Какого значение сил природы

Силы в Природе

Несмотря на разнообразие сил, имеется всего четыре типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Гравитационные силы заметно проявляются в космических масштабах. Одним из проявлений гравитационных сил является свободное падение тел. Земля сообщает всем телам одно и то же ускорение, которое называют ускорением свободного падения g. Оно незначительно меняется в зависимости от географической широты. На широте Москвы оно равно 9,8 м/с 2 .

Электромагнитные силы действуют между частицами, имеющими электрические заряды. Сильные и слабые взаимодействия проявляются внутри атомных ядер и в ядерных превращениях.

Гравитационное взаимодействие существует между всеми телами, обладающими массами. Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, гласит:

Сила взаимного притяжения двух тел, которые могут быть принятыми за материальные точки, прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

sili_v_prirode_renamed_18260.jpg

Коэффициент пропорциональности у называют гравитационной постоянной. Она равна 6,67 • 10 -11 Н•м 2 /кг 2 .

Если на тело действует лишь гравитационная сила со стороны Земли, то она равна mg. Это и есть сила тяжести G (без учета вращения Земли). Сила тяжести действует на все тела, находящиеся на Земле, вне зависимости от их движения.

При движении тела с ускорением свободного падения (или даже с меньшим ускорением, направленным вниз) наблюдается явление полной или частичной невесомости.

Полная невесомость — отсутствие давления на подставку или на подвес. Вес — сила давления тела на горизонтальную опору или сила растяжения нити со стороны подвешенного к ней тела, которая возникает в связи с гравитационным притяжением данного тела к Земле.

Силы притяжения между телами неуничтожимы, тогда как вес тела может исчезнуть. Так, в спутнике, который двигается с первой космической скоростью вокруг Земли, вес отсутствует так же, как в лифте, падающем с ускорением g.

Примером электромагнитных сил являются силы трения и упругости. Различают силы трения скольжения и силы трения качения. Сила трения скольжения намного больше силы трения качения.

Сила трения зависит в некотором интервале от приложенной силы, которая стремится сдвинуть одно тело относительно другого. Прикладывая различную по величине силу, увидим, что небольшие силы не могут сдвинуть тело. При этом возникает компенсирующая сила трения покоя.

При отсутствии сил, сдвигающих тело, сила трения покоя равна нулю. Наибольшее значение сила трения покоя приобретает в момент, когда одно тело начинает двигаться относительно другого. В этом случае сила трения покоя становится равной силе трения скольжения:

sili_v_prirode.jpg

где n — коэффициент трения, N — сила нормального (перпендикулярного) давления. Коэффициент трения зависит от вещества трущихся поверхностей и их шероховатости.

Источник

Четыре фундаментальные силы в природе

Что бы ни происходило вокруг нас, за все отвечают четырые фундаментальные силы природы:

1. Сила тяжести

2. Слабое ядерное взаимодействие

3. Электромагнетизм

4. Сильное ядерное взаимодействие

Давайте вкратце рассмотрим все четыре. Что они из себя представляют и за что отвечают.

1. Сила тяжести или гравитация

Гравитация — притяжение между двумя объектами, обладающие массой или энергией.

Это — вероятно самая интуитивно понятная из фундаментальных сил, но она же и самая сложная для объяснения.

Исаак Ньютон был первым, кто предложил идею гравитации. Он описал ее как буквальное притяжение между двумя объектами.

Спустя столетия, Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности предположил, что гравитация не является притяжением или силой. Вместо этого, он предположил, что она является следствием искривления пространства-времени вокруг объекта.

Хотя гравитация удерживает планеты, звезды, системы и даже галактики вместе, она оказывается самой слабой из фундаментальных сил, особенно в молекулярном и атомном масштабах. Подумайте сами, тяжело ли Вам отрывать ноги от земли или пнуть мяч? Все эти действия противодействуют гравитации целой планеты. А на молекулярном уровне, гравитация и вовсе практически не влияет на фундаментальные силы.

2. Слабое ядерное взаимодействие или слабая сила

Слабая сила или слабое ядерное взаимодействие ответственно за распад частиц. Это прямое изменение одного типа субатомной частицы в другое.

Физики описывают это взаимодействие посредством обмена несущими силу частицами, называемыми бозонами . Конкретные виды бозонов ответственны за слабую силу, электромагнитную и сильную.

В слабой силе бозоны — это заряженные частицы, называемые W и Z — бозонами .

Протоны, нейтроны и электроны, находясь в пределах 0,1% диаметра протона друг от друга, могут обмениваться этими бозонами. В результате субатомные частицы распадаются на новые.

