený v uzavretom systéme je schopný zistiť skutočnosť pohybu so zrýchlením tohto systému „bez toho, aby sa pozrel von“ (napríklad, keď lietadlo zrýchľuje, cestujúci majú pocit, že sú „pritlačení“ na svoje sedadlá). Neskôr sa ukáže, že v neinerciálnych sústavách geometria priestoru prestáva byť euklidovská.

Newtonove zákony ako základ klasickej mechaniky. Tri pohybové zákony sformulované I. Newtonom v princípe umožňujú riešiť hlavnou úlohou mechanika , t.j. Pomocou známej počiatočnej polohy a rýchlosti telesa určte jeho polohu a rýchlosť v ľubovoľnom časovom okamihu.

Newtonov prvý zákon predpokladá existenciu inerciálnych vzťažných sústav.

Druhý Newtonov zákon uvádza, že v inerciálnych sústavách je zrýchlenie telesa úmerné aplikovanémusilu , fyzikálna veličina, ktorá je kvantitatívnou mierou interakcie. Veľkosť sily charakterizujúcej interakciu telies možno určiť napríklad deformáciou pružného telesa dodatočne zavedeného do systému tak, že interakcia s ním úplne kompenzuje tú pôvodnú. Súčiniteľ úmernosti medzi silou a zrýchlením sa nazýva telesná hmotnosť :

(1) F= m a

Vplyvom rovnakých síl nadobúdajú telesá s väčšou hmotnosťou menšie zrýchlenia. Masívne telesá pri interakcii menia svoju rýchlosť v menšej miere a „snažia sa udržať prirodzený pohyb zotrvačnosťou“. Niekedy sa hovorí, že omša je miera zotrvačnosti telies (obr. 4_1).

Medzi klasické vlastnosti hmoty patrí 1) jej pozitivita (telesá nadobudnú zrýchlenie v smere pôsobiacich síl), 2) aditivita (hmotnosť telesa sa rovná súčtu hmotností jeho častí), 3) nezávislosť hmotnosti od povaha pohybu (napríklad z rýchlosti).

Tretí zákon uvádza, že pri interakciách oboch objektov pôsobia sily a tieto sily majú rovnakú veľkosť a opačný smer.

Typy základných interakcií. Pokusy o klasifikáciu interakcií viedli k myšlienke identifikovať minimálny súbor zásadné interakcie , pomocou ktorej sa dajú vysvetliť všetky pozorované javy. S rozvojom prírodných vied sa tento súbor menil. V priebehu experimentálneho výskumu sa periodicky objavovali nové prírodné javy, ktoré nezapadali do akceptovaného základného súboru, čo viedlo k jeho rozšíreniu (napríklad objavenie štruktúry jadra si vyžiadalo zavedenie jadrových síl). Teoretické chápanie, vo všeobecnosti snaha o jednotný, najúspornejší popis pozorovanej diverzity, opakovane viedlo k „veľkým zjednoteniam“ zdanlivo úplne odlišných prírodných javov (Newton si uvedomil, že pád jablka a pohyb planét okolo Slnka výsledky prejavu gravitačných interakcií, Einstein stanovil jednotnú povahu elektrických a magnetických interakcií, Butlerov vyvrátil tvrdenia o odlišnej povahe organických a anorganických látok).

V súčasnosti je akceptovaný súbor štyroch typov základných interakcií:gravitačné, elektromagnetické, silné a slabé jadrové. Všetky ostatné, ktoré sú dnes známe, možno zredukovať na superpozíciu uvedených.

Gravitačné interakcie sú spôsobené prítomnosťou hmoty v telesách a sú najslabšie zo základného súboru. Dominujú vo vzdialenostiach kozmických mierok (v megasvete).

Elektromagnetické interakcie sú spôsobené špecifickou vlastnosťou množstva elementárnych častíc nazývanou elektrický náboj. Hrajú dominantnú úlohu v makro a mikrosvetoch až do vzdialeností presahujúcich charakteristické rozmery atómových jadier.

Jadrové interakcie zohrávajú dominantnú úlohu v jadrových procesoch a objavujú sa len vo vzdialenostiach porovnateľných s veľkosťou jadra, kde je klasický popis zjavne nepoužiteľný.

V dnešnej dobe sa diskusie o biopole , pomocou ktorého je „vysvetlených“ množstvo prírodných javov spojených s biologickými objektmi, ktoré nie sú príliš spoľahlivo experimentálne zistené. Brať pojem biopole vážne závisí od konkrétneho významu. Vložené do tohto termínu. Ak sa pojem biopole používa na opis interakcií zahŕňajúcich biologické objekty, redukovaný na štyri základné, tento prístup nevyvoláva zásadné námietky, hoci zavedenie nového pojmu na opis „starých“ javov je v rozpore so všeobecne akceptovanou tendenciou v prírodných vedách. minimalizovať teoretický popis. Ak sa biopole chápe ako nový typ fundamentálnych interakcií, prejavujúcich sa na makroskopickej úrovni (možnosť existencie ktorých je a priori samozrejme zbytočné popierať), potom si takéto ďalekosiahle závery vyžadujú veľmi vážne teoretické a experimentálne zdôvodnenia. , vyhotovené jazykom a metódami modernej prírodnej vedy, ktoré v súčasnosti ešte neboli prezentované.

