rumah › Rem › Kekuatan di alam. Gaya gravitasi – Hypermarket Pengetahuan

Kekuatan di alam. Gaya gravitasi – Hypermarket Pengetahuan

Hingga saat ini, konsep umum gaya telah digunakan, dan pertanyaan tentang jenis gaya apa yang ada dan apa yang diwakilinya belum dipertimbangkan. Terlepas dari beragamnya gaya yang ditemukan di alam, semuanya dapat direduksi menjadi empat jenis gaya fundamental: 1) gravitasi; 2) elektromagnetik; 3) nuklir; 4) lemah.

Gaya gravitasi timbul di antara benda apa pun. Tindakan mereka harus diperhitungkan hanya di dunia benda-benda besar.

Kekuatan elektromagnetik bertindak atas muatan baik yang diam maupun yang bergerak. Karena materi terdiri dari atom, yang terdiri dari elektron dan proton, sebagian besar gaya yang kita temui dalam kehidupan adalah gaya elektromagnetik. Misalnya, gaya elastis yang timbul selama deformasi benda, gaya gesekan.

Nuklir dan lemah gaya-gaya muncul pada jarak tidak melebihi m, oleh karena itu gaya-gaya ini hanya terlihat di mikrokosmos. Semua fisika klasik, dan konsep gaya, tidak dapat diterapkan pada partikel elementer. Tidak mungkin untuk secara akurat mengkarakterisasi interaksi partikel-partikel ini menggunakan gaya. Deskripsi yang energik menjadi satu-satunya yang mungkin di sini. Namun, dalam fisika atom mereka sering berbicara tentang gaya. Dalam hal ini istilahnya memaksa menjadi sinonim dengan kata tersebut interaksi.

Jadi, dalam ilmu pengetahuan modern, kata itu memaksa digunakan dalam dua pengertian: pertama, dalam arti mekanis kekuatan– ukuran interaksi kuantitatif yang tepat; kedua, gaya berarti adanya suatu jenis interaksi tertentu, yang hanya dapat diukur secara kuantitatif secara pasti energi.

Dalam mekanika, ada tiga jenis gaya yang dipertimbangkan: gaya gravitasi, elastis, dan gesekan. Mari kita lihat secara singkat.

1. Gaya gravitasi. Semua benda di alam tertarik satu sama lain. Gaya-gaya ini disebut gravitasi. Newton menetapkan hukum yang disebut hukum gravitasi universal: gaya-gaya yang menarik titik-titik material sebanding dengan hasil kali massanya, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik-titik tersebut dan diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkannya, yaitu.

, (2.16)

Di mana M Dan T– massa tubuh; R– jarak antar benda;   konstanta gravitasi. Tanda “” menunjukkan bahwa itu adalah gaya gravitasi.

Dari rumus (2.16) berikut ini kapan T = M= 1kg dan R= 1 m,  = F, yaitu. konstanta gravitasi sama dengan modulus gaya tarik-menarik titik-titik material bermassa satuan yang terletak pada satuan jarak satu sama lain. Bukti eksperimental pertama dari hukum gravitasi universal dilakukan oleh Cavendish. Ia mampu menentukan nilai konstanta gravitasi:
. Nilai  yang sangat kecil menunjukkan bahwa gaya interaksi gravitasi hanya signifikan pada kasus benda bermassa besar.

2. Kekuatan elastis. Selama deformasi elastis, timbul gaya elastis. Berdasarkan hukum Hooke, modulus gaya elastis
sebanding dengan besarnya deformasi X, yaitu.

, (2.17)

Di mana k- koefisien elastisitas. Tanda “” menentukan fakta bahwa arah gaya dan deformasi berlawanan.

3. Gaya gesekan. Ketika menggerakkan benda-benda yang bersentuhan atau bagian-bagiannya relatif satu sama lain, gaya gesekan. Bedakan antara gesekan internal (kental) dan eksternal (kering).

Gesekan kental disebut gesekan antara medium padat dan medium cair atau gas, serta antar lapisan medium tersebut.

Gesekan eksternal sebut fenomena munculnya gaya-gaya pada titik kontak benda-benda padat yang menghalangi pergerakan timbal baliknya. Jika benda-benda yang bersentuhan tidak bergerak, maka timbul gaya di antara benda-benda tersebut ketika mereka mencoba menggerakkan satu benda relatif terhadap benda lainnya. Itu disebut gaya gesekan statis. Gaya gesekan statis bukanlah besaran yang dapat ditentukan secara unik. Ini berubah dari nol ke nilai maksimum gaya yang diterapkan sejajar dengan bidang kontak, di mana benda mulai bergerak (Gbr. 2.3).

Biasanya gaya gesek statis disebut gaya gesek maksimum. Modulus gaya gesekan statis
sebanding dengan modulus gaya tekanan normal, yang menurut hukum ketiga Newton, sama dengan modulus gaya reaksi tumpuan N, yaitu.
, Di mana
 koefisien gesekan statis.

Ketika suatu benda bergerak sepanjang permukaan benda lain, gaya gesekan geser. Telah ditetapkan bahwa modulus gaya gesek geser
juga sebanding dengan modulus gaya tekanan normal N

, (2.19)

dimana  adalah koefisien gesekan geser. Menentukan itu
, namun, ketika menyelesaikan banyak masalah, mereka dianggap setara.