Слабая сила имеет решающее значение для реакций ядерного синтеза, которая приводит в движение реакции на Солнце и производит необходимую для большинства форм жизни энергию. Она также помогает археологам определять возраст находок по скорости распада.

3. Электромагнетизм

Электромагнитная сила или Сила Лоренца , действует между заряженными частицами. Противоположные заряды притягивают друг друга, а подобные отталкивают. Чем больше заряд, тем больше сила. И так же как с гравитацией, ее можно почувствовать с очень большого расстояния, хотя она и будет очень слаба.

Как видно из названия, электромагнитная сила состоит из электрической силы и магнитной. Сначала, физики описывали их отдельно друг от друга, но позже поняли, что они являются компонентами единого целого.

Как только заряженные частицы приводятся в движение, они создают магнитное поле. Поэтому, когда электроны бегут по проводу, чтобы зарядить Ваш смартфон или включить компьютер, провод становится магнитным.

Электромагнитная сила ответственна за некоторые физические явления: трение, упругость, сила, удерживающая твердые тела в заданной форме .

4. Сильная ядерная сила или сильное ядерное взаимодействие

Она является самой сильной из фундаментальных сил природы. Сильнее силы тяжести в 6х10^39 раз ( 6 и 39 нулей после). И это потому что она связывает фундаментальные частицы материи вместе, для формирования более крупных частиц.

Она удерживает вместе кварки, которые составляют протоны и нейтроны, и часть этой силы удерживает вместе протоны и нейтроны ядра атома.

Сильная сила действует только когда субатомные частицы находятся очень близко друг к другу, примерно на расстоянии диаметра протона.

Сильная сила очень странная. Она тем сильнее, чем дальше друг от друга субатомные частицы. В пределах досягаемости само собой.

Оказавшись на достаточном расстоянии, безмассовые заряженные бозоны, называемые глюонами, передают сильную силу между кварками и удерживают их склеенными вместе. Небольшая часть сильной силы, называемая остаточной, действует между протонами и нейтронами. Протоны в ядре отталкиваются друг от друга из-за одинакового заряда, но остаточная сильная сила может преодолеть это отталкивание, из-за чего частицы остаются связанными в ядре атома.

Источник



На них держится Вселенная: как работают четыре главные силы природы

Все силы, с которыми мы сталкиваемся каждый день, можно свести к четырем категориям — гравитация, электромагнетизм, сильная сила и слабая. Недавно физики нашли возможные признаки пятой фундаментальной силы природы, о которой мы писали ранее. Пришло время разобраться, как работают основные.

Фундамент Вселенной

Какие силы вы знаете? Силу тяжести, натяжения нити, сжатия пружины, столкновения тел, силу трения, взрыва, сопротивления воздуха и среды, поверхностного натяжения жидкости, силы Ван-дер-Ваальса — и на этом список не заканчивается. Однако все эти силы — производные четырех фундаментальных. Их также называют фундаментальными взаимодействиями, и именно они отвечают за все процессы во Вселенной. Если элементарные частицы можно сравнить с кусочками мозаики, то взаимодействия между ними это клей. В порядке от самых слабых к самым сильным ученые обозначили четыре взаимодействия — гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Их нельзя свести к более простым, поэтому они и называются фундаментальными.

Стоит учесть, что на сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий (не считая поля Хиггса).

Сила тяжести — гравитационное взаимодействие

Гравитация — это притяжение между двумя объектами, которые обладают массой или энергией. Каждый наблюдал это фундаментальное воздействие и благодаря нему человек может сидеть, стоять или лежать. Гравитационная сила проявляется в падении камня с обрыва; движении планеты вокруг звезды; морских приливах, за которые отвечает Луна. Гравитация является наиболее интуитивно понятной и знакомой из фундаментальных сил, при этом ее не так уж просто объяснить.

Исаак Ньютон был первым, кто предложил идею гравитации, предположительно вдохновленную падением яблока с дерева. Он описал ее как буквальное притяжение между двумя объектами. Спустя столетия Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности (ОТО) предположил, что гравитация — это не притяжение или сила. Напротив, это следствие того, что объекты искривляют пространство-время. Большой объект работает с пространством-временем примерно так же, как большой шар, помещенный в середину листа, воздействует на этот материал, деформируя его и заставляя другие, более мелкие объекты на листе падать к середине.

Закон всемирного тяготения

Хотя гравитация удерживает вместе планеты, звезды, солнечные системы и даже галактики, она оказывается самой слабой из фундаментальных сил, особенно на молекулярном и атомном уровнях. Подумайте об этом так: насколько сложно оторвать мяч от земли? Или поднять ногу? Или прыгнуть? Все эти действия противодействуют гравитации всей Земли. А на молекулярном и атомном уровнях гравитация почти не влияет на другие фундаментальные силы.

