Doğadaki kuvvetler buna örnektir. Doğadaki kuvvetler

Doğada birçok farklı kuvvet türü vardır: yerçekimi, yerçekimi, Lorentz, Amper, sabit yüklerin etkileşimi vb., ancak bunların hepsi sonuçta az sayıda temel (temel) etkileşime indirgenir. Modern fizik, doğada yalnızca dört tür kuvvet veya dört tür etkileşim olduğuna inanır:

1) yerçekimi etkileşimi (yerçekimi alanları aracılığıyla gerçekleştirilir);

2) elektromanyetik etkileşim (elektromanyetik alanlar aracılığıyla gerçekleştirilir);

3) nükleer (veya güçlü) (çekirdekteki parçacıklar arasındaki bağlantıyı sağlar);

4) zayıf (temel parçacıkların bozunma süreçlerinden sorumludur).

Klasik mekanik çerçevesinde yerçekimi ve elektromanyetik kuvvetlerin yanı sıra elastik kuvvetler ve sürtünme kuvvetleriyle de ilgilenirler.

Yerçekimi kuvvetleri(yerçekimi kuvvetleri), evrensel çekim yasasına uyan çekim kuvvetleridir. Herhangi iki cisim, modülü kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olan bir kuvvetle birbirine çekilir:

burada =6,67×10 –11 N×m2 /kg2 – yer çekimi sabiti.

Yer çekimi- Bir cismin Dünya tarafından çekildiği kuvvet. Yer çekimi kuvvetinin Dünya'ya doğru etkisi altında, tüm cisimler Dünya yüzeyine göre aynı ivmeyle düşer, buna yerçekimi ivmesi denir. Newton'un ikinci yasasına göre her cisme bir kuvvet etki eder yerçekimi denir. Ağırlık merkezine uygulanır.

Ağırlık–İle Dünyaya çekilen vücudun süspansiyon veya desteğe etki ettiği silt . Bir cisme uygulanan yerçekimi kuvveti olan yerçekiminin aksine ağırlık, bir desteğe veya süspansiyona uygulanan elastik bir kuvvettir. Yerçekimi, yalnızca destek veya süspansiyon Dünya'ya göre sabit olduğunda ağırlığa eşittir. Modülde ağırlık, yerçekiminden daha büyük veya daha az olabilir. Bir desteğin hızlandırılmış hareketi durumunda (örneğin, yük taşıyan bir asansör), hareket denklemi (desteğin tepki kuvvetinin ağırlığa eşit büyüklükte olduğu ancak zıt işarete sahip olduğu dikkate alınarak) ): Þ . Hareket yukarı doğru ise , aşağı: .

Bir vücut serbest düşüşteyken ağırlığı sıfırdır, yani. bir durumda ağırlıksızlık.

Elastik kuvvetler deformasyonlarının eşlik ettiği bedenlerin etkileşimi sonucu ortaya çıkar. Elastik (yarı elastik) kuvvet, parçacığın denge konumundan yer değiştirmesiyle orantılıdır ve denge konumuna doğru yönlendirilir:

Sürtünme kuvvetleri Temas eden cisimlerin molekülleri ve atomları arasındaki etkileşim kuvvetlerinin varlığı nedeniyle ortaya çıkar. Diken kuvvetleri: a) iki hareketli cisim temas ettiğinde ortaya çıkar; b) temas yüzeyine paralel hareket eder; d) Vücudun hareketine karşı yönlendirilmiş.

Katı cisimlerin yüzeyleri arasında herhangi bir tabaka veya yağlayıcı madde bulunmadığında sürtünmeye denir. kuru. Katı ve sıvı veya gazlı bir ortam arasındaki ve ayrıca böyle bir ortamın katmanları arasındaki sürtünmeye denir. viskoz veya sıvı.Üç tür kuru sürtünme vardır: statik sürtünme, kayma sürtünmesi ve yuvarlanma sürtünmesi.

Statik sürtünme kuvveti temas halinde olan ve hareketsiz duran cisimler arasında etki eden kuvvettir. Eşit büyüklüktedir ve vücudu hareket etmeye zorlayan kuvvete zıt yönde yönlendirilir: ; m sürtünme katsayısıdır.

Kayma sürtünme kuvveti, bir cisim diğerinin yüzeyi üzerinde kaydığında meydana gelir: ve belirli bir cismin diğerine göre hareketine ters yönde sürtünme yüzeylerine teğetsel olarak yönlendirilir. Kayma sürtünme katsayısı gövdelerin malzemesine, yüzeylerin durumuna ve gövdelerin göreceli hareket hızına bağlıdır.

Bir cisim diğerinin yüzeyinde yuvarlandığında, yuvarlanma sürtünme kuvveti Bu da vücudun yuvarlanmasını engeller. Temas eden cisimlerin aynı malzemeleri için yuvarlanma sürtünme kuvveti her zaman kayma sürtünme kuvvetinden daha azdır. Bu, pratikte kaymalı yatakların bilyalı veya makaralı rulmanlarla değiştirilmesiyle kullanılır.

Elastik kuvvetler ve sürtünme kuvvetleri, elektromanyetik kökenli bir maddenin molekülleri arasındaki etkileşimin doğası gereği belirlenir, dolayısıyla doğaları gereği elektromanyetik kökenlidirler. Yerçekimi ve elektromanyetik kuvvetler temeldir; bunlar daha basit kuvvetlere indirgenemez. Elastik ve sürtünme kuvvetleri temel değildir. Temel etkileşimler, yasaların basitliği ve kesinliği ile ayırt edilir.