Saat memecahkan masalah, jenis gaya berikut diperhitungkan:

1. Gravitasi
- gaya yang digunakan medan gravitasi bumi pada benda (gaya ini diterapkan pada pusat massa benda).

2. Berat badan  gaya yang digunakan suatu benda pada penyangga horizontal atau benang yang menahannya agar tidak jatuh bebas (bersifat gaya elastis). Sebuah gaya diterapkan pada penyangga (utas). Dalam kerangka acuan inersia
.

3. Gaya reaksi tanah - gaya yang digunakan permukaan penyangga untuk bekerja pada benda (bersifat gaya elastis). Paksa diterapkan ke tubuh dari sisi penyangga dan tegak lurus terhadap permukaan kontak.

4. Ketegangan benang - gaya yang digunakan benang untuk bekerja pada benda yang tergantung pada benang. Gaya diterapkan pada tubuh dan diarahkan ke atas sepanjang benang.

5. Gaya gesek
.

Alasan terjadinya perubahan gerak: munculnya percepatan pada benda adalah gaya. Kekuatan muncul ketika benda berinteraksi satu sama lain. Namun jenis interaksi apa yang ada dan apakah jumlahnya banyak?

Pada pandangan pertama, tampaknya ada banyak jenis pengaruh benda satu sama lain, dan oleh karena itu, jenis gaya yang berbeda. Akselerasi dapat diberikan pada suatu benda dengan mendorong atau menariknya dengan tangan Anda; sebuah kapal berlayar lebih cepat ketika angin bertiup kencang; Setiap benda yang jatuh ke bumi bergerak dengan percepatan; Dengan menarik dan melepaskan tali busur, kita memberikan percepatan pada anak panah. Dalam semua kasus yang dibahas, ada kekuatan-kekuatan yang bekerja, dan semuanya tampak sangat berbeda. Dan Anda dapat menyebutkan kekuatan lainnya. Semua orang mengetahui tentang adanya gaya listrik dan magnet, tentang kekuatan pasang surut air laut, tentang kekuatan gempa bumi dan angin topan.

Tapi benarkah ada begitu banyak kekuatan berbeda di alam?

Jika kita berbicara tentang gerak mekanis suatu benda, maka di sini kita hanya menjumpai tiga jenis gaya: gaya gravitasi, gaya elastis, dan gaya gesekan. Semua kekuatan yang dibahas di atas bergantung pada mereka. Gaya elastisitas, gravitasi dan gesekan merupakan manifestasi dari gaya gravitasi universal dan gaya elektromagnetik alam. Ternyata di alam hanya ada dua kekuatan tersebut.

Kekuatan elektromagnetik. Di antara benda-benda yang dialiri listrik terdapat gaya khusus yang disebut gaya listrik, yang dapat berupa gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak. Di alam, ada dua jenis muatan: positif dan negatif. Dua benda yang muatannya berbeda tarik menarik, dan benda yang muatannya sama tolak menolak.

Muatan listrik memiliki satu sifat khusus: ketika muatan bergerak, selain gaya listrik, gaya lain muncul di antara muatan tersebut - gaya magnet.

Gaya magnet dan listrik berkaitan erat satu sama lain dan bekerja secara bersamaan. Dan karena kita paling sering berurusan dengan muatan yang bergerak, gaya yang bekerja di antara muatan-muatan tersebut tidak dapat dibedakan. Dan gaya-gaya ini disebut gaya elektromagnetik.

Bagaimana “muatan listrik” muncul, yang mungkin dimiliki atau tidak dimiliki suatu benda?

Semua benda terdiri dari molekul dan atom. Atom terdiri dari partikel yang lebih kecil lagi - inti atom dan elektron. Mereka, inti dan elektron, mempunyai muatan listrik tertentu. Inti mempunyai muatan positif dan elektron mempunyai muatan negatif.

Dalam kondisi normal, sebuah atom tidak memiliki muatan - ia netral, karena total muatan negatif elektron sama dengan muatan positif inti. Dan benda yang terdiri dari atom netral tersebut netral secara listrik. Praktis tidak ada gaya interaksi listrik antara benda-benda tersebut.

Tetapi dalam benda cair (atau padat) yang sama, atom-atom yang bertetangga terletak sangat dekat satu sama lain sehingga gaya interaksi antara muatan-muatan yang menyusunnya sangat signifikan.

Kekuatan interaksi antar atom bergantung pada jarak antar atom. Gaya interaksi antar atom mampu berubah arahnya ketika jarak antar atom berubah. Jika jarak antar atom sangat kecil, maka atom-atom tersebut akan saling tolak menolak. Tetapi jika jarak antara keduanya diperbesar, atom-atom mulai saling tarik menarik. Pada jarak tertentu antar atom, gaya interaksinya menjadi nol. Secara alami, pada jarak seperti itu atom-atom terletak relatif satu sama lain. Perhatikan bahwa jarak ini sangat kecil, dan kira-kira sama dengan ukuran atom itu sendiri.

situs web, ketika menyalin materi secara keseluruhan atau sebagian, diperlukan tautan ke sumbernya.