Слабая сила и распад частиц

Слабая сила, или слабое ядерное взаимодействие, несет ответственность за распад частиц. Это буквальное превращение одного типа субатомных частиц в другой. Так, например, нейтрино, отклоняющееся от нейтрона, может превратить нейтрон в протон, а нейтрино — в электрон.

Источник

Какого значение сил природы

Сила — векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит» реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, «сопротивляются».

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила упругости

Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину — уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации — сила упругости.

Закон Гука

Сила упругости направлена противоположно деформации.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле

При параллельном соединении жесткость

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Подробнее о свойствах твердых тел здесь.

Вес тела

Вес тела — это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести — сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес — результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же — сила, которая приложена на опору (не на предмет)!

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.

Сила реакции опоры и вес — силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес — это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.

Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называетсяневесомостью. Невесомость — состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!

Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Обратите внимание, вес — сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: «Сколько ты весишь»? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!

Перегрузка — отношение веса к силе тяжести

Сила Архимеда

Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше — тонет.

Электрические силы

Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.

Схематичное обозначение действующих на тело сил

Часто тело моделируют материальной точкой. Поэтому на схемах различные точки приложения переносят в одну точку — в центр, а тело изображают схематично кругом или прямоугольником.

Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.

Главное запомнить

1) Силы и их природа; 2) Направление сил; 3) Уметь обозначить действующие силы

Силы трения

Различают внешнее (сухое) и внутреннее (вязкое) трение. Внешнее трение возникает между соприкасающимися твердыми поверхностями, внутреннее — между слоями жидкости или газа при их относительном движении. Существует три вида внешнего трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение качения определяется по формуле

Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или в газе. Величина силы сопротивления зависит от размеров и формы тела, скорости его движения и свойств жидкости или газа. При небольших скоростях движения сила сопротивления пропорциональна скорости тела

При больших скоростях пропорциональна квадрату скорости

Взаимосвязь силы тяжести, закона гравитации и ускорения свободного падения

Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести

Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.

Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.

Источник

Какого значение сил природы

С давних времен явления и закономерности в природе вызывали интерес у талантливых людей, занимающихся изучением наук естествознания. Исследование причин возникновения сил и их взаимодействия рассматривали и изучали многие ученые : Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилео Галилей, Исаак Ньютон, Шарль Кулон, Джеймс Джоуль и другие .[1]

По легенде, наблюдая за падающим с дерева яблоком, ученый пришел к мысли об открытии закона тяготения. Его всегда интересовало явление падения яблока именно вниз, а не в другое направление. Решение данной задачи пришло намного позже. Исаак установил, что все предметы при движении подчиняются общему закону всемирного тяготения, который действует между всеми телами. Им была выведена формула, позволяющая рассчитать силу гравитации между двумя телами.

Ученым было установлено, что сила притяжения между телами зависит от массы этих тел и расстояния между ними: чем большей массой обладают тела, тем больше сила притяжения. Если увеличивается расстояние между телами, то сила притяжения уменьшается.

Сила тяжести возникает при взаимодействии всех тел с Землей, она их притягивает к себе.

Сила тяжести имеет точку приложения — центр тела и ее вектор направлен вниз.

Формула имеет вид: Fтяж = m*g, где m – масса тела, g – ускорение свободного падения, равно 9,8 Н/кг. Существует вид движения, который называется свободным падением, происходящий в связи с притяжением Земли.

Сила имеет направление и ее можно измерить по величине вектора. Она представляет собой меру взаимодействия тел.Движение всех тел происходит путем воздействия на них сил. По причине взаимодействия между телами могут возникать деформации тел.

При воздействии силы на тело, необходимо учитывать: значении, точку приложения и направление действия.

Существует Международная система единиц (СИ), в которой под единицей силы принимают величину в 1 Ньютон. 1Н =1кг* 1 м/с2,это когда телу массой один килограмм придают данное ускорение, при этом тело движется в сторону приложенной силы.

Прибор для измерения силы – динамометр (от греч. динамис -сила, метрио-измеряю). Существует разновидности динамометров: медицинские , ручные , тяговые и т.д.

История открытия и понятие силы трения

Ему приходилось ставить необычные эксперименты, которые удивляли его учеников, они недоумевали от поведения их учителя, наблюдая, как гениальный ученый волочет по земле веревку, то вытянутую по всей длине, то крутосмотанную. В 1519 году, проводя ряд подобных экспериментов ,позже, Леонардо все же смог определить конечный результат и понять, что интересующая его сила, возникающая между двумя контактными поверхностями, зависит напрямую от нагрузки (силе прижатия), никак не зависит от площади взаимодействующих поверхностей и направлена против основного движения.