Kuvvetlerin çeşitliliğine rağmen yalnızca dört tür etkileşim vardır: yerçekimi, elektromanyetik, güçlü ve zayıf.

Yerçekimi kuvvetleri kozmik ölçekte gözle görülür şekilde ortaya çıkıyor. Yerçekimi kuvvetlerinin tezahürlerinden biri cisimlerin serbest düşüşüdür. Dünya, tüm cisimlere yerçekimi ivmesi g olarak adlandırılan aynı ivmeyi verir.

Coğrafi enleme bağlı olarak biraz değişir. Moskova enleminde bu hız 9,8 m/s2'dir.

Elektromanyetik kuvvetler, elektrik yüklü parçacıklar arasında etki eder. Güçlü ve zayıf etkileşimler atom çekirdeğinde ve nükleer dönüşümlerde kendini gösterir.

Kütleli tüm cisimler arasında yerçekimsel etkileşim vardır. Newton'un keşfettiği evrensel çekim yasası şöyle diyor:

Maddi noktalar olarak alınabilecek iki cisim arasındaki karşılıklı çekim kuvveti, kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır: Orantılılık faktörü en

yerçekimi sabiti denir. 6,67 · 10 -11 N m2 / kg2'ye eşittir.

Sadece Dünya'dan gelen yerçekimi kuvveti vücuda etki ediyorsa, o zaman mg'a eşittir. Bu, yerçekimi kuvveti G'dir (Dünyanın dönüşünü hesaba katmadan). Yerçekimi kuvveti, hareketlerinden bağımsız olarak Dünya üzerindeki tüm cisimlere etki eder.

Bir cisim yerçekimi ivmesiyle (veya aşağıya doğru daha düşük bir ivmeyle) hareket ettiğinde, tam veya kısmi ağırlıksızlık olgusu gözlemlenir.

Tam ağırlıksızlık - stand veya gimbal üzerinde baskı yok. Ağırlık, bir cismin yatay bir destek üzerindeki basınç kuvveti veya bu cismin Dünya'ya olan yerçekimsel çekiciliği ile bağlantılı olarak ortaya çıkan, ondan asılan bir cisimden gelen bir ipliğin gerilme kuvvetidir.

Cisimler arasındaki çekim kuvvetleri yok edilemezken, cismin ağırlığı kaybolabilir. Böylece Dünya çevresinde kaçış hızıyla hareket eden bir uyduda, tıpkı g ivmesiyle düşen bir asansörde olduğu gibi ağırlık yoktur.

Elektromanyetik kuvvetlere örnek olarak sürtünme ve esneklik kuvvetleri verilebilir. Kayma sürtünme kuvvetleri ve yuvarlanma sürtünme kuvvetleri vardır. Kayma sürtünme kuvveti yuvarlanma sürtünme kuvvetinden çok daha büyüktür.

Sürtünme kuvveti, bir cismi diğerine göre hareket ettirme eğiliminde olan uygulanan kuvvete belirli bir aralıkta bağlıdır.

Değişen büyüklükte bir kuvvet uygulayarak küçük kuvvetlerin cismi hareket ettiremeyeceğini göreceğiz. Bu durumda telafi edici bir statik sürtünme kuvveti ortaya çıkar. veya Doğada dört tür kuvvet vardır: Yerçekimi, elektromanyetik, nükleer ve zayıf. tüm organlar arasında hareket eder. Ancak cisimlerden en az birinin gezegenlerin boyutlarıyla karşılaştırılabilir boyutlara sahip olması durumunda bu kuvvetler fark edilebilir. Sıradan cisimler arasındaki çekim kuvvetleri o kadar küçüktür ki ihmal edilebilir. Bu nedenle, gezegenler arasındaki etkileşimin yanı sıra gezegenler ile Güneş veya çok büyük kütleye sahip diğer cisimler arasındaki etkileşim kuvvetleri de yerçekimi olarak kabul edilebilir. Bunlar yıldızlar, gezegenlerin uyduları vb. olabilir.

Elektromanyetik kuvvetler elektrik yüküne sahip cisimler arasında hareket eder.

Nükleer kuvvetler(güçlü) doğadaki en güçlü olanlardır. Atom çekirdeğinin içinde 10 -13 cm mesafelerde etki ederler.

Zayıf kuvvetlernükleer olanlar gibi, 10-15 cm civarında kısa mesafelerde hareket ederler. Eylemleri sonucunda çekirdeğin içinde işlemler meydana gelir.

Mekanik, yerçekimi kuvvetlerini, elastik kuvvetleri ve sürtünme kuvvetlerini dikkate alır.

Yerçekimi kuvvetleri

Yerçekimi anlatılıyor evrensel çekim kanunu. Bu kanun ortada Newton tarafından özetlenen XVII V. “Doğa felsefesinin matematiksel ilkeleri” çalışmasında.

Yerçekimiyleherhangi bir maddi parçacığın birbirini çekmesini sağlayan yerçekimi kuvveti denir.

Maddi parçacıkların birbirini çekme kuvveti, kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır. .