Bagian: Fisika

Tujuan Pembelajarannya adalah untuk memperluas materi program dengan topik: “Kekuatan di alam” dan meningkatkan keterampilan praktis dan kemampuan pemecahan masalah.

Tujuan pelajaran:

mengkonsolidasikan materi yang dipelajari,
untuk membentuk gagasan siswa tentang gaya-gaya secara umum dan tentang masing-masing gaya secara terpisah,
menerapkan rumus dengan kompeten dan membuat gambar dengan benar saat memecahkan masalah.

Pembelajaran disertai dengan presentasi multimedia.

Dengan paksa disebut besaran vektor, yang merupakan penyebab terjadinya gerak akibat interaksi benda-benda. Interaksi dapat berupa kontak, menyebabkan deformasi, atau non-kontak. Deformasi adalah perubahan bentuk suatu benda atau bagian-bagiannya sebagai akibat interaksi.

Dalam Satuan Sistem Internasional (SI), satuan gaya disebut newton (N). 1 N sama dengan gaya yang memberikan percepatan 1 m/s 2 pada benda acuan bermassa 1 kg searah dengan gaya tersebut. Alat untuk mengukur gaya adalah dinamometer.

Pengaruh gaya pada suatu benda bergantung pada:

Besarnya gaya yang diterapkan;
Paksa poin penerapan;
Arah aksi kekuatan.

Berdasarkan sifatnya, gaya adalah interaksi gravitasi, elektromagnetik, lemah dan kuat di tingkat medan. Gaya gravitasi meliputi gravitasi, berat badan, dan gravitasi. Gaya elektromagnetik meliputi gaya elastis dan gaya gesekan. Interaksi di tingkat lapangan meliputi gaya-gaya seperti: gaya Coulomb, gaya Ampere, gaya Lorentz.

Mari kita lihat kekuatan yang diusulkan.

Kekuatan gravitasi.

Gaya gravitasi ditentukan dari hukum Gravitasi Universal dan muncul atas dasar interaksi gravitasi benda, karena setiap benda bermassa memiliki medan gravitasi. Dua buah benda berinteraksi dengan gaya-gaya yang sama besar dan berlawanan arah, berbanding lurus dengan hasil kali massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat-pusatnya.

G = 6,67. 10 -11 - konstanta gravitasi yang ditentukan oleh Cavendish.

Salah satu wujud gaya gravitasi universal adalah gaya gravitasi, dan percepatan jatuh bebas dapat ditentukan dengan rumus:

Dimana: M adalah massa bumi, Rz adalah jari-jari bumi.

Soal: Tentukan gaya tarik menarik dua kapal yang masing-masing bermassa 10 7 kg dan terletak pada jarak 500 m satu sama lain.

Gaya gravitasi bergantung pada apa?
Bagaimana cara menuliskan rumus gaya gravitasi yang bekerja pada ketinggian h dari permukaan bumi?
Bagaimana konstanta gravitasi diukur?

Gravitasi.

Gaya yang digunakan Bumi untuk menarik semua benda ke dirinya disebut gravitasi. Dilambangkan dengan untai F, diterapkan pada pusat gravitasi, diarahkan secara radial menuju pusat bumi, ditentukan dengan rumus untai F = mg.

Dimana: m – berat badan; g – percepatan gravitasi (g=9,8m/s2).

Soal: gaya gravitasi di permukaan bumi adalah 10N. Berapakah nilainya pada ketinggian yang sama dengan jari-jari bumi (6,10 6 m)?

Dalam satuan apa koefisien g diukur?
Diketahui bahwa bumi tidak berbentuk bola. Itu diratakan di kutub. Akankah gaya gravitasi suatu benda di kutub dan di ekuator sama?
Bagaimana cara menentukan pusat gravitasi suatu benda yang bentuk geometrinya beraturan dan tidak beraturan?

Berat badan.

Gaya yang digunakan suatu benda pada tumpuan horizontal atau suspensi vertikal, akibat gravitasi, disebut berat. Ditunjuk - P, dipasang pada penyangga atau suspensi di bawah pusat gravitasi, diarahkan ke bawah.

Jika benda dalam keadaan diam, maka dapat dikatakan bahwa beratnya sama dengan gaya gravitasi dan ditentukan dengan rumus P = mg.

Jika suatu benda bergerak ke atas dengan percepatan, maka benda tersebut mengalami beban lebih. Berat ditentukan dengan rumus P = m(g + a).

Berat badan kira-kira dua kali modulus gravitasi (kelebihan beban ganda).

Jika suatu benda bergerak dengan percepatan ke bawah, maka benda tersebut dapat mengalami keadaan tanpa bobot pada detik-detik pertama pergerakannya. Berat ditentukan dengan rumus P = m(g - a).

Tugas: sebuah lift bermassa 80 kg bergerak:

Rata;

naik dengan percepatan 4,9 m/s 2 ke atas;
turun dengan percepatan yang sama.
tentukan berat elevator dalam ketiga kasus tersebut.

Apa bedanya berat dengan gravitasi?
Bagaimana menemukan titik penerapan beban?
Apa yang dimaksud dengan kelebihan beban dan keadaan tanpa bobot?

Gaya gesek.