Спустя много лет, талантливые ученые , Шарль Кулон и Гильом Амонтон, в своих трудах сумели дать окончательную формулировку действиям своего предшественника. Степень важности работ двух этих ученых состояла в том, что они утвердили физическую постоянную величину, как коэффициент трения, вывели формулу, с помощью которой можно рассчитать , чему равна сила трения для определенной пары взаимодействующих материалов. [6]

Сила трения, возникает продвижением тел по поверхности относительно друг друга в направлении от основного движения.[3]

Выделяют следующие виды трения: покоя; скольжения ; качения.

Трение покоя проявляется посредством взаимодействия неподвижных твёрдых тел, когда одно из них стремятся переместить относительно другого . Причиной возникновения данного вида трения является сцепление неровных поверхностей.

Трение скольжения проявляется при взаимодействии двух твердых тел по поверхностям при скольжении.

Fтр. скольж = μ* N= μ*m*g, где N=m*g – сила нормального давления, μскольж– коэффициент трения скольжения.

Величина коэффициента зависит от свойства соединяющихся поверхностей — вещества и качества их обработки. [5]

Можно уменьшить значение μскольж путем шлифовки поверхностей.

Трение качения проявляется при условии взаимодействия двух твердых тел по поверхностям, одно из которых должно быть обязательно круглым. [4]

Основными условиями появления силы трения становятся: неровности поверхностей взаимодействующих тел и межмолекулярное притяжение между ними.

С помощью определенных приемов и способов можно либо уменьшить , либо увеличить силу трения.

История открытия и понятие силы Архимеда

Великий ученый, геометр, выдающийся инженер Архимед занимался исследованием действия жидкости на погруженное в нее тело.

Архимед занялся взвешиванием короны, но решение было не убедительным, необходимо было еще вычислить объем данного тела, для расчета плотности металла, и тогда только можно было бы определить — чистое ли это золото.

Далее, по легенде, Архимед, озадаченный думами по определению объема представленного ему предмета , принимая водные процедуры в ванной , заметил подъем воды до крайнего уровня. И тут его озарило–по вытесненному объему воды, он понял ,что объем его тела равен столько же, значит, и корона, при погружении в заполненную до самого верха емкость, вытеснит, равный ее объему воду. Ответ был получен! [4]

Закон Архимеда гласит: «На тело погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная снизу вверх и равная весу жидкости в объеме, вытесненном телом». Существует понятие гидравлического давления, которое действует со всех сторон на погруженное в жидкость тело.

Воздействие, которому подвергается тело, опущенное в жидкости, называется выталкивающей силой, т.к. направлена вверх. Основные характеристики, от которых зависит эта сила были определены великим ученым Архимедом. Действие силы распространяется не только на любую жидкость, но и на газы. В последствии , для всего человечества открытие данного закона имело огромное значение.

Формула имеет вид: Fарх = pж*g* Vт , и когда производят расчет силы , учитывают только утонувшую часть тела.

Условия плавания тел: (сравниваем силы и плотности)

  • Fарх>Fтяж ; pж >pтела- всплывает
  • Fарх= Fтяж ; pж = pтела — плавает внутри жидкости
  • Fарх<Fтяж ; pж <pтела — тонет

Значение сил в жизни человека

Осваивая законы природы и используя их в своей жизнедеятельности, человек способен ускорять научно-технический прогресс.

В силу того, что существует сила притяжения к Земле можно объяснить и подтвердить рядя явлений: все тела падают вниз; человек подпрыгнув опускается на землю; движется вода в реках. Благодаря изучению законов гравитации появилась возможность исследовать космическое пространство.

Зная причины возникновения силы трения ,у человека появилась возможность использовать ее как в природе, так и в технике. Иногда трение может быть полезным , для этого его стараются увеличить (посыпают песком ледяные дорожки) , в другом моменте трение может быть вредным, и тогда его стремятся уменьшить ( в технике , можно ввести смазку между соприкасающимися поверхностями, а для вращающихся валов машин и станков их опирают на подшипники). [3]

Держать предметы в руках, удерживаться на поверхности земли людям и животным невозможно было бы без силы трения.

Знания законов физики и факторов, отвечающих за действие силы Архимеда позволили людям подниматься в воздух и опускаться на дно океанов и морей, конструировать мощные корабли для тяжелых грузоперевозок на большие расстояния; с помощью подводных лодок и батискафов погружаться в водяные пучины; подниматься в небо на самолетах, дирижаблях, воздушных шарах; созданы новые устройства, такие как управляемые с земли аэростаты и квадракопторы для изучения воздушных течений ,для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

Все силы природы, которые человек открыл и покорил, должны быть направлены только во благо, надо помнить, что человек есть часть природы.

Источник

Adblock
detector