G - yerçekimi sabiti, birim kütleye sahip bir cismin aynı birim kütleye sahip ve ondan birim uzaklıkta bulunan bir cisme etki ettiği yerçekimi kuvvetinin modülüne sayısal olarak eşittir.

G = 6,67384(80) 10 −11 m 3 s −2 kg −1 veya N m² kg −2.

Dünyanın yüzeyinde yer çekimi kuvveti (yerçekimi kuvveti) şu şekilde kendini gösterir: yer çekimi.

Yatay yönde atılan herhangi bir nesnenin yine de yere düştüğünü görüyoruz. Yukarıya fırlatılan her cisim aynı zamanda yere de düşer. Bu, üzerinde etkili olan yerçekiminin etkisi altında gerçekleşir. Dünya yüzeyine yakın bulunan herhangi bir maddi cisim. Yerçekimi kuvveti cisimlere ve diğer astronomik cisimlerin yüzeylerine etki eder. Bu kuvvet her zaman dikey olarak aşağıya doğru yönlendirilir.

Yerçekiminin etkisi altında, bir cisim gezegenin yüzeyine doğru ivmeyle hareket eder, buna denir. serbest düşüşün hızlanması.

Yer çekiminin Dünya yüzeyindeki ivmesi harfle gösterilir. G .

ft = mg ,

buradan,

G = ft / M

G = 9,81 m/s2 Dünyanın kutuplarında ve ekvatorda G = 9,78 m/s2 .

Basit fiziksel problemleri çözerken değer G 9,8 m/s2'ye eşit olduğu kabul edilir.

Klasik yerçekimi teorisi yalnızca hızı ışık hızından çok daha düşük olan cisimler için geçerlidir.

Elastik kuvvetler

Elastik kuvvetler Bir cisimde deformasyon sonucu ortaya çıkan, şeklinin veya hacminin değişmesine neden olan kuvvetlere denir. Bu kuvvetler her zaman vücudu orijinal konumuna döndürmeye çalışır.

Deformasyon sırasında vücudun parçacıkları yer değiştirir. Elastik kuvvet, parçacığın yer değiştirme yönünün tersi yönde yönlendirilir. Deformasyon durursa elastik kuvvet kaybolur.

Newton'un çağdaşı İngiliz fizikçi Robert Hooke, esneklik kuvveti ile vücudun deformasyonu arasında bağlantı kuran bir yasa keşfetti.

Bir cisim deforme olduğunda, cismin uzamasıyla doğru orantılı olan ve deformasyon sırasında parçacıkların hareketine zıt yönde bir elastik kuvvet ortaya çıkar.

F = k ∆ ben ,

Nerede İle – vücut sertliği veya esneklik katsayısı;

∆ ben – elastik kuvvetlerin etkisi altında gövdenin uzama miktarını gösteren deformasyon miktarı.

Hooke kanunu, cismin uzamasının küçük olduğu elastik deformasyonlar için geçerlidir ve bu deformasyona neden olan kuvvetlerin ortadan kalkmasıyla vücut orijinal boyutlarına geri döner.

Deformasyon büyükse ve cisim orijinal şekline dönmüyorsa Hooke kanunu geçerli değildir. Şu tarihte:Çok büyük deformasyonlar gövdenin tahrip olmasına neden olur.

Sürtünme kuvvetleri

Sürtünme, bir cisim diğerinin yüzeyinde hareket ettiğinde meydana gelir. Elektromanyetik yapıya sahiptir. Bu, temas eden cisimlerin atomları ve molekülleri arasındaki etkileşimin bir sonucudur. Sürtünme kuvvetinin yönü hareket yönünün tersidir.

Ayırt etmek kuru Ve sıvı sürtünme. Cisimler arasında sıvı veya gaz tabakası yoksa sürtünmeye kuru denir.

Kuru sürtünmenin ayırt edici bir özelliği, cisimler göreceli olarak hareketsiz olduğunda meydana gelen statik sürtünmedir.

Büyüklük statik sürtünme kuvvetleri her zaman dış kuvvetin büyüklüğüne eşit ve ters yönde yönlendirilir. Statik sürtünme kuvveti cismin hareketini engeller.

Buna karşılık kuru sürtünme sürtünmeye bölünür kayma ve sürtünme yuvarlamak.

Dış kuvvetin büyüklüğü sürtünme kuvvetinin büyüklüğünü aşarsa kayma meydana gelecek ve temas eden cisimlerden biri diğerine göre ileri doğru hareket etmeye başlayacaktır. Ve sürtünme kuvveti çağrılacak kayma sürtünme kuvveti. Yönü kayma yönünün tersi olacaktır.

Kayma sürtünme kuvveti, cisimlerin birbirine uyguladığı kuvvete, sürtünme yüzeylerinin durumuna, hareket hızına bağlıdır, ancak temas alanına bağlı değildir.

Bir cismin diğerinin yüzeyindeki kayma sürtünme kuvveti aşağıdaki formülle hesaplanır:

F tr. = kN ,

Nerede k- kayan sürtünme katsayısı;

N – yüzeyden vücuda etki eden normal reaksiyon kuvveti.

Yuvarlanma sürtünme kuvveti Bir yüzey üzerinde yuvarlanan bir cisim ile yüzeyin kendisi arasında meydana gelir. Bu tür kuvvetler örneğin araba lastikleri yol yüzeyiyle temas ettiğinde ortaya çıkar.