Gaya yang timbul ketika suatu benda bergerak sepanjang permukaan benda lain, yang arahnya berlawanan dengan geraknya, disebut gaya gesekan.

Titik penerapan gaya gesekan di bawah pusat gravitasi, dalam arah yang berlawanan dengan gerakan sepanjang permukaan yang bersentuhan. Gaya gesek dibedakan menjadi gaya gesek statis, gaya gesek menggelinding, dan gaya gesek geser. Gaya gesekan statis adalah gaya yang menghalangi pergerakan suatu benda pada permukaan benda lain. Saat berjalan, gaya gesekan statis yang bekerja pada telapak kaki memberikan percepatan pada orang tersebut. Saat meluncur, ikatan antara atom-atom benda yang awalnya tidak bergerak terputus, dan gesekan berkurang. Gaya gesekan geser bergantung pada kecepatan relatif gerak benda yang bersentuhan. Gesekan menggelinding berkali-kali lebih kecil dibandingkan gesekan geser.

Gaya gesekan ditentukan dengan rumus:

Dimana: adalah koefisien gesekan, besaran tak berdimensi yang bergantung pada sifat perlakuan permukaan dan kombinasi bahan dari benda yang bersentuhan (gaya tarik-menarik atom individu dari berbagai zat sangat bergantung pada sifat listriknya);

N – gaya reaksi dukung adalah gaya elastis yang timbul di permukaan akibat pengaruh berat benda.

Untuk permukaan horizontal: F tr = µmg

Ketika benda padat bergerak dalam cairan atau gas, timbul gaya gesekan kental. Gaya gesekan viskos jauh lebih kecil dibandingkan gaya gesekan kering. Ia juga diarahkan ke arah yang berlawanan dengan kecepatan relatif benda. Dengan gesekan viskos tidak ada gesekan statis. Gaya gesekan viskos sangat bergantung pada kecepatan benda.

Soal: Sebuah tim anjing mulai menarik kereta luncur bermassa 100 kg yang berdiri di atas salju dengan gaya konstan 149 N. Dalam selang waktu berapa kereta luncur akan menempuh 200 m pertama lintasan jika koefisien gesekan geser pelari terhadap salju adalah 0,05?

Dalam kondisi apa gesekan terjadi?
Gaya gesekan geser bergantung pada apa?
Kapan gesekan “bermanfaat” dan kapan “berbahaya”?

Kekuatan elastis.

Ketika suatu benda mengalami deformasi, timbul gaya yang cenderung mengembalikan ukuran dan bentuk benda sebelumnya. Ini disebut gaya elastis.

Jenis deformasi yang paling sederhana adalah deformasi tarik atau tekan.

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

Hubungan ini mengungkapkan hukum Hooke yang ditetapkan secara eksperimental: gaya elastis berbanding lurus dengan perubahan panjang benda.

Dimana: k adalah koefisien kekakuan benda, diukur dalam newton per meter (N/m). Koefisien kekakuan tergantung pada bentuk dan ukuran benda, serta bahannya.

Dalam fisika, hukum Hooke untuk deformasi tarik atau tekan biasanya ditulis dalam bentuk lain:

Dimana: – deformasi relatif; E adalah modulus Young, yang hanya bergantung pada sifat material dan tidak bergantung pada ukuran dan bentuk benda. Untuk bahan yang berbeda, modulus Young sangat bervariasi. Untuk baja, misalnya, E2·10 11 N/m 2 , dan untuk karet E2·10 6 N/m 2 ; – tekanan mekanis.

Pada deformasi lentur F kendali = - mg dan F kendali = - Kx.

Oleh karena itu, kita dapat mencari koefisien kekakuan:

Pegas spiral sering digunakan dalam teknologi. Ketika pegas diregangkan atau dikompresi, timbul gaya elastis, yang juga mematuhi hukum Hooke, dan terjadi deformasi puntir dan tekuk.

Tugas: Pegas pistol anak-anak ditekan sebesar 3 cm Tentukan gaya elastis yang dihasilkan jika kekakuan pegas 700 N/m.

Apa yang menentukan kekakuan benda?
Jelaskan penyebab terjadinya gaya elastis?
Apa yang menentukan besarnya gaya elastis?

4. Gaya resultan.

Gaya resultan adalah gaya yang menggantikan aksi beberapa gaya. Gaya ini digunakan untuk menyelesaikan masalah yang melibatkan banyak gaya.

Tubuh dipengaruhi oleh gravitasi dan gaya reaksi tanah. Gaya resultan, dalam hal ini, ditemukan menurut aturan jajaran genjang dan ditentukan oleh rumus

Berdasarkan definisi resultan, kita dapat menafsirkan hukum kedua Newton sebagai: resultan gaya sama dengan hasil kali percepatan suatu benda dan massanya.

Resultan dua gaya yang bekerja sepanjang satu garis lurus dalam satu arah sama dengan jumlah modul gaya-gaya tersebut dan diarahkan ke arah kerja gaya-gaya tersebut. Jika gaya-gaya bekerja sepanjang satu garis lurus, tetapi arahnya berbeda, maka resultan gaya sama dengan selisih modulus gaya-gaya yang bekerja dan diarahkan ke arah gaya yang lebih besar.