Newtonove zákony a hlavná úloha mechaniky. Na vyriešenie hlavného problému mechaniky (určenie polohy telesa v ľubovoľnom časovom okamihu zo známej počiatočnej polohy a rýchlosti) stačí nájsť zrýchlenie telesa ako funkciu času. a(t). Tento problém riešia Newtonove zákony (1) za podmienky známych síl. Vo všeobecnosti môžu sily závisieť od času, polohy a rýchlosti tela:

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

tie. Ak chcete nájsť zrýchlenie telesa, musíte poznať jeho polohu a rýchlosť. Opísaná situácia v matematike je tzv diferenciálna rovnica druhého rádu :

(3)
,

(4)

Matematika to ukazuje problém (3-4) v prítomnosti dvoch počiatočných podmienok (poloha a rýchlosť v počiatočnom okamihu) má vždy riešenie a navyše jedinečné. To. Hlavný problém mechaniky má v zásade vždy riešenie, no nájsť ho je často veľmi ťažké.

Laplaceov determinizmus. Nemecký matematik Laplace použil podobnú vetu o existencii a jedinečnosti riešenia problému typu (3-4) pre systém konečného počtu rovníc na opísanie pohybu všetkých častíc reálneho sveta, ktoré spolu interagujú. a dospel k záveru, že v zásade je možné kedykoľvek vypočítať polohu všetkých telies. Zjavne to znamenalo možnosť jednoznačne predpovedanej budúcnosti (aspoň v princípe) a úplnej determinizmus (predurčenie) nášho sveta. Vyjadrené tvrdenie, ktoré má skôr filozofický ako prirodzene vedecký charakter, bolo tzv Laplaceov determinizmus . Na želanie by sa z nej dali vyvodiť veľmi ďalekosiahle filozofické a spoločenské závery o nemožnosti ovplyvniť vopred určený priebeh udalostí. Omyl tejto doktríny spočíval v tom, že atómy alebo elementárne častice („hmotné body“, z ktorých sa skladajú skutočné telesá) sa v skutočnosti neriadia klasickým pohybovým zákonom (3), ktorý platí len pre makroskopické objekty (t. j. tie s dostatočne veľkou hmotnosťou). a veľkosti). Správny popis z hľadiska dnešnej fyziky pohybu mikroskopických objektov v čase, ako sú atómy a molekuly tvoriace makroskopické telesá, je daný rovnicami kvantová mechanika, , ktoré umožňujú určiť len pravdepodobnosť nájdenia častice v danom bode, ale zásadne neumožňujú vypočítať trajektórie pohybu pre nasledujúce časové okamihy.

Interakcia je činnosť, ktorá je obojstranná. Všetky telesá sú schopné vzájomnej interakcie pomocou zotrvačnosti, sily, hustoty hmoty a vlastne interakcie telies. Vo fyzike sa vzájomné pôsobenie dvoch telies alebo sústavy telies nazýva interakcia. Je známe, že keď sa telá priblížia, zmení sa povaha ich správania. Tieto zmeny sú vzájomné. Keď sa telesá od seba vzdialia na veľké vzdialenosti, interakcie zmiznú.

Pri interakcii telies, jej výsledok vždy pociťujú všetky telesá (napokon, pri pôsobení na niečo je vždy návrat). Takže napríklad v biliarde, keď zasiahnete loptičku tágom, tá odletí oveľa silnejšie ako tágo, čo sa vysvetľuje zotrvačnosťou tiel. Druhy a rozsah interakcie medzi telesami sú určené práve touto charakteristikou. Niektoré telesá sú menej inertné, iné viac. Čím väčšia je hmotnosť telesa, tým väčšia je jeho zotrvačnosť. Teleso, ktoré pri interakcii mení svoju rýchlosť pomalšie, má väčšiu hmotnosť a je inertnejšie. Teleso, ktoré mení svoju rýchlosť rýchlejšie, má menšiu hmotnosť a je menej inertné.

Sila je miera, ktorá meria interakciu telies. Fyzika rozlišuje štyri typy interakcií, ktoré nie sú navzájom redukovateľné: elektromagnetické, gravitačné, silné a slabé. Najčastejšie k interakcii telies dochádza pri ich dotyku, čo vedie k zmene rýchlostí týchto telies, ktorá sa meria silou pôsobiacou medzi nimi. Takže na uvedenie zastaveného auta do pohybu tlačeného rukami je potrebné použiť silu. Ak to musíte tlačiť do kopca, potom je to oveľa ťažšie, pretože to bude vyžadovať väčšiu silu. Najlepšou možnosťou by bolo použiť silu nasmerovanú pozdĺž cesty. V tomto prípade je uvedená veľkosť a smer sily (všimnite si, že sila je vektorová veličina).

K interakcii telies dochádza aj vplyvom mechanickej sily, ktorej dôsledkom je mechanický pohyb telies alebo ich častí. Sila nie je predmetom kontemplácie, je príčinou pohybu. Každé pôsobenie jedného telesa vo vzťahu k druhému sa prejavuje pohybom. Príkladom mechanickej sily, ktorá generuje pohyb, je takzvaný „domino“ efekt. Umne umiestnené domino padajú jedno za druhým a pri zatlačení prvého domino sa pohyb šíri ďalej v rade. Dochádza k prenosu pohybu z jednej inertnej postavy na druhú.

Vzájomné pôsobenie telies pri kontakte môže viesť nielen k spomaleniu či zrýchleniu ich rýchlostí, ale aj k ich deformácii – zmene objemu či tvaru. Pozoruhodným príkladom je list papiera zovretý v ruke. Pôsobením na ňu silou vedieme k zrýchlenému pohybu častí tohto plechu a jeho deformácii.