Yuvarlanma sürtünme kuvvetinin büyüklüğü formülle hesaplanır

Nerede ft – yuvarlanma sürtünme kuvveti;

F – yuvarlanma sürtünme katsayısı;

R – yuvarlanan gövdenin yarıçapı;

N – baskı kuvveti.

Belediye eğitim kurumu Dmitrievskaya ortaokulu

11. sınıfta "Doğadaki kuvvetler" konulu fizik dersi

Kolupaev Vladimir Grigorievich

fizik öğretmeni

2015

Amaç Ders, "Doğadaki Kuvvetler" konulu program materyalini genişletmek ve Birleşik Devlet Sınavı sorunlarını çözmeye yönelik pratik beceri ve yetenekleri geliştirmektir.

Ders hedefleri:

incelenen materyali pekiştirmek,

Öğrencilerde genel olarak kuvvetler ve her kuvvet hakkında ayrı ayrı fikir oluşturmak,

problemleri çözerken formülleri yetkin bir şekilde uygulayın ve çizimleri doğru şekilde oluşturun.

Derse bir multimedya sunumu eşlik ediyor.

BEN. Zorla cisimlerin etkileşimi sonucu oluşan herhangi bir hareketin nedeni olan vektör miktarına denir. Etkileşimler temaslı, deformasyonlara neden olan veya temassız olabilir. Deformasyon, etkileşimin bir sonucu olarak bir vücudun veya onun tek tek parçalarının şeklindeki bir değişikliktir.

Uluslararası Birim Sisteminde (SI) kuvvet birimine denir. Newton(N). 1 N, kuvvet yönünde 1 kg ağırlığındaki bir referans cismine 1 m/s2'lik ivme kazandıran kuvvete eşittir. Kuvveti ölçen cihaz dinamometredir.

Kuvvetin cisim üzerindeki etkisi şunlara bağlıdır:

Uygulanan kuvvetin büyüklüğü;

Uygulama noktalarını zorla;

Kuvvet eyleminin yönleri.

Doğaları gereği kuvvetler alan düzeyinde yerçekimsel, elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimlerdir. Yerçekimi kuvvetleri yerçekimini, vücut ağırlığını ve yerçekimini içerir. Elektromanyetik kuvvetler elastik kuvvet ve sürtünme kuvvetini içerir. Alan düzeyindeki etkileşimler aşağıdaki gibi kuvvetleri içerir: Coulomb kuvveti, Ampere kuvveti, Lorentz kuvveti.

Önerilen kuvvetlere bakalım.

Yer çekimi kuvveti.

Yerçekimi kuvveti, Evrensel Yerçekimi yasasından belirlenir ve kütleli herhangi bir cismin bir yerçekimi alanı olduğundan, cisimlerin yerçekimsel etkileşimleri temelinde ortaya çıkar. İki cisim, eşit büyüklükte ve zıt yönlü, kütlelerin çarpımı ile doğru orantılı ve merkezleri arasındaki mesafenin karesi ile ters orantılı kuvvetlerle etkileşir.

G = 6.67. 10 -11 - Cavendish tarafından tanımlanan yerçekimi sabiti.

Şekil 1

Evrensel yerçekimi kuvvetinin tezahürlerinden biri yerçekimi kuvvetidir ve serbest düşüşün hızlanması aşağıdaki formülle belirlenebilir:

Burada: M Dünyanın kütlesidir, Rz Dünyanın yarıçapıdır.

Yer çekimi.

Dünyanın tüm cisimleri kendine çekme kuvvetine yerçekimi denir. F ipliği = mg formülü ile belirlenen, ağırlık merkezine uygulanan, dünyanın merkezine doğru radyal olarak yönlendirilen F ipliği ile gösterilir.

Burada: m – vücut ağırlığı; g – yer çekimi ivmesi (g=9,8m/s2).

Vücut ağırlığı.

Bir cismin yerçekimi nedeniyle yatay bir destek veya dikey askı üzerinde uyguladığı kuvvete ağırlık denir. Belirlenmiş - P, ağırlık merkezinin altında aşağıya doğru yönlendirilmiş bir desteğe veya süspansiyona tutturulmuştur.

Şekil 2

Vücut hareketsizse, ağırlığın yerçekimi kuvvetine eşit olduğu ve P = mg formülü ile belirlendiği iddia edilebilir.

Eğer bir cisim ivmelenerek yukarıya doğru hareket ediyorsa, o zaman vücut aşırı yüke maruz kalır. Ağırlık P = m(g + a) formülüyle belirlenir.

Şekil 3

Vücut ağırlığı yerçekimi modülünün yaklaşık iki katıdır (çift aşırı yük).

Eğer bir cisim aşağı doğru ivmeyle hareket ediyorsa, hareketin ilk saniyelerinde vücut ağırlıksızlık yaşayabilir. Ağırlık P = m(g - a) formülüyle belirlenir.

Pirinç. 4

Sürtünme kuvveti.

Bir cisim diğerinin yüzeyi boyunca hareketin tersi yönde hareket ettiğinde ortaya çıkan kuvvete sürtünme kuvveti denir.