Soal: sebuah bidang miring yang membentuk sudut 30° mempunyai panjang 25 m. sebuah benda, yang bergerak dengan percepatan beraturan, tergelincir dari bidang ini dalam waktu 2 s. Tentukan koefisien gesekan.

Kekuatan Archimedes.

Gaya Archimedes merupakan gaya apung yang terjadi pada zat cair atau gas dan bekerja berlawanan dengan gaya gravitasi.

Hukum Archimedes: suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair atau gas akan mengalami gaya apung sebesar berat zat cair yang dipindahkan.

Dimana: – massa jenis zat cair atau gas; V adalah volume bagian tubuh yang terendam; g – percepatan jatuh bebas.

Soal: Sebuah bola besi cor dengan volume 1 dm 3 diturunkan ke dalam cairan. Bobotnya berkurang 8,9N. Jenis cairan apa yang terdapat pada bola tersebut?

Bagaimana kondisi terapung bagi benda?
Apakah gaya Archimedes bergantung pada massa jenis benda yang direndam dalam zat cair?
Bagaimana arah gaya Archimedes?

Gaya sentrifugal.

Gaya sentrifugal terjadi ketika bergerak melingkar dan diarahkan secara radial dari pusat.

Dimana: v – kecepatan linier; r adalah jari-jari lingkaran.

gaya Coulomb.

Dalam mekanika Newton konsep massa gravitasi digunakan, demikian pula dalam elektrodinamika konsep utamanya adalah muatan listrik.Muatan listrik adalah besaran fisika yang mencirikan sifat partikel atau benda untuk masuk ke dalam interaksi gaya elektromagnetik. Muatan berinteraksi dengan gaya Coulomb.

Dimana: q 1 dan q 2 – muatan yang berinteraksi, diukur dalam C (Coulomb);

r – jarak antar muatan; k – koefisien proporsionalitas.

k=9 . 10 9 (N . m 2)/Cl 2

Seringkali ditulis dalam bentuk: , dimana konstanta listrik sama dengan 8,85 . 10 12 Kl 2 /(N . m 2).

Gaya interaksi mematuhi hukum ketiga Newton: F 1 = - F 2. Mereka adalah gaya tolak menolak dengan tanda muatan yang sama dan gaya tarik menarik dengan tanda berbeda.

Jika suatu benda bermuatan berinteraksi secara bersamaan dengan beberapa benda bermuatan, maka gaya yang dihasilkan yang bekerja pada suatu benda sama dengan jumlah vektor gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut dari semua benda bermuatan lainnya.

Soal: Gaya interaksi antara dua muatan titik identik yang terletak pada jarak 0,5 m sama dengan 3,6 N. Temukan nilai muatan ini?

Mengapa kedua benda yang bergesekan menjadi bermuatan selama elektrifikasi akibat gesekan?
Apakah massa suatu benda tetap tidak berubah ketika dialiri arus listrik?
Apa arti fisis dari koefisien proporsionalitas dalam hukum Coulomb?

kekuatan Ampere.

Sebuah konduktor pembawa arus dalam medan magnet dikenai gaya Ampere.

Dimana: I – kuat arus pada konduktor; B – induksi magnet; l adalah panjang konduktor; – sudut antara arah konduktor dan arah vektor induksi magnet.

Arah gaya ini dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri.

Jika tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga garis-garis induksi magnet masuk ke telapak tangan, keempat jari yang terulur diarahkan sepanjang aksi gaya arus, kemudian ibu jari yang ditekuk menunjukkan arah gaya Ampere.

Tugas: menentukan arah arus pada suatu penghantar yang terletak pada medan magnet jika gaya yang bekerja pada penghantar tersebut mempunyai arah

Pada kondisi apa timbul gaya Ampere?
Bagaimana cara menentukan arah kerja gaya Ampere?
Bagaimana cara menentukan arah garis induksi magnet?

gaya Lorentz.

Gaya yang ditimbulkan oleh medan elektromagnetik pada benda bermuatan apa pun yang terletak di dalamnya disebut gaya Lorentz.

Dimana: q – nilai biaya; v adalah kecepatan pergerakan partikel bermuatan; B – induksi magnet; – sudut antara kecepatan dan vektor induksi magnet.

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri.

Soal: dalam medan magnet seragam yang induksinya 2 T, sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 10 5 m/s tegak lurus garis induksi magnet. Hitung gaya yang bekerja pada elektron.

Berapakah gaya Lorentz?
Apa syarat adanya gaya Lorentz?
Bagaimana cara menentukan arah gaya Lorentz?

Di akhir pembelajaran, siswa diberi kesempatan untuk mengisi tabel.

Nama kekuatan	Rumus	Menggambar	Poin aplikasi	Arah tindakan
Gravitasi
Gravitasi
Berat
Gaya gesek
Kekuatan elastis
kekuatan Archimedes
Kekuatan yang dihasilkan
Gaya sentrifugal
gaya Coulomb
kekuatan Ampere
gaya Lorentz

Literatur:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky “Ujian Negara Bersatu 2009”
IV Krivchenko “Fisika – 7”
VA Kasyanov “Fisika. Tingkat profil"

« Fisika - kelas 10"

Pada Bab 2, kita memperkenalkan konsep gaya sebagai ukuran kuantitatif aksi suatu benda terhadap benda lain.
Dalam bab ini kita akan melihat gaya-gaya apa saja yang dipertimbangkan dalam mekanika dan bagaimana nilainya ditentukan.