Každé telo odoláva deformácii, keď sa ho pokúša natiahnuť, stlačiť alebo ohnúť. Z tela začnú pôsobiť sily, ktoré tomu bránia (elasticita). Pružná sila sa prejavuje zo strany pružiny v momente jej natiahnutia alebo stlačenia. Záťaž, ktorá je ťahaná po zemi lanom, sa zrýchľuje, pretože pôsobí elastická sila napnutej šnúry.

Interakcia telies počas kĺzania po povrchu, ktorý ich oddeľuje, nespôsobuje ich deformáciu. V prípade, že sa napríklad ceruzka šmýka po hladkom povrchu stola, alebo sa lyže či sane šmýkajú po utlačenom snehu, pôsobí sila, ktorá kĺzaniu bráni. Ide o treciu silu, ktorá závisí od vlastností povrchov interagujúcich telies a od sily, ktorá ich pritláča k sebe.

Interakcia telies môže prebiehať aj na diaľku. Akcia, nazývaná aj gravitačná, nastáva medzi všetkými telesami v okolí, čo môže byť viditeľné iba vtedy, keď sú telesá veľkosti hviezd alebo planét. tvorené gravitačnou príťažlivosťou akéhokoľvek astronomického telesa a ktoré sú spôsobené ich rotáciou. Takže Zem priťahuje Mesiac, Slnko priťahuje Zem, takže Mesiac sa točí okolo Zeme a Zem sa otáča okolo Slnka.

Elektromagnetické sily pôsobia aj na diaľku. Napriek tomu, že sa strelka kompasu nedotkne žiadneho telesa, bude sa vždy otáčať pozdĺž siločiary magnetického poľa. Príkladom pôsobenia elektromagnetických síl je to, čo sa často vyskytuje na vlasoch pri česaní. K oddeleniu nábojov medzi nimi dochádza v dôsledku sily trenia. Vlasy, ktoré sú pozitívne nabité, sa začnú navzájom odpudzovať. Takáto statika sa často vyskytuje pri obliekaní svetra alebo nosení klobúkov.

Teraz viete, čo je interakcia telies (definícia sa ukázala byť dosť rozsiahla!).

Počas tejto lekcie sa bližšie zoznámite s interakciou telies, dozviete sa o takej vlastnosti telies ako je zotrvačnosť a o fyzikálnej veličine, ktorá kvantitatívne popisuje zotrvačnosť telies, alebo, ako sa hovorí, je mierou zotrvačnosti - hmotnosť .

Téma: Interakcia telies

lekcia:Interakcia telies. Hmotnosť

V minulej lekcii sme sa naučili, že rýchlosť telesa môžete zmeniť len tak, že naň pôsobíte iným telesom. Ale ak jedno telo pôsobí na druhé, potom druhé telo nevyhnutne pôsobí na prvé. Hovoríme, že medzi telesami existuje interakcia. To znamená, že ide o akciu, ktorá je obojstranná.

Keďže telá môžu len vzájomné pôsobiť, potom sa pri interakcii nutne zmenia rýchlosti oboch telies.

Predstavme si dve loptičky pohybujúce sa k sebe: loptičku na stolný tenis a oceľovú loptičku približne rovnakej veľkosti.

Ryža. 1. Zrážka - príklad vzájomného pôsobenia telies

Keď sa tieto loptičky zrazia (teda pri interakcii), rýchlosť oceľovej loptičky sa mierne zmení, no výrazne sa zmení rýchlosť loptičky na stolný tenis (dokonca zmení smer). Fyzici tvrdia, že oceľová loptička je inertnejšia ako tenisová loptička.

Zotrvačnosť je vlastnosť telesa, pri ktorej trvá určitý čas, kým zmení svoju rýchlosť.

Keďže v uvažovanom príklade na seba loptičky pôsobili rovnako dlho a rýchlosť oceľovej guľôčky sa menila menej, znamená to, že jej zotrvačnosť je väčšia ako zotrvačnosť tenisovej loptičky.

Poďme si skomplikovať vyššie uvedený experiment. Medzi dve stacionárne guľôčky umiestnime stlačenú pružinu, previazanú niťou, ktorá zabráni narovnaniu pružiny. Opatrne prestrihnite niť. Pružina sa začne narovnávať a svoje konce opiera o gule. Môžeme povedať, že loptičky začnú interagovať cez pružinu a v dôsledku tejto interakcie získajú určitú rýchlosť.

Povedzme napríklad, že oceľová loptička nabrala rýchlosť 2 cm/s a tenisová loptička rýchlosť 1 m/s. To znamená, že rýchlosť oceľovej loptičky sa menila 50-krát menej ako rýchlosť tenisovej loptičky. Môžeme povedať, že zotrvačnosť oceľovej loptičky je 50-krát väčšia ako zotrvačnosť tenisovej loptičky. To znamená, že sa dá porovnať zotrvačnosť telies!

Telesná hmotnosť je fyzikálna veličina, ktorá je mierou zotrvačnosti telesa.

Čím väčšia je hmotnosť telesa, tým väčšia je jeho zotrvačnosť. V našom príklade je hmotnosť oceľovej gule 50-krát väčšia ako hmotnosť loptičky na stolný tenis.

Každé telo - človek, stôl, planéta Zem, kvapka vody - má hmotnosť.

Hneď na začiatku kurzu fyziky sme si povedali, že meranie je porovnanie fyzikálnej veličiny s homogénnou veličinou branou ako jednotka. To znamená, že teraz je potrebné nastaviť jednotku merania hmotnosti a uviesť, ktoré teleso sa rovná tejto jednotke (vyberte hmotnostný štandard).

Hmotnosť sa vo fyzike označuje písmenom m a v sústave SI sa meria v kilogramoch (kg):

Existujú ďalšie jednotky hmotnosti: tona (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 je hmotnosť normy. Medzinárodný štandard hmotnosti sa uchováva vo Francúzsku v meste Sevres, v komore mier a váh.

Ryža. 2. Miesto uloženia medzinárodnej normy pre kilogram

Kilogramovým štandardom je valec vyrobený zo zliatiny platiny a irídia. Jeho priemer a výška sú približne 39 mm.

Ryža. 3. Kilogramový štandard

Ryža. 4. Nádoba na uloženie kilogramovej normy

Kópie hromadného štandardu sú uložené v 40 krajinách sveta. Napríklad v Rusku existuje kópia normy - vzorka č.12.

Proces merania hmotnosti sa nazýva váženie a zariadenie na meranie hmotnosti sa nazýva váha. Obraz šupín sa nachádza už od čias starovekého Egypta.

Ryža. 5. Egyptské váhy

Mimochodom, správne váženie a starostlivé zaobchádzanie s váhou sa vždy bralo veľmi vážne. Napríklad v jednom zo starých ruských listov z 12. storočia sú tieto riadky:

„Za nesprávne použitie váh a mier by mal byť človek popravený blízko smrti a majetok by mal byť rozdelený na tri časti: časť kostola sv. Sofie, časť Ivanovo a časť Sotského a mesta Novgorod. “

Moderné dizajny váh sú veľmi rôznorodé. Napríklad autá a vagóny možno vážiť na takzvaných prepravných váhach. Umožňujú vám merať hmotnosť až 200 ton.

Ryža. 6. Dopravné váhy

Telesá, ktorých hmotnosť nepresahuje stovky gramov, ale presnosť merania musí byť veľmi vysoká, sa odvážia na analytických váhach. Takéto váhy umožňujú vážiť s presnosťou na desatiny miligramu.

Ryža. 7. Analytické váhy

V školských učebniach fyziky a chémie sa používajú učebné stupnice. Horná hranica merania takýchto váh je 200 g.

2. Jednotná zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov ().

Domáca úloha

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Zbierka úloh z fyziky pre 7. - 9. ročník č. 205-213.

Plán odozvy

1. Interakcia telies.

2. Typy interakcií.

4. Sily v mechanike.

Jednoduché pozorovania a experimenty, napríklad s vozíkmi (obr. 1), vedú k nasledujúcemu kvalitatívnemu

závery: a) teleso, na ktoré iné telesá nepôsobia, si zachováva rýchlosť nezmenenú; b) zrýchlenie telesa nastáva vplyvom iných telies, ale závisí aj od samotného telesa;

c) pôsobenie telies na seba má vždy povahu vzájomného pôsobenia.

Tieto závery sú potvrdené pozorovaním javov v prírode, technike a vesmíre iba v inerciálnych referenčných systémoch.

Interakcie sa navzájom líšia kvantitatívne aj kvalitatívne.

Napríklad je jasné, že čím viac je pružina deformovaná, tým väčšia je interakcia jej závitov. Alebo čím bližšie sú dva podobné náboje, tým silnejšie budú priťahovať.

V najjednoduchších prípadoch interakcie je kvantitatívnou charakteristikou sila.

sila- dôvod zrýchlenia telies voči inerciálnej vzťažnej sústave alebo ich deformácie.

sila je vektorová fyzikálna veličina, ktorá je mierou zrýchlenia získaného telesami počas interakcie.

Sila je charakterizovaná: a) modulom; b) miesto aplikácie; c) smer.

Jednotkou sily je newton.

1 newton je sila, ktorá udeľuje telesu s hmotnosťou 1 kg v smere pôsobenia tejto sily zrýchlenie 1 m/s, ak naň nepôsobia iné telesá.

Výsledný viacero síl je sila, ktorej pôsobenie je ekvivalentné pôsobeniu tých síl, ktoré nahrádza. Výsledkom je vektorový súčet všetkých síl pôsobiacich na teleso.

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

Na základe experimentálnych údajov boli formulované Newtonove zákony.

Druhý Newtonov zákon. Zrýchlenie, s ktorým sa teleso pohybuje, je priamo úmerné výslednici všetkých síl pôsobiacich na teleso, je nepriamo úmerné jeho hmotnosti a smeruje rovnakým spôsobom ako výsledná sila:

a → = F → /t.

Na riešenie problémov sa zákon často píše v tvare: F → =m a → .

Lístok č.13 Telesný impulz. Zákon zachovania hybnosti.

Plán odozvy

1. Impulz tela.

2.Zákon zachovania hybnosti.

3. Prúdový pohon.

Kľud a pohyb sú relatívne, rýchlosť telesa závisí od výberu referenčného systému; podľa druhého Newtonovho zákona, bez ohľadu na to, či bolo teleso v pokoji alebo v pohybe, zmena rýchlosti jeho pohybu môže nastať len pôsobením sily, teda v dôsledku interakcie s inými telesami. Existujú množstvá, ktoré je možné zachovať pri interakcii telies. Tieto množstvá sú energie A pulz .

Impulz tela sa nazýva vektorová fyzikálna veličina, ktorá je kvantitatívnou charakteristikou translačného pohybu telies. Impulz je určený r → .

Pulzná jednotka r →- kg m/s.

Hybnosť telesa sa rovná súčinu hmotnosti telesa a jeho rýchlosti : p → = t υ → .

Smer vektora impulzov r → sa zhoduje so smerom vektora rýchlosti telesa υ → (obr. 1).

Hybnosť telies sa riadi zákonom zachovania, ktorý platí len pre uzavreté fyzikálne systémy.

V mechanike ZATVORENÉ nazývaný systém, ktorý nie je ovplyvnený vonkajšími silami alebo je pôsobenie týchto síl kompenzované.

V tomto prípade р → 1 = р → 2, Kde p → 1 je počiatočným impulzom systému a p → 2- Konečný.

V prípade dvoch telies zaradených do sústavy má tento výraz tvar t 1 υ → 1 + t 2 υ → 2 = m 1 υ → 1 " + m 2 υ → 2 ", Kde t 1 A t 2- hmotnosti telies a υ → 1 a υ → 2 - rýchlosť pred interakciou, υ → 1 " A υ → 2 "- rýchlosť po interakcii.

Tento vzorec pre zákon zachovania hybnosti je: hybnosť uzavretého fyzického systému je zachovaná pri akýchkoľvek interakciách, vyskytujúce sa v tomto systéme.

. V prípade otvoreného systému nie je zachovaná hybnosť telies systému.

Ak však v systéme existuje smer, v ktorom vonkajšie sily nepôsobia alebo je ich pôsobenie kompenzované, potom je priemet impulzu v tomto smere zachovaný.

Ak je čas interakcie krátky (výstrel, výbuch, náraz), potom počas tohto času, aj v prípade otvoreného systému, vonkajšie sily mierne menia impulzy interagujúcich telies.

Experimentálne štúdie interakcií rôznych telies – od planét a hviezd až po atómy a elementárne častice – ukázali, že v akomkoľvek systéme interagujúcich telies, pri absencii pôsobenia iných telies nezaradených do systému, alebo súčtu pôsobiace sily sa rovnajú nule, geometrický súčet hybností telies skutočne zostáva nezmenený .

V mechanike sú zákon zachovania hybnosti a Newtonove zákony vzájomne prepojené.

Ak telo váži T na istý čas t pôsobí sila a rýchlosť jej pohybu sa mení z υ → 0 na υ → , potom zrýchlenie pohybu a → telo je rovné a → =(υ → - υ → 0)/ t.

Na základe druhého Newtonovho zákona

pre silu F → dá sa zapísať F → = ta → = m(υ → - υ → 0) / t, to znamená

F → t = mυ → - mυ → 0.

F → t- vektorová fyzikálna veličina charakterizujúca pôsobenie sily na teleso za určitý čas sa nazýva impulz moci. Jednotkou SI hybnosti je 1H s.

Zákon zachovania hybnosti je základom prúdového pohonu.

Prúdový pohon- Toto Ide o pohyb telesa, ktorý nastáva po oddelení jeho časti od tela.

Príklad: teleso hmoty T odpočíval. Niektorá časť tela bola oddelená t 1 s rýchlosťou υ → 1 . Potom sa zvyšná časť bude pohybovať v opačnom smere rýchlosťou υ → 2, čo je hmotnosť zostávajúcej časti t 2. V skutočnosti sa súčet impulzov oboch častí tela pred oddelením rovnal nule a po oddelení sa bude rovnať nule:

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

K. E. Ciolkovskij vypracoval teóriu letu telesa s premenlivou hmotnosťou (rakety) v rovnomernom gravitačnom poli a vypočítal zásoby paliva potrebné na prekonanie gravitačnej sily.

Technické nápady Tsiolkovského sa využívajú pri tvorbe moderných raketových a vesmírnych technológií. Pohyb pomocou prúdového prúdu podľa zákona zachovania hybnosti je základom hydroprúdového motora. Na reaktívnom princípe je založený aj pohyb mnohých morských mäkkýšov (chobotnice, medúzy, chobotnice, sépie).

Číslo lístka 17

Zákon univerzálnej gravitácie. Gravitácia. Telesná hmotnosť. Stav beztiaže.

Plán odozvy

1. Gravitačné sily.

2. Zákon univerzálnej gravitácie.

3. Fyzikálny význam gravitačnej konštanty.

4. Gravitácia.

5. Telesná hmotnosť, preťaženie.

6. Stav beztiaže.

Isaac Newton navrhol, že medzi akýmikoľvek telesami v prírode existujú sily vzájomnej príťažlivosti.

Tieto sily sú tzv gravitačné sily, alebo sily univerzálnej gravitácie. Sila univerzálnej gravitácie sa prejavuje vo vesmíre, slnečnej sústave a na Zemi. Newton odvodil vzorec:

t 1 t 2

F=G----, Kde G- koeficient proporcionality, tzv gravitačné

R 2

Neustále.

Zákon univerzálnej gravitácie: medzi akýmikoľvek hmotnými bodmi existuje sila vzájomnej príťažlivosti, priamo úmerná súčinu ich hmotností a nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi nimi, pôsobiaca pozdĺž čiary spájajúcej tieto body.

Fyzikálny význam gravitačnej konštanty vyplýva zo zákona univerzálnej gravitácie.

Ak t1 = t2 = 1 kg, R= Potom 1 m G = F, t.j. gravitačná konštanta sa rovná sile, ktorou sú priťahované dve telesá s hmotnosťou 1 kg vo vzdialenosti 1 m. Číselná hodnota: G= 6,67 10 -11 N m 2 / kg 2. Sily univerzálnej gravitácie pôsobia medzi akýmikoľvek telesami v prírode, ale prejavujú sa pri veľkých hmotnostiach. Zákon univerzálnej gravitácie je splnený iba pre hmotné body a guľôčky (v tomto prípade sa vzdialenosť medzi stredmi gúľ berie ako vzdialenosť).

Konkrétnym typom univerzálnej gravitačnej sily je sila príťažlivosti telies smerom k Zemi (alebo k inej planéte). Táto sila sa nazýva gravitácia.

Pod vplyvom tejto sily získavajú všetky telesá gravitačné zrýchlenie. Podľa druhého Newtonovho zákona g = F T /m, teda, FT = tg.

Gravitačná sila je vždy nasmerovaná do stredu Zeme.

Na povrchu Zeme je gravitačné zrýchlenie 9,831 m/s 2 .

Telesná hmotnosť nazývaná sila, ktorou teleso tlačí na podperu alebo záves v dôsledku gravitačnej príťažlivosti k planéte (obr. 1).

Uvádza sa telesná hmotnosť p → . Jednotkou hmotnosti je 1 N. Keďže hmotnosť sa rovná sile, ktorou telo pôsobí na podperu, potom v súlade s tretím Newtonovým zákonom sa najväčšia hmotnosť tela rovná reakčnej sile podpery. Preto, aby sme našli hmotnosť telesa, je potrebné zistiť, čomu sa rovná reakčná sila podpory.

Ryža. 1 Obr. 2

Zoberme si prípad, keď sa telo a podpera nepohybujú. V tomto prípade sa reakčná sila zeme a hmotnosť tela rovnajú sile gravitácie (obr. 2):

P → = N → = tg → .

V prípade, že sa teleso pohybuje vertikálne nahor spolu s podperou so zrýchlením, podľa druhého Newtonovho zákona môžeme písať tg → + N → = ta →(obr. 3, A).

V projekcii na os och:

-тg + N = ta, odtiaľ

N= t(g + a).

Pri vertikálnom pohybe nahor so zrýchlením sa hmotnosť tela zvyšuje a zistí sa podľa vzorca R= t(g + a).

Zvýšenie telesnej hmotnosti spôsobené zrýchleným pohybom podpery alebo zavesenia sa nazýva preťaženie.

Účinky preťaženia pociťujú astronauti a vodiči áut pri náhlom brzdení.

Ak sa telo pohybuje vertikálne dole,

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

to znamená, že hmotnosť pri vertikálnom pohybe so zrýchlením bude menšia ako sila gravitácie (obr. 3, b).

Ak telo voľne padá, v tomto prípade P = (g – g)m = 0

Stav telesa, v ktorom je jeho hmotnosť nulová, sa nazýva stav beztiaže. Stav beztiaže sa pozoruje v lietadle alebo kozmickej lodi pri pohybe so zrýchlením voľného pádu bez ohľadu na smer a hodnotu rýchlosti ich pohybu.

Lístok č. 24 Premena energie pri mechanických vibráciách. Voľné a nútené vibrácie. Rezonancia.

Plán odozvy

1. Definícia kmitavého pohybu.

2. Voľné vibrácie.

3. Energetické premeny.

4. Nútené vibrácie. Mechanické vibrácie

sú pohyby tela, ktoré sa opakujú presne alebo približne v rovnakých časových intervaloch. Hlavné charakteristiky mechanických vibrácií sú: posun, amplitúda, frekvencia, perióda. Offset je odchýlka od rovnovážnej polohy. Amplitúda- modul maximálnej odchýlky od rovnovážnej polohy. Frekvencia- počet úplných kmitov vykonaných za jednotku času. Obdobie- čas jedného úplného kmitania, t.j. minimálna doba, po ktorej sa proces opakuje. Perióda a frekvencia sú spojené vzťahom: ν = 1 /T.

Najjednoduchší typ oscilačného pohybu je harmonické vibrácie, v ktorom sa oscilujúca veličina v čase mení podľa zákona sínusu alebo kosínusu (obr. 1 ).

zadarmo sa nazývajú oscilácie, ktoré vznikajú v dôsledku pôvodne odovzdanej energie pri následnej absencii vonkajších vplyvov na systém vykonávajúci oscilácie. Napríklad vibrácie bremena na závite (obr. 2).

Ryža. 1 Obr. 2

Uvažujme proces premeny energie na príklade kmitov záťaže na závite (pozri obr. 2).

Keď sa kyvadlo vychýli z rovnovážnej polohy, zdvihne sa do výšky h relatívne k nulovej úrovni teda v bode A kyvadlo má potenciálnu energiu tgh. Pri pohybe smerom k rovnovážnej polohe smerom k bodu 0, výška klesá na nulu a rýchlosť zaťaženia sa zvyšuje a v bode 0 všetku potenciálnu energiu tgh premení na kinetickú energiu tυ 2 /2. V rovnováhe je kinetická energia na maxime a potenciálna na minime. Po prejdení rovnovážnej polohy sa kinetická energia premení na potenciálnu energiu, rýchlosť kyvadla sa zníži a pri maximálnej odchýlke od rovnovážnej polohy sa rovná nule. Pri oscilačnom pohybe vždy dochádza k periodickým premenám jeho kinetickej a potenciálnej energie.

Pri voľných mechanických vibráciách nevyhnutne dochádza k strate energie na prekonanie odporových síl. Ak sa pod vplyvom periodickej vonkajšej sily vyskytujú oscilácie, potom sa takéto oscilácie nazývajú nútený. Rodičia napríklad hojdajú dieťa na hojdačke, vo valci motora auta sa pohybuje piest, vibruje elektrická žiletka a ihla šijacieho stroja. Charakter vynútených kmitov závisí od charakteru pôsobenia vonkajšej sily, od jej veľkosti, smeru, frekvencie pôsobenia a nezávisí od veľkosti a vlastností kmitajúceho telesa. Napríklad základ motora, na ktorom je pripevnený, vykonáva nútené kmity s frekvenciou určenou iba počtom otáčok motora - a nezávisí od veľkosti základu.

Keď sa frekvencia vonkajšej sily a frekvencia vlastných vibrácií tela zhodujú, amplitúda vynútených vibrácií sa prudko zvyšuje. Tento jav sa nazýva mechanická rezonancia. Graficky je závislosť vynútených kmitov od frekvencie vonkajšej sily znázornená na obrázku 3.

Fenomén rezonancie môže spôsobiť deštrukciu áut, budov, mostov, ak sa ich prirodzené frekvencie zhodujú s frekvenciou periodicky pôsobiacej sily. Preto sú napríklad motory v autách inštalované na špeciálnych tlmičoch a vojenské jednotky majú pri pohybe po moste zakázané držať tempo.

Pri absencii trenia by sa amplitúda vynútených kmitov počas rezonancie mala zvyšovať s časom bez obmedzenia. V reálnych systémoch je amplitúda v ustálenom stave rezonancie určená podmienkou straty energie počas periódy a prácou vonkajšej sily za rovnaký čas. Čím menšie trenie, tým väčšia amplitúda počas rezonancie.

Lístok č.16

Kondenzátory. Kapacita kondenzátora. Aplikácia kondenzátorov.

Plán odozvy

1. Definícia kondenzátora.

2. Označenie.

3. Elektrická kapacita kondenzátora.

4. Elektrická kapacita plochého kondenzátora.

5. Zapojenie kondenzátorov.

6. Aplikácia kondenzátorov.

Na akumuláciu značného množstva opačných elektrických nábojov sa používajú kondenzátory.

Kondenzátor je sústava dvoch vodičov (doštičiek) oddelených dielektrickou vrstvou, ktorej hrúbka je v porovnaní s veľkosťou vodičov malá.

Príklad, dve ploché kovové dosky umiestnené paralelne a oddelené dielektrikom tvoria plochý kondenzátor.

Ak dosky plochého kondenzátora dostanú náboje rovnakej veľkosti a opačného znamienka, potom bude napätie medzi doskami dvakrát väčšie ako napätie jednej dosky. Mimo dosky je napätie nulové.

Kondenzátory sú v diagramoch označené nasledovne:

Elektrická kapacita kondenzátora je hodnota rovnajúca sa pomeru náboja na jednej z dosiek k napätiu medzi nimi. Elektrická kapacita je určená C.

A-priorstvo S= q/U. Jednotkou elektrickej kapacity je farad (F).

1 farad je elektrická kapacita takého kondenzátora, ktorého napätie medzi doskami sa rovná 1 voltu, keď sú dosky nabité opačnými nábojmi 1 coulomb.

Elektrická kapacita plochého kondenzátora sa zistí podľa vzorca:

C = ε ε 0 -,

kde ε 0 je elektrická konštanta, ε je dielektrická konštanta média, S je plocha dosky kondenzátora, d- vzdialenosť medzi doskami (alebo hrúbka dielektrika).

Ak sú kondenzátory pripojené tak, aby vytvorili batériu, potom s paralelným pripojením CO = C1 + C2(obr. 1). Pre sériové pripojenie

- = - + - (obr. 2).

C O C 1 C 2

V závislosti od typu dielektrika môžu byť kondenzátory vzduchové, papierové alebo sľudové.

Kondenzátory slúžia na skladovanie elektriny a jej využitie pri rýchlom vybíjaní (fotoblesk), na oddelenie jednosmerných a striedavých obvodov, v usmerňovačoch, oscilačných obvodoch a iných elektronických zariadeniach.

Lístok č. 15

Práca a napájanie v jednosmernom obvode. Elektromotorická sila. Ohmov zákon pre úplný obvod.

Plán odozvy

1. Aktuálna práca.

2. Joule-Lenzov zákon.

3. Elektromotorická sila.

4. Ohmov zákon pre úplný obvod.

V elektrickom poli zo vzorca na určenie napätia

U = A/q

potom na výpočet práce prenosu elektrického náboja

A = U q keďže pre aktuálny poplatok q = I t

potom práca prúdu:

A = UIt alebo A = I2 Rt = U2 / Rt

Sila podľa definície N = A/t teda, N = UI = I2R = U2/R

Joule-Lenzov zákon: Pri prechode prúdu vodičom je množstvo tepla uvoľneného vo vodiči priamo úmerné druhej mocnine sily prúdu, odporu vodiča a času prechodu prúdu, Q = I 2 Rt.

Kompletne uzavretý obvod je elektrický obvod, ktorý zahŕňa vonkajšie odpory a zdroj prúdu (obr. 1).

Ako jedna z častí obvodu má zdroj prúdu odpor, ktorý sa nazýva vnútorný , r.

Na to, aby prúd pretekal uzavretým okruhom, je potrebné, aby nábojom v zdroji prúdu bola odovzdaná dodatočná energia; táto energia sa odoberá pohybom nábojov, ktorý je produkovaný silami neelektrického pôvodu. (vonkajšie sily) proti silám elektrického poľa.

Prúdový zdroj je charakterizovaný EMF - elektromotorickou silou zdroja.

EMF - charakteristika neelektrického zdroja energie v elektrickom obvode potrebná na udržanie elektrického prúdu v ňom .

EMF sa meria pomerom práce vykonanej vonkajšími silami na pohyb kladného náboja pozdĺž uzavretého okruhu k tomuto náboju

Ɛ = A ST / q.

Nech to trvá t cez prierez vodiča prejde elektrický náboj q.

Potom prácu vonkajších síl pri pohybe náboja možno zapísať takto: A ST = Ɛ q.

Podľa definície prúdu q=I t,

A ST = Ɛ I t

Pri vykonávaní tejto práce na vnútorných a vonkajších častiach obvodu, ktorých odpor R a r, uvoľňuje sa trochu tepla.

Podľa Joule-Lenzovho zákona sa rovná : Q = I2Rt + I2rt

Podľa zákona zachovania energie A = Q. teda Ɛ = IR + Ir .

Súčin prúdu a odporu časti obvodu sa často nazýva pokles napätia v tejto oblasti.

EMF sa rovná súčtu poklesov napätia vo vnútorných a vonkajších častiach uzavretého okruhu. O

I = Ɛ/ (R + r).

Tento vzťah sa nazýva Ohmov zákon pre úplný obvod

Intenzita prúdu v úplnom obvode je priamo úmerná emf zdroja prúdu a nepriamo úmerná celkovému odporu obvodu .

Keď je obvod otvorený, emf sa rovná napätiu na svorkách zdroja, a preto ho možno merať voltmetrom.

Lístok č.12

Interakcia nabitých telies. Coulombov zákon. Zákon zachovania elektrického náboja.

Plán odozvy

1. Nabíjačka.

2. Interakcia nabitých telies.

3. Zákon zachovania elektrického náboja.

4. Coulombov zákon.

5. Dielektrická konštanta.

6. Elektrická konštanta.

Zákonitosti vzájomného pôsobenia atómov a molekúl sú vysvetlené na základe štruktúry atómu pomocou planetárneho modelu jeho štruktúry.

V strede atómu je kladne nabité jadro, okolo ktorého rotujú záporne nabité častice po určitých dráhach.

Interakcia medzi nabitými časticami je tzv elektromagnetické.

Intenzita elektromagnetickej interakcie je určená fyzikálnou veličinou - nabíjačka, ktoré označené q.

Jednotka elektrického náboja - prívesok (Cl).

1 prívesok- je to elektrický náboj, ktorý pri prechode prierezom vodiča za 1 s vytvorí v ňom prúd 1 A.

Schopnosť elektrických nábojov vzájomne sa priťahovať a odpudzovať sa vysvetľuje existenciou dvoch typov nábojov.

Jeden typ náboja je tzv pozitívne, Nositeľom elementárneho kladného náboja je protón.

Iný typ náboja bol tzv negatívne, jeho nosičom je elektrón. Základný náboj je e = 1,6 x 10-19 Cl.

Elektrický náboj sa nevytvára ani neničí, ale iba sa prenáša z jedného tela do druhého.

Táto skutočnosť je tzv zákon zachovania elektrického náboja.

V prírode sa elektrický náboj rovnakého znamienka neobjaví ani nezmizne.

Vznik a zánik elektrických nábojov na telesách sa vo väčšine prípadov vysvetľuje prechodmi elementárnych nabitých častíc – elektrónov – z jedného telesa do druhého.

Elektrifikácia- to je správa pre telo elektrického náboja.

Elektrifikácia môže nastať kontaktom (trením) rôznych látok a počas ožarovania.

Keď sa v tele objaví elektrifikácia, dochádza k prebytku alebo nedostatku elektrónov.

Ak je elektrónov nadbytok, telo získava záporný náboj a ak je nedostatok, získava kladný náboj.

Základný zákon elektrostatiky experimentálne stanovil Charles Coulomb:

Modul sily interakcie medzi dvoma bodovými pevnými elektrickými nábojmi vo vákuu je priamo úmerný súčinu veľkostí týchto nábojov a nepriamo úmerný druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi.

F = k q 1 q 2 / r 2,

kde q 1 a q 2 sú nábojové moduly, r je vzdialenosť medzi nimi, k je koeficient úmernosti v závislosti od výberu sústavy jednotiek v SI

k = 9109 Nm2/Cl2.

Nazýva sa veličina, ktorá ukazuje, koľkokrát je sila interakcie medzi nábojmi vo vákuu väčšia ako v prostredí dielektrická konštanta médiaε.

Pre médium s dielektrickou konštantou ε platí Coulombov zákon: F = k q 1 q 2 /(ε r 2).

Namiesto koeficientu k sa často používa koeficient nazývaný elektrický konštanta ε 0 .

Elektrická konštanta súvisí s koeficientom k takto:

k = 1/4πε 0 a číselne sa rovná ε 0 = 8,85 10 -12 C/N m 2

Použitím elektrickej konštanty je Coulombov zákon:

1 q 1 q 2

F = --- ---

4 π ε 0 r 2

Interakcia stacionárnych elektrických nábojov je tzv elektrostatický, alebo Coulombova interakcia. Coulombove sily je možné znázorniť graficky (obr. 1).

Coulombova sila smeruje pozdĺž priamky spájajúcej nabité telesá. Je to príťažlivá sila pre rôzne znaky nábojov a odpudivá sila pre rovnaké znaky.