Şekil 5

Sürtünme kuvvetinin ağırlık merkezinin altında, temas eden yüzeyler boyunca harekete ters yönde uygulandığı nokta. Sürtünme kuvveti statik sürtünme kuvveti, yuvarlanma sürtünme kuvveti ve kayma sürtünme kuvveti olarak ikiye ayrılır. Statik sürtünme kuvveti, bir cismin diğerinin yüzeyinde hareket etmesini engelleyen bir kuvvettir. Yürürken tabana etki eden statik sürtünme kuvveti kişiye ivme kazandırır. Kayma sırasında başlangıçta hareketsiz olan cisimlerin atomları arasındaki bağlar kopar ve sürtünme azalır. Kayma sürtünme kuvveti, temas eden cisimlerin göreceli hareket hızına bağlıdır. Yuvarlanma sürtünmesi kayma sürtünmesinden birçok kez daha azdır.

Şekil 6

Sürtünme kuvveti aşağıdaki formülle belirlenir:

F = µN

Burada: µ, yüzey işleminin niteliğine ve temas eden gövdelerin malzemelerinin kombinasyonuna bağlı olan boyutsuz bir miktar olan sürtünme katsayısıdır (çeşitli maddelerin bireysel atomlarının çekim kuvvetleri, bunların elektriksel özelliklerine önemli ölçüde bağlıdır);

N – destek reaksiyon kuvveti, vücut ağırlığının etkisi altında yüzeyde ortaya çıkan elastik kuvvettir.

Yatay bir yüzey için: F tr = µmg

Katı bir cisim sıvı veya gaz içinde hareket ettiğinde viskoz bir sürtünme kuvveti ortaya çıkar. Viskoz sürtünme kuvveti kuru sürtünme kuvvetinden önemli ölçüde daha azdır. Aynı zamanda cismin bağıl hızının tersi yönde de yönlendirilir. Viskoz sürtünmede statik sürtünme yoktur. Viskoz sürtünme kuvveti büyük ölçüde vücudun hızına bağlıdır.

Elastik kuvvet.

Bir vücut deforme olduğunda, vücudun önceki boyutunu ve şeklini geri getirme eğiliminde olan bir kuvvet ortaya çıkar. Buna elastik kuvvet denir.

En basit deformasyon türü çekme veya basma deformasyonudur.

Pirinç. 7

Küçük deformasyonlarda (|x|<< l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации: F упр =kх

Bu ilişki Hooke'un deneysel olarak oluşturulmuş yasasını ifade eder: elastik kuvvet, vücudun uzunluğundaki değişiklikle doğru orantılıdır.

Burada: k, metre başına Newton (N/m) cinsinden ölçülen gövdenin sertlik katsayısıdır. Sertlik katsayısı, gövdenin şekline ve boyutuna ve ayrıca malzemeye bağlıdır.

Fizikte, Hooke'un çekme veya basınç deformasyonu yasası genellikle başka bir biçimde yazılır:

Burada: – bağıl deformasyon; E, yalnızca malzemenin özelliklerine bağlı olan ve gövdenin boyutuna ve şekline bağlı olmayan Young modülüdür. Farklı malzemeler için Young modülü büyük ölçüde değişir. Çelik için örneğin E2·1011 N/m2 ve kauçuk için E2·10 6 N/m2; – mekanik stres.

Eğilme deformasyonu sırasında F kontrolü = - mg ve F kontrolü = - Kx.

Şekil 8

Bu nedenle sertlik katsayısını bulabiliriz:

k =

Spiral yaylar teknolojide sıklıkla kullanılmaktadır. Yaylar gerildiğinde veya sıkıştırıldığında, Hooke kanununa da uyan elastik kuvvetler ortaya çıkar ve burulma ve bükülme deformasyonları meydana gelir.

Pirinç. 9

4. Bileşke kuvvet.

Bileşke kuvvet, birden fazla kuvvetin etkisinin yerini alan kuvvettir. Bu kuvvet birden fazla kuvvet içeren problemleri çözmek için kullanılır.

Şekil 10

Vücuda yerçekimi ve yer reaksiyon kuvveti etki eder. Bu durumda bileşke kuvvet paralelkenar kuralına göre bulunur ve formülle belirlenir.

Bileşiğin tanımına dayanarak Newton'un ikinci yasasını şu şekilde yorumlayabiliriz: Ortaya çıkan kuvvet, bir cismin ivmesi ile kütlesinin çarpımına eşittir.

R = ma

Bir yönde bir düz çizgi boyunca etki eden iki kuvvetin sonucu, bu kuvvetlerin modüllerinin toplamına eşittir ve bu kuvvetlerin etki yönünde yönlendirilir. Kuvvetler tek bir doğru boyunca fakat farklı yönlerde etki ediyorsa, o zaman bileşke kuvvet, etki eden kuvvetlerin modülleri arasındaki farka eşit olur ve daha büyük kuvvet yönünde yönlendirilir.

Arşimed'in gücü.

Arşimet kuvveti, bir sıvı veya gazda meydana gelen ve yerçekimi kuvvetine zıt yönde etki eden kaldırma kuvvetidir.

Arşimet kanunu: Bir sıvı veya gazın içine daldırılan bir cisim, yeri değiştirilen sıvının ağırlığına eşit bir kaldırma kuvvetine maruz kalır

FA = mg =Vg

Burada: – sıvı veya gazın yoğunluğu; V, vücudun suya daldırılan kısmının hacmidir; g – serbest düşme ivmesi.

Şekil 11

Merkezkaç kuvveti.

Merkezkaç kuvveti bir daire içinde hareket ederken meydana gelir ve merkezden radyal olarak yönlendirilir.

Burada: v – doğrusal hız; r dairenin yarıçapıdır.

Şekil 12

Coulomb kuvveti.

Newton mekaniğinde yerçekimi kütlesi kavramı kullanılır, benzer şekilde elektrodinamikte de temel kavram elektrik yüküdür. Elektrik yükü, parçacıkların veya cisimlerin elektromanyetik kuvvet etkileşimlerine girme özelliğini karakterize eden fiziksel bir niceliktir. Yükler Coulomb kuvveti ile etkileşime girer.

Burada: q 1 ve q 2 – etkileşimli yükler, C (Coulomb) cinsinden ölçülür;

r – yükler arasındaki mesafe; k – orantılılık katsayısı.

k=9 . 10 9 (K . m2)/Cl2

Genellikle şu şekilde yazılır: elektrik sabiti 8,85'e eşittir . 10 12 Cl2 /(N . m2).

Şekil 13

Etkileşim kuvvetleri Newton'un üçüncü yasasına uyar: F 1 = - F 2. Bunlar aynı yük işaretlerine sahip itici kuvvetler ve farklı işaretlere sahip çekici kuvvetlerdir.

Yüklü bir cisim aynı anda birden fazla yüklü cisimle etkileşime girerse, o zaman belirli bir cisme etki eden sonuçta ortaya çıkan kuvvet, bu cisme diğer tüm yüklü cisimlerden etki eden kuvvetlerin vektör toplamına eşittir.

Şekil 14

Amper gücü.

Manyetik alanda akım taşıyan bir iletkene Amper kuvveti etki eder.

FA = ​​IBlsin

Nerede: I – iletkendeki akım gücü; B – manyetik indüksiyon; l iletkenin uzunluğudur; – iletkenin yönü ile manyetik indüksiyon vektörünün yönü arasındaki açı.

Bu kuvvetin yönü sol el kuralıyla belirlenebilir.

Sol el, manyetik indüksiyon çizgileri avuç içine girecek şekilde konumlandırılırsa, uzatılmış dört parmak mevcut kuvvetin hareketi boyunca yönlendirilir, ardından bükülmüş başparmak Amper kuvvetinin yönünü gösterir.

Pirinç. 15

Lorentz kuvveti.

Elektromanyetik alanın, içinde bulunan herhangi bir yüklü cisme etki ettiği kuvvete Lorentz kuvveti denir.

F = qvBsin

Pirinç. 16

Burada: q – yük değeri; v yüklü bir parçacığın hareket hızıdır; B – manyetik indüksiyon; – hız ve manyetik indüksiyon vektörleri arasındaki açı.

Lorentz kuvvetinin yönü sol el kuralıyla belirlenebilir.

Dersin sonunda öğrencilere bir tablo doldurma fırsatı verilir.

Bir parçayı görüntüle (fizikteki etkileşimli modeller)

II. Birleşik Devlet Sınavı görevlerini çözme

1. Kütleleri aynı olan iki gezegen bir yıldızın etrafında dairesel yörüngelerde dönmektedir. Bunlardan ilki için yıldızın çekim kuvveti ikinciden 4 kat daha fazladır. Birinci ve ikinci gezegenlerin yörünge yarıçaplarının oranı nedir?

1)
2)
3)
4)

Çözüm.
Evrensel çekim yasasına göre, bir gezegenin bir yıldıza olan çekim kuvveti, yörünge yarıçapının karesiyle ters orantılıdır. Dolayısıyla, gezegenlerin kütlelerinin eşitliği nedeniyle (), çekim kuvvetlerinin birinci ve ikinci gezegenlerin yıldızına oranı, yörünge yarıçaplarının karelerinin oranıyla ters orantılıdır:

Bu duruma göre, birinci gezegenin yıldıza olan çekim kuvveti ikinciye göre 4 kat daha fazladır: yani

2. Performans sırasında cimnastikçi sıçrama tahtasını iter (1. aşama), havada takla atar (2. aşama) ve ayakları üzerine düşer (3. aşama). Bir cimnastikçi hareketin hangi aşamasında/aşamalarında neredeyse ağırlıksızlık durumunu deneyimleyebilir?

1) yalnızca 2. aşamada
2) yalnızca 1. ve 2. aşamalarda
3) 1, 2 ve 3. aşamalarda
4) yukarıdaki aşamaların hiçbirinde

Çözüm.
Ağırlık, vücudun bir desteğe bastırdığı veya bir süspansiyonu gerdiği kuvvettir. Ağırlıksızlık durumu, vücudun ağırlığının olmaması, yerçekimi kuvvetinin ise hiçbir yerde kaybolmamasıdır. Bir jimnastikçi sıçrama tahtasını ittiğinde üzerine baskı uygular. Bir jimnastikçi ayağa kalktığında yere baskı yapar. Sıçrama tahtası ve zemin bir destek görevi görür, dolayısıyla 1. ve 3. aşamalarda ağırlıksızlığa yakın bir durumda değildir. Aksine, uçuş sırasında (2. aşama) hava direnci ihmal edilirse cimnastikçinin hiçbir desteği yoktur. Destek olmadığı için ağırlık da yoktur, bu da jimnastikçinin gerçekten ağırlıksızlığa yakın bir durum yaşadığı anlamına gelir.

3. Gövde iki ip üzerinde asılıdır ve dengededir. İplikler arasındaki açı 'ye eşit olup, ipliklerin çekme kuvvetleri 3 N ve 4 H'ye eşittir. Cismin üzerine etki eden yer çekimi kuvveti nedir?

1) 1 saat
2) 5 saat
3) 7 saat
4) 25 saat

Çözüm.
Toplamda vücuda üç kuvvet etki eder: yerçekimi ve iki ipliğin gerginlik kuvveti. Vücut dengede olduğundan, üç kuvvetin de sonucu sıfıra eşit olmalıdır, bu da yerçekimi modülünün eşit olduğu anlamına gelir.

Doğru cevap: 2.

4. Şekilde aynı düzlemde bulunan ve bir noktaya uygulanan üç kuvvet vektörü gösterilmektedir.

1) 0 saat
2) 5 saat
3) 10 saat
4) 12 saat

Çözüm.
Şekilden kuvvetlerin bileşkesinin kuvvet vektörüyle çakıştığı açıktır. Bu nedenle her üç kuvvetin bileşkesinin modülü eşittir.

Şeklin ölçeğini kullanarak son cevabı buluyoruz

Doğru cevap: 3.

5. Kendisine etki eden tüm kuvvetlerin toplamı sıfıra eşit olduğunda maddi bir nokta nasıl hareket eder? Hangi ifade doğrudur?

1) maddi bir noktanın hızı zorunlu olarak sıfırdır
2) maddi bir noktanın hızı zamanla azalır
3) maddi noktanın hızı sabittir ve zorunlu olarak sıfıra eşit değildir
4) maddi bir noktanın hızı herhangi bir olabilir, ancak zaman içinde sabit olmalıdır

Çözüm.
Newton'un ikinci yasasına göre, eylemsiz bir referans çerçevesinde, bir cismin ivmesi tüm kuvvetlerin bileşkesi ile orantılıdır. Koşula göre, cisme etki eden tüm kuvvetlerin toplamı sıfıra eşit olduğundan, cismin ivmesi de sıfıra eşittir, bu da cismin hızının herhangi bir olabileceği ancak zaman içinde sabit olması gerektiği anlamına gelir. .
Doğru cevap: 4.

6. Yatay bir yüzey üzerinde hareket eden 5 kg kütleli bir bloğa 20 N'luk bir kayma sürtünme kuvveti etki etmektedir. Sürtünme katsayısı eşitse, cismin kütlesi 2 kat azaltıldıktan sonra kayma sürtünme kuvveti neye eşit olur? değişmedi mi?

1) 5N
2) 10N
3) 20N
4) 40 N

Çözüm.
Kayma sürtünme kuvveti, sürtünme katsayısı ve destek reaksiyon kuvveti ile orantısal olarak ilişkilidir. Newton'un ikinci yasasına göre yatay bir yüzey üzerinde hareket eden bir blok için .

Dolayısıyla kayma sürtünme kuvveti, sürtünme katsayısının bloğun kütlesiyle çarpımı ile orantılıdır. Sürtünme katsayısı değişmezse vücut ağırlığı 2 kat azaltıldıktan sonra kayma sürtünme kuvveti de 2 kat azalacak ve eşit olacaktır.

Doğru cevap: 2.

III. Özetle, değerlendirme.

IV. D/z:

Şekil aynı düzlemde bulunan ve bir noktaya uygulanan üç kuvvet vektörünü göstermektedir.

Şeklin ölçeği, bir ızgara karesinin kenarı 1 H'lik bir kuvvet modülüne karşılık gelecek şekildedir. Üç kuvvet vektörünün bileşkesinin vektörünün modülünü belirleyin.

Grafik, belirli bir gezegen için yerçekiminin vücut kütlesine bağımlılığını göstermektedir.

Bu gezegende yer çekiminden kaynaklanan ivme nedir?

İnternet kaynağı: 1.

2.

Edebiyat:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky “Birleşik Devlet Sınavı 2009”

V.A. Kasyanov “Fizik. Profil düzeyi"

Şimdiye kadar genel kuvvet kavramı kullanılmış, ne tür kuvvetlerin olduğu ve neyi temsil ettikleri sorusu dikkate alınmamıştır. Doğada bulunan kuvvetlerin çeşitliliğine rağmen bunların hepsi dört tür temel kuvvete indirgenebilir: 1) yerçekimi; 2) elektromanyetik; 3) nükleer; 4) zayıf.

Yerçekimi kuvvetleri herhangi bir beden arasında ortaya çıkar. Onların eylemleri yalnızca büyük bedenlerin dünyasında dikkate alınmalıdır.

Elektromanyetik kuvvetler hem sabit hem de hareketli yüklere etki eder. Madde atomlardan, onlar da elektronlardan ve protonlardan oluştuğu için yaşamda karşılaştığımız kuvvetlerin çoğu elektromanyetik kuvvetlerdir. Bunlar örneğin cisimlerin deformasyonu sırasında ortaya çıkan elastik kuvvetler, sürtünme kuvvetleridir.

Nükleer ve zayıf kuvvetler m'yi aşmayan mesafelerde kendilerini gösterirler, dolayısıyla bu kuvvetler yalnızca mikrokozmosta fark edilir. Tüm klasik fizik ve onunla birlikte kuvvet kavramı temel parçacıklara uygulanamaz. Bu parçacıkların etkileşimini kuvvetler kullanarak doğru bir şekilde karakterize etmek imkansızdır. Burada mümkün olan tek şey enerjik bir tanımdır. Ancak atom fiziğinde sıklıkla kuvvetlerden bahsedilir. Bu durumda terim kuvvet kelimesiyle eşanlamlı hale gelir etkileşim.

Böylece, modern bilimde kelime kuvvet iki anlamda kullanılır: birincisi, anlamında mekanik kuvvet– etkileşimin kesin bir niceliksel ölçüsü; ikinci olarak kuvvet, kesin niceliksel ölçüsü ancak belirlenebilen belirli türde bir etkileşimin varlığı anlamına gelir. enerji.

Mekanikte üç tür kuvvet dikkate alınır: yerçekimi, elastik ve sürtünme kuvvetleri. Bunlara kısaca bakalım.

1. Yerçekimi kuvvetleri. Doğadaki tüm cisimler birbirini çeker. Bu kuvvetlere yerçekimi denir. Newton adında bir yasa oluşturdu evrensel çekim kanunu: Maddi noktaların çekildiği kuvvetler, kütlelerinin çarpımı ile orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır ve onları birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir, yani.

, (2.16)

Nerede M Ve T– vücut kütleleri; R– cisimler arasındaki mesafe;   yer çekimi sabiti. "" işareti yer çekimi kuvveti olduğunu gösterir.

Formül (2.16)'dan şu sonuç çıkar: T = M= 1 kg ve R= 1 m,  = F, yani yerçekimi sabiti, birbirinden birim mesafede bulunan birim kütlenin malzeme noktalarının çekim kuvveti modülüne eşittir. Evrensel çekim yasasının ilk deneysel kanıtı Cavendish tarafından gerçekleştirildi. Yerçekimi sabitinin değerini belirlemeyi başardı:
. Çok küçük bir değer , yerçekimsel etkileşim kuvvetinin yalnızca büyük kütleli cisimler durumunda önemli olduğunu gösterir.

2. Elastik kuvvetler. Elastik deformasyonlar sırasında elastik kuvvetler ortaya çıkar. Buna göre Hooke yasası, elastik kuvvet modülü
deformasyon miktarıyla orantılı X, yani

, (2.17)

Nerede k- esneklik katsayısı. “” işareti kuvvetin ve deformasyonun yönünün zıt olduğunu belirler.

3. Sürtünme kuvvetleri. Temas halindeki gövdeleri veya parçalarını birbirine göre hareket ettirirken, sürtünme kuvvetleri. İç (viskoz) ve dış (kuru) sürtünme vardır.

Viskoz sürtünme katı ve sıvı veya gazlı bir ortam arasındaki ve ayrıca böyle bir ortamın katmanları arasındaki sürtünme denir.

Dış sürtünme Karşılıklı hareketlerini engelleyen katı kuvvet cisimlerinin temas ettiği noktada ortaya çıkması olgusuna denir. Temas eden cisimler hareketsizse, bir cismi diğerine göre hareket ettirmeye çalıştıklarında aralarında bir kuvvet ortaya çıkar. Buna denir Statik sürtünme kuvveti. Statik sürtünme kuvveti benzersiz şekilde tanımlanmış bir miktar değildir. Vücudun hareket etmeye başladığı temas düzlemine paralel olarak uygulanan kuvvetin sıfırdan maksimum değerine değişir (Şekil 2.3).

Genellikle statik sürtünme kuvvetine maksimum sürtünme kuvveti denir. Statik sürtünme kuvveti modülü
Newton'un üçüncü yasasına göre destek reaksiyon kuvvetinin modülüne eşit olan normal basınç kuvvetinin modülü ile orantılıdır N, yani
, Nerede
- Statik sürtünme katsayısı.

Bir cisim başka bir cismin yüzeyi boyunca hareket ettiğinde, kayma sürtünme kuvveti. Kayma sürtünme kuvvetinin modülünün olduğu tespit edilmiştir.
aynı zamanda normal basınç kuvvetinin modülüyle de orantılıdır N

, (2.19)

burada   kayma sürtünme katsayısı. Tespit edilmiştir ki
ancak birçok problemi çözerken eşit kabul edilirler.

Sorunları çözerken aşağıdaki kuvvet türleri dikkate alınır:

1. Yer çekimi
- Dünya'nın yerçekimi alanının vücuda etki ettiği kuvvet (bu kuvvet, vücudun kütle merkezine uygulanır).

2. Vücut ağırlığı Bir cismin yatay bir desteğe veya onu serbest düşüşten koruyan ipe uyguladığı kuvvet (doğadaki elastik kuvvet). Desteğe (ipliğe) bir kuvvet uygulanır. Eylemsiz bir referans çerçevesinde
.

3. Yer reaksiyon kuvveti Destek yüzeyinin gövdeye uyguladığı kuvvet (doğadaki elastik kuvvet). Uygulanan kuvvet vücuda desteğin yanından ve temas yüzeyine dik.

4. İplik gerginliği - ipliğin, iplikten asılı bir gövdeye uyguladığı kuvvet. Kuvvet gövdeye uygulanır ve iplik boyunca yukarı doğru yönlendirilir.

5. Sürtünme kuvveti
.