Apakah ada banyak jenis kekuatan di alam?
Buatlah daftar kekuatan-kekuatan yang Anda ketahui.
Sifat apa yang mereka miliki - gravitasi atau elektromagnetik?

Pada pandangan pertama, tampaknya kita telah melakukan tugas yang mustahil dan tidak dapat diselesaikan: jumlah benda yang tak terhingga jumlahnya di Bumi dan di luarnya.
Mereka berinteraksi dengan cara yang berbeda.

Kekuatan nuklir bertindak antar partikel dalam inti atom dan menentukan sifat-sifat inti.

Jangkauan kekuatan nuklir sangat terbatas.

Mereka hanya terlihat di dalam inti atom (yaitu pada jarak sekitar 10 -15 m).
Sudah pada jarak antar partikel sekitar 10 -13 m (seribu kali lebih kecil dari ukuran atom - 10 -10 m), mereka tidak muncul sama sekali.

Interaksi yang lemah menyebabkan transformasi timbal balik partikel elementer, menentukan peluruhan radioaktif inti, reaksi fusi termonuklir.

Mereka muncul pada jarak yang lebih kecil lagi, sekitar 10 -17 m.

Kekuatan nuklir adalah yang paling kuat di alam.

Jika intensitas gaya nuklir dianggap satu, maka intensitas gaya elektromagnetik adalah 10 -2, gaya gravitasi - 10-40, interaksi lemah - 10 -16.

Interaksi kuat (nuklir) dan interaksi lemah terwujud pada jarak yang begitu kecil sehingga hukum mekanika Newton, dan konsep gaya mekanik, menjadi tidak bermakna.

Intensitas interaksi kuat dan lemah diukur dalam satuan energi (dalam elektron volt), dan bukan dalam satuan gaya, dan oleh karena itu penerapan istilah "gaya" pada interaksi tersebut dijelaskan oleh tradisi berabad-abad dalam menjelaskan semua fenomena. di dunia sekitarnya melalui aksi “kekuatan” yang merupakan karakteristik dari setiap fenomena.

Dalam mekanika kita hanya akan membahas interaksi gravitasi dan elektromagnetik.

Kekuatan dalam mekanika.

Dalam mekanika, kita biasanya berurusan dengan tiga jenis gaya - gaya gravitasi, gaya elastis, dan gaya gesekan.

Sumber: “Fisika - kelas 10”, 2014, buku teks Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Dinamika - Fisika, buku teks untuk kelas 10 - Fisika keren

Institusi pendidikan kota, sekolah menengah Dmitrievskaya

Pelajaran Fisika kelas 11 dengan topik: "Gaya di Alam"

Kolupaev Vladimir Grigorievich

Guru fisika

2015

Tujuan Pembelajarannya adalah untuk memperluas materi program dengan topik: “Kekuatan di alam” dan meningkatkan keterampilan dan kemampuan praktis dalam menyelesaikan soal-soal Ujian Negara Bersatu.

Tujuan pelajaran:

mengkonsolidasikan materi yang dipelajari,

untuk membentuk gagasan siswa tentang gaya-gaya secara umum dan tentang masing-masing gaya secara terpisah,

menerapkan rumus dengan kompeten dan membuat gambar dengan benar saat memecahkan masalah.

Pembelajaran disertai dengan presentasi multimedia.

SAYA. Dengan paksa disebut besaran vektor, yang merupakan penyebab terjadinya gerak akibat interaksi benda-benda. Interaksi dapat berupa kontak, menyebabkan deformasi, atau non-kontak. Deformasi adalah perubahan bentuk suatu benda atau bagian-bagiannya sebagai akibat interaksi.

Dalam Satuan Sistem Internasional (SI), satuan gaya disebut newton(N). 1 N sama dengan gaya yang memberikan percepatan 1 m/s 2 pada benda acuan bermassa 1 kg searah dengan gaya tersebut. Alat untuk mengukur gaya adalah dinamometer.

Pengaruh gaya pada suatu benda bergantung pada:

Besarnya gaya yang diterapkan;

Paksa poin penerapan;

Arah aksi kekuatan.

Mari kita lihat kekuatan yang diusulkan.

Kekuatan gravitasi.

G = 6,67. 10 -11 - konstanta gravitasi yang ditentukan oleh Cavendish.

Gambar.1

Salah satu wujud gaya gravitasi universal adalah gaya gravitasi, dan percepatan jatuh bebas dapat ditentukan dengan rumus:

Dimana: M adalah massa bumi, Rz adalah jari-jari bumi.

Gravitasi.

Dimana: m – berat badan; g – percepatan gravitasi (g=9,8m/s2).

Berat badan.

Gambar.2

Jika benda dalam keadaan diam, maka dapat dikatakan bahwa beratnya sama dengan gaya gravitasi dan ditentukan dengan rumus P = mg.

Jika suatu benda bergerak ke atas dengan percepatan, maka benda tersebut mengalami beban lebih. Berat ditentukan dengan rumus P = m(g + a).

Gambar.3

Berat badan kira-kira dua kali modulus gravitasi (kelebihan beban ganda).

Jika suatu benda bergerak dengan percepatan ke bawah, maka benda tersebut dapat mengalami keadaan tanpa bobot pada detik-detik pertama pergerakannya. Berat ditentukan dengan rumus P = m(g - a).

Beras. 4

Gaya gesek.

Gaya yang timbul ketika suatu benda bergerak sepanjang permukaan benda lain, yang arahnya berlawanan dengan geraknya, disebut gaya gesekan.

Gambar.5

Gambar.6

Gaya gesekan ditentukan dengan rumus:

F = μN

N – gaya reaksi dukung adalah gaya elastis yang timbul di permukaan akibat pengaruh berat benda.

Untuk permukaan horizontal: F tr = µmg

Kekuatan elastis.

Ketika suatu benda mengalami deformasi, timbul gaya yang cenderung mengembalikan ukuran dan bentuk benda sebelumnya. Ini disebut gaya elastis.

Jenis deformasi yang paling sederhana adalah deformasi tarik atau tekan.

Beras. 7

Hubungan ini mengungkapkan hukum Hooke yang ditetapkan secara eksperimental: gaya elastis berbanding lurus dengan perubahan panjang benda.

Dimana: k adalah koefisien kekakuan benda, diukur dalam newton per meter (N/m). Koefisien kekakuan tergantung pada bentuk dan ukuran benda, serta bahannya.

Dalam fisika, hukum Hooke untuk deformasi tarik atau tekan biasanya ditulis dalam bentuk lain:

Pada deformasi lentur F kendali = - mg dan F kendali = - Kx.

Gambar.8

Oleh karena itu, kita dapat mencari koefisien kekakuan:

k =

Pegas spiral sering digunakan dalam teknologi. Ketika pegas diregangkan atau dikompresi, timbul gaya elastis, yang juga mematuhi hukum Hooke, dan terjadi deformasi puntir dan tekuk.

Beras. 9

4. Gaya resultan.

Gaya resultan adalah gaya yang menggantikan aksi beberapa gaya. Gaya ini digunakan untuk menyelesaikan masalah yang melibatkan banyak gaya.

Gambar 10

Tubuh dipengaruhi oleh gravitasi dan gaya reaksi tanah. Gaya resultan, dalam hal ini, ditemukan menurut aturan jajaran genjang dan ditentukan oleh rumus

Berdasarkan definisi resultan, kita dapat menafsirkan hukum kedua Newton sebagai: resultan gaya sama dengan hasil kali percepatan suatu benda dan massanya.

R = bu

Kekuatan Archimedes.

Gaya Archimedes merupakan gaya apung yang terjadi pada zat cair atau gas dan bekerja berlawanan dengan gaya gravitasi.

Hukum Archimedes: suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair atau gas akan mengalami gaya apung sebesar berat zat cair yang dipindahkan.

FA = mg =Vg

Dimana: – massa jenis zat cair atau gas; V adalah volume bagian tubuh yang terendam; g – percepatan jatuh bebas.

Gambar 11

Gaya sentrifugal.

Gaya sentrifugal terjadi ketika bergerak melingkar dan diarahkan secara radial dari pusat.

Dimana: v – kecepatan linier; r adalah jari-jari lingkaran.

Gambar 12

gaya Coulomb.

Dimana: q 1 dan q 2 – muatan yang berinteraksi, diukur dalam C (Coulomb);

r – jarak antar muatan; k – koefisien proporsionalitas.

k=9 . 10 9 (N . m 2)/Cl 2

Seringkali ditulis dalam bentuk: , dimana konstanta listrik sama dengan 8,85 . 10 12 Kl 2 /(N . m 2).

Gambar 13

Gaya interaksi mematuhi hukum ketiga Newton: F 1 = - F 2. Mereka adalah gaya tolak menolak dengan tanda muatan yang sama dan gaya tarik menarik dengan tanda berbeda.

Gambar 14

kekuatan Ampere.

Sebuah konduktor pembawa arus dalam medan magnet dikenai gaya Ampere.

FA = IBlsin

Dimana: I – kuat arus pada konduktor; B – induksi magnet; l adalah panjang konduktor; – sudut antara arah konduktor dan arah vektor induksi magnet.

Arah gaya ini dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri.

Beras. 15

gaya Lorentz.

Gaya yang ditimbulkan oleh medan elektromagnetik pada benda bermuatan apa pun yang terletak di dalamnya disebut gaya Lorentz.

F = qvBsin

Beras. 16

Dimana: q – nilai biaya; v adalah kecepatan pergerakan partikel bermuatan; B – induksi magnet; – sudut antara kecepatan dan vektor induksi magnet.

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri.

Di akhir pembelajaran, siswa diberi kesempatan untuk mengisi tabel.

Melihat sebuah fragmen (model interaktif dalam fisika)

II. Menyelesaikan tugas Ujian Negara Bersatu

1. Dua planet dengan massa yang sama berputar dalam orbit melingkar mengelilingi sebuah bintang. Yang pertama, gaya tarik-menarik ke bintang 4 kali lebih besar dibandingkan yang kedua. Berapa perbandingan jari-jari orbit planet pertama dan kedua?

1)
2)
3)
4)

Larutan.
Menurut hukum gravitasi universal, gaya tarik menarik suatu planet terhadap bintang berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari orbit. Jadi, karena persamaan massa planet (), rasio gaya tarik-menarik bintang planet pertama dan kedua berbanding terbalik dengan rasio kuadrat jari-jari orbit:

Menurut kondisi tersebut, gaya tarik menarik planet pertama ke bintang adalah 4 kali lebih besar dibandingkan planet kedua: yang berarti

2. Selama pertunjukan, pesenam mendorong batu loncatan (tahap 1), melakukan jungkir balik di udara (tahap 2) dan mendarat dengan kakinya (tahap 3). Pada tahap gerakan manakah seorang pesenam dapat mengalami keadaan hampir tanpa bobot?

1) hanya pada tahap 2
2) hanya pada tahap 1 dan 2
3) pada tahap 1, 2 dan 3
4) tidak satu pun dari tahapan di atas

Larutan.
Berat adalah gaya yang digunakan tubuh untuk menekan suatu penyangga atau meregangkan suspensi. Keadaan tanpa bobot adalah benda tidak mempunyai berat, sedangkan gaya gravitasi tidak hilang kemana-mana. Saat pesenam mendorong papan loncatan, dia memberikan tekanan padanya. Ketika seorang pesenam mendarat, dia menekan tanah. Batu loncatan dan tanah berfungsi sebagai penopang, sehingga pada tahap 1 dan 3 tidak berada dalam keadaan hampir tanpa bobot. Sebaliknya, selama penerbangan (tahap 2) pesenam tidak mendapat dukungan jika hambatan udara diabaikan. Karena tidak ada penyangga maka tidak ada beban, artinya pesenam benar-benar mengalami keadaan mendekati tanpa bobot.

3. Tubuh digantung pada dua benang dan berada dalam keadaan seimbang. Sudut antara benang sama dengan , dan gaya tegangan benang sama dengan 3 N dan 4 H. Berapakah gaya gravitasi yang bekerja pada benda?

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

Larutan.
Secara total, tiga gaya bekerja pada benda: gravitasi dan gaya tegangan dua benang. Karena benda berada dalam keadaan setimbang, maka resultan ketiga gaya harus sama dengan nol, yang berarti modulus gravitasi sama dengan

Jawaban yang benar: 2.

4. Gambar tersebut menunjukkan tiga vektor gaya yang terletak pada bidang yang sama dan diterapkan pada satu titik.

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

Larutan.
Dari gambar tersebut terlihat bahwa resultan gaya-gaya tersebut berimpit dengan vektor gaya, sehingga modulus resultan ketiga gaya tersebut adalah sama.

Dengan menggunakan skala gambar, kami menemukan jawaban akhir

Jawaban yang benar: 3.

5. Bagaimana sebuah titik material bergerak ketika jumlah semua gaya yang bekerja padanya sama dengan nol? Pernyataan mana yang benar?

1) kecepatan suatu titik material harus nol
2) kecepatan suatu titik material berkurang seiring waktu
3) kecepatan suatu titik material adalah konstan dan tidak boleh sama dengan nol
4) kecepatan suatu titik material bisa berapa saja, tetapi harus konstan terhadap waktu

Larutan.
Menurut hukum kedua Newton, dalam kerangka acuan inersia, percepatan suatu benda sebanding dengan resultan semua gaya. Karena menurut syarat, jumlah semua gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka percepatan benda juga sama dengan nol, artinya kecepatan benda dapat berapa saja, tetapi harus konstan terhadap waktu. .
Jawaban yang benar: 4.

6. Sebuah balok bermassa 5 kg yang bergerak pada permukaan mendatar dikenai gaya gesek geser sebesar 20 N. Berapa besar gaya gesek geser setelah massa benda dikurangi 2 kali lipat, jika koefisien geseknya sama? tidak berubah?

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

Larutan.
Gaya gesekan geser berhubungan dengan koefisien gesekan dan gaya reaksi tumpuan dengan perbandingan . Untuk balok yang bergerak pada permukaan mendatar, menurut hukum kedua Newton, .

Jadi, gaya gesekan geser sebanding dengan hasil kali koefisien gesekan dan massa balok. Jika koefisien gesekan tidak berubah, maka setelah berat benda dikurangi 2 kali lipat, gaya gesek geser juga akan berkurang 2 kali lipat dan akan sama dengan

Jawaban yang benar: 2.

AKU AKU AKU. Kesimpulannya, evaluasi.

IV. D/z:

Gambar tersebut menunjukkan tiga vektor gaya yang terletak pada bidang yang sama dan diterapkan pada satu titik.

Skala gambar tersebut sedemikian rupa sehingga sisi salah satu kotaknya mempunyai modulus gaya sebesar 1 H. Tentukan modulus vektor resultan ketiga vektor gaya tersebut.

Grafik menunjukkan ketergantungan gravitasi pada massa benda suatu planet.

Berapa percepatan gravitasi di planet ini?

Sumber daya internet: 1.

Literatur:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky “Ujian Negara Bersatu 2009”

VA Kasyanov “Fisika. Tingkat profil"

Populer di kategori: