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Forze in natura. Forze gravitazionali - Ipermercato della conoscenza

Fino ad ora è stato utilizzato il concetto generale di forza e la questione di cosa siano le forze e cosa siano non è stata presa in considerazione. Nonostante la varietà delle forze incontrate in natura, tutte possono essere ridotte a quattro tipi di forze fondamentali: 1) gravitazionale; 2) elettromagnetico; 3) nucleare; 4) debole.

Forze gravitazionali verificarsi tra corpi qualsiasi. La loro azione deve essere presa in considerazione solo nel mondo dei grandi corpi.

Forze elettromagnetiche agiscono sia sulle cariche stazionarie che in movimento. Poiché la materia è costituita da atomi, che a loro volta sono costituiti da elettroni e protoni, la maggior parte delle forze che incontriamo nella vita sono forze elettromagnetiche. Sono, ad esempio, le forze elastiche derivanti dalla deformazione dei corpi, le forze di attrito.

Nucleare e debole le forze si manifestano a distanze non superiori a m, quindi queste forze sono avvertibili solo nel microcosmo. Tutta la fisica classica, e con essa il concetto di forza, sono inapplicabili alle particelle elementari. È impossibile caratterizzare esattamente l'interazione di queste particelle con l'aiuto delle forze. Qui la descrizione energetica diventa l'unica possibile. Tuttavia anche nella fisica atomica si parla spesso di forze. In questo caso, il termine forza diventa sinonimo di interazione.

Quindi, nella scienza moderna, la parola forzaè usato in due sensi: primo, nel senso meccanico forza– misura quantitativa precisa dell'interazione; in secondo luogo, forza significa la presenza di un'interazione di un certo tipo, la cui esatta misura quantitativa può essere solo energia.

In meccanica si considerano tre tipi di forze: gravitazionale, elastica e di attrito. Soffermiamoci brevemente su di loro.

1. Forze gravitazionali. Tutti i corpi in natura sono attratti l'uno dall'altro. Queste forze sono chiamate gravitazionali. Newton stabilì una legge chiamata legge di gravità: le forze con cui vengono attratti i punti materiali sono proporzionali al prodotto delle loro masse, inversamente proporzionali al quadrato della distanza tra loro e dirette lungo la retta che li congiunge, cioè

, (2.16)

Dove M E T– masse di corpi; Rè la distanza tra i corpi;  è la costante gravitazionale. Il segno “” indica che si tratta di una forza attrattiva.

Dalla formula (2.16) segue che per T = M= 1kg e R= 1 metro,  = F, cioè. la costante gravitazionale è uguale al modulo della forza di attrazione dei punti materiali di un'unità di massa situati ad una distanza unitaria l'uno dall'altro. La prima prova sperimentale della legge di gravitazione universale fu effettuata da Cavendish. Riuscì a determinare il valore della costante gravitazionale:
. Un valore molto piccolo di  indica che la forza di interazione gravitazionale è significativa solo nel caso di corpi con grandi masse.

2. forze elastiche. Con le deformazioni elastiche si formano forze elastiche. Secondo La legge di Hooke, modulo di forza elastica
proporzionale alla quantità di deformazione X, cioè.

, (2.17)

Dove K coefficiente di elasticità. Il segno “” definisce il fatto che la direzione della forza e della deformazione sono opposte.

3. Forze di attrito. Quando si muovono corpi in contatto o le loro parti l'uno rispetto all'altro, forze di attrito. Esistono attriti interni (viscosi) ed esterni (secchi).

Attrito viscoso chiamato attrito tra un corpo solido e un mezzo liquido o gassoso, nonché tra gli strati di tale mezzo.

attrito esterno chiamato il fenomeno del verificarsi nel punto di contatto di corpi solidi contigui di forze che impediscono il loro movimento reciproco. Se i corpi in contatto sono immobili, tra loro si forma una forza quando cercano di spostare un corpo rispetto all'altro. È chiamato forza di attrito statico. La forza di attrito statico non è una quantità definita in modo univoco. Varia da zero al valore massimo della forza applicata parallelamente al piano di contatto, in corrispondenza del quale il corpo inizia a muoversi (Fig. 2.3).

Di solito, la forza di attrito statico è chiamata forza di attrito massimo. Modulo della forza di attrito statico
è proporzionale al modulo della forza di pressione normale, che, secondo la terza legge di Newton, è uguale al modulo della forza di reazione del supporto N, cioè.
, Dove
 coefficiente di attrito statico.

Quando un corpo si muove sulla superficie di un altro corpo, forza di attrito radente. È stato stabilito che il modulo della forza di attrito radente
è anche proporzionale al modulo della forza di pressione normale N

, (2.19)

dove  è il coefficiente di attrito radente. L'ho deciso
, tuttavia, nella risoluzione di molti problemi sono considerati uguali.

Quando si risolvono i problemi, vengono presi in considerazione i seguenti tipi di forze:

1. Gravità
- la forza con cui agisce sul corpo il campo gravitazionale della Terra (tale forza è applicata al centro di massa del corpo).

2. Peso corporeo - la forza con cui un corpo agisce su un supporto orizzontale o su un filo che lo impedisce alla caduta libera (forza di natura elastica). Una forza viene applicata ad un supporto (filo). In un sistema di riferimento inerziale
.

3. Supporta la forza di reazione - la forza con cui la superficie del supporto agisce sul corpo (la forza dell'elasticità in natura). forza applicata al corpo dal lato del supporto e perpendicolare alla superficie di contatto.

4. Forza di tensione del filo - la forza con cui il filo agisce su un corpo sospeso al filo. La forza viene applicata al corpo e diretta verso l'alto lungo il filo.

5. Forza di attrito
.

La ragione del cambiamento di movimento: l'apparenza dell'accelerazione nei corpi è una forza. Le forze sorgono quando i corpi interagiscono tra loro. Ma quali tipi di interazioni esistono e quante?

A prima vista, può sembrare che esistano molti tipi diversi di influenze reciproche dei corpi e, di conseguenza, esistono molti tipi diversi di forze. L'accelerazione può essere impartita al corpo spingendolo o tirandolo con la mano; una nave naviga con accelerazione quando soffia un vento favorevole; qualsiasi corpo che cade sulla Terra si muove con accelerazione; tirando e rilasciando la corda dell'arco, diamo accelerazione alla freccia. In tutti i casi considerati ci sono forze in gioco e sembrano tutte molto diverse. E ci sono anche altre forze. Tutti conoscono l'esistenza delle forze elettriche e magnetiche, la forza delle maree e dei riflussi, la forza dei terremoti e degli uragani.

Ma esistono davvero così tante forze diverse in natura?

Se parliamo del movimento meccanico dei corpi, qui incontriamo solo tre tipi di forze: la forza di gravità, la forza di elasticità e la forza di attrito. Tutte le forze discusse sopra si riducono a loro. Le forze di elasticità, gravitazione e attrito sono una manifestazione delle forze di gravitazione universale e delle forze elettromagnetiche della natura. Si scopre che in natura esistono solo due di queste forze.

forze elettromagnetiche. Tra i corpi elettrizzati agisce una forza speciale, chiamata forza elettrica, che può essere sia una forza attrattiva che una forza repulsiva. In natura esistono due tipi di cariche: positive e negative. Due corpi con cariche diverse si attraggono, mentre corpi con le stesse cariche si respingono.

Le cariche elettriche hanno una proprietà speciale: quando le cariche si muovono, oltre alla forza elettrica, tra loro si forma un'altra forza: la forza magnetica.

Le forze magnetiche ed elettriche sono strettamente correlate tra loro e agiscono contemporaneamente. E poiché molto spesso abbiamo a che fare con cariche in movimento, non è possibile distinguere le forze che agiscono tra loro. E queste forze sono chiamate forze elettromagnetiche.

Come nasce una “carica elettrica” che un corpo può avere o meno?

Tutti i corpi sono costituiti da molecole e atomi. Gli atomi sono costituiti da particelle ancora più piccole: il nucleo atomico e gli elettroni. Loro, nuclei ed elettroni, hanno determinate cariche elettriche. Il nucleo ha una carica positiva e gli elettroni hanno una carica negativa.

In condizioni normali, un atomo non ha carica: è neutro, perché la carica negativa totale degli elettroni è uguale alla carica positiva del nucleo. E i corpi composti da tali atomi neutri sono elettricamente neutri. Non ci sono praticamente forze elettriche di interazione tra tali corpi.

Ma nello stesso corpo liquido (o solido), gli atomi vicini sono così vicini tra loro che le forze di interazione tra le cariche di cui sono composti sono molto significative.

Le forze di interazione degli atomi dipendono dalle distanze tra loro. Le forze di interazione tra gli atomi sono in grado di cambiare direzione quando cambia la distanza tra loro. Se la distanza tra gli atomi è molto piccola, si respingono a vicenda. Ma se la distanza tra loro aumenta, gli atomi iniziano ad attrarsi. Ad una certa distanza tra gli atomi, le forze della loro interazione diventano pari a zero. Naturalmente, a tali distanze gli atomi e si trovano l'uno rispetto all'altro. Si noti che queste distanze sono molto piccole e sono approssimativamente uguali alla dimensione degli atomi stessi.

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Sezioni: Fisica

scopo La lezione consiste nell'espandere il materiale del programma sull'argomento: "Forze in natura" e migliorare le abilità e le abilità pratiche nella risoluzione dei problemi.

Obiettivi della lezione:

rafforzare il materiale appreso,
formare le idee degli studenti sulle forze in generale e su ciascuna forza separatamente,
applicare correttamente le formule e costruire correttamente i disegni durante la risoluzione dei problemi.

La lezione è accompagnata da una presentazione multimediale.

Con la forza chiamata quantità vettoriale, che è la causa di qualsiasi movimento come conseguenza delle interazioni dei corpi. Le interazioni sono contatto, causa di deformazione e non contatto. La deformazione è un cambiamento nella forma di un corpo o delle sue singole parti a seguito dell'interazione.

Nel Sistema Internazionale di Unità (SI), si chiama l'unità di forza newtone (H). 1 N è uguale alla forza che imprime un'accelerazione di 1 m/s 2 ad un corpo di riferimento di massa 1 kg nella direzione della forza. Un dispositivo per misurare la forza è un dinamometro.

La forza che agisce su un corpo dipende da:

L'entità della forza applicata;
Punti di applicazione della forza;
Direzioni della forza.

Per loro natura, le forze sono interazioni gravitazionali, elettromagnetiche, deboli e forti a livello di campo. Le forze gravitazionali comprendono la forza di gravità, il peso di un corpo e la forza di gravità. Le forze elettromagnetiche comprendono la forza di elasticità e la forza di attrito. Le interazioni a livello di campo includono forze come: la forza di Coulomb, la forza di Ampère, la forza di Lorentz.

Considera le forze proposte.

Forza di gravità.

La forza di gravità è determinata dalla legge di gravitazione universale e nasce sulla base delle interazioni gravitazionali dei corpi, poiché qualsiasi corpo dotato di massa ha un campo gravitazionale. Due corpi interagiscono con forze uguali in grandezza e dirette in modo opposto, direttamente proporzionali al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionali al quadrato della distanza tra i loro centri.

Sol = 6,67. 10 -11 - costante gravitazionale, determinata da Cavendish.

Una delle manifestazioni della forza di gravitazione universale è la forza di gravità e l'accelerazione della caduta libera può essere determinata dalla formula:

Dove: M è la massa della Terra, R z è il raggio della Terra.

Compito: determinare la forza con cui due navi del peso di 10 7 kg ciascuna sono attratte l'una dall'altra, situate a una distanza di 500 m l'una dall'altra.

Da cosa dipende la forza di gravità?
Come è la formula della forza gravitazionale che agisce ad un'altezza h dalla superficie terrestre?
Come è stata misurata la costante gravitazionale?

Gravità.

La forza con cui la Terra attira a sé tutti i corpi si chiama gravità. Denotato - Filo F, attaccato al centro di gravità, diretto lungo il raggio fino al centro della Terra, determinato dalla formula F filo = mg.

Dove: m - peso corporeo; g - accelerazione di caduta libera (g \u003d 9,8 m / s 2).

Problema: La forza di gravità sulla superficie della Terra è 10N. A quanto sarà uguale ad un'altezza pari al raggio della Terra (6,10 6 m)?

In quali unità viene misurato il coefficiente g?
Sappiamo che la terra non è una sfera. È appiattito ai poli. La gravità dello stesso corpo sarà la stessa al polo e all'equatore?
Come determinare il baricentro di un corpo di forme geometriche regolari e irregolari?

Peso corporeo.

La forza con cui un corpo agisce su un supporto orizzontale o su una sospensione verticale, a causa della gravità, si chiama peso. Designato - P, attaccato a un supporto o sospensione sotto il baricentro, diretto verso il basso.

Se il corpo è a riposo, si può sostenere che il peso è uguale alla forza di gravità ed è determinato dalla formula P = mg.

Se il corpo si muove con accelerazione verso l'alto, il corpo sperimenta un sovraccarico. Il peso è determinato dalla formula P \u003d m (g + a).

Il peso corporeo è circa il doppio del modulo di gravità (doppio sovraccarico).

Se il corpo si muove con un'accelerazione verso il basso, il corpo potrebbe sperimentare l'assenza di gravità nei primi secondi di movimento. Il peso è determinato dalla formula P \u003d m (g - a).

Compito: un ascensore di 80 kg si muove:

In modo uniforme;

sale con un'accelerazione di 4,9 m / s 2 verso l'alto;
scende con la stessa accelerazione.
determinare il peso del sollevatore in tutti e tre i casi.

In che modo il peso è diverso dalla gravità?
Come trovare il punto di applicazione del peso?
Cos'è il sovraccarico e l'assenza di gravità?

Forza di attrito.

La forza derivante dal movimento di un corpo sulla superficie di un altro, diretta nella direzione opposta al movimento, è chiamata forza di attrito.

Il punto di applicazione della forza di attrito sotto il baricentro, nella direzione opposta al movimento lungo le superfici di contatto. La forza di attrito è divisa in forza di attrito statico, forza di attrito volvente e forza di attrito radente. La forza di attrito statico è la forza che impedisce il movimento di un corpo sulla superficie di un altro. Quando si cammina, la forza di attrito statico che agisce sulla suola imprime alla persona un'accelerazione. Durante lo scorrimento, i legami tra gli atomi dei corpi inizialmente immobili si rompono, l'attrito diminuisce. La forza di attrito radente dipende dalla velocità relativa dei corpi in contatto. L'attrito volvente è molte volte inferiore all'attrito radente.

La forza di attrito è determinata dalla formula:

Dove: µ è il coefficiente di attrito, un valore adimensionale, dipende dalla natura del trattamento superficiale e dalla combinazione dei materiali dei corpi a contatto (le forze di attrazione dei singoli atomi di varie sostanze dipendono in modo significativo dalle loro proprietà elettriche);

N - forza di reazione del supporto - questa è la forza elastica che si verifica sulla superficie sotto l'azione del peso del corpo.

Per una superficie orizzontale: F tr = µmg

Quando un corpo solido si muove in un liquido o in un gas si genera una forza di attrito viscoso. La forza dell'attrito viscoso è molto inferiore alla forza dell'attrito secco. È anche diretto nella direzione opposta alla velocità relativa del corpo. Con l'attrito viscoso non c'è attrito statico. La forza dell'attrito viscoso dipende fortemente dalla velocità del corpo.

Compito: Una slitta trainata da cani inizia a trainare una slitta di 100 kg ferma sulla neve con una forza costante di 149 N. Quanto tempo impiegherà la slitta a percorrere i primi 200 m del percorso se il coefficiente di attrito radente dei pattini sulla neve è 0,05?

Qual è la condizione per l'attrito?
Da cosa dipende la forza di attrito radente?
Quando l’attrito è “utile” e quando è “dannoso”?

Forza elastica.

Quando il corpo è deformato, sorge una forza che cerca di ripristinare le dimensioni e la forma precedenti del corpo. Si chiama forza di elasticità.

Il tipo più semplice di deformazione è la deformazione a trazione o compressione.

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

Questo rapporto esprime la legge di Hooke stabilita sperimentalmente: la forza elastica è direttamente proporzionale alla variazione della lunghezza del corpo.

Dove: k è il coefficiente di rigidezza del corpo, misurato in newton per metro (N/m). Il coefficiente di rigidità dipende dalla forma e dalle dimensioni del corpo, nonché dal materiale.

In fisica, la legge di Hooke per la deformazione a trazione o compressione è solitamente scritta in una forma diversa:

Dove: - deformazione relativa; E - Modulo di Young, che dipende solo dalle proprietà del materiale e non dipende dalle dimensioni e dalla forma del corpo. Per materiali diversi, il modulo di Young varia ampiamente. Per l'acciaio, ad esempio, E2 10 11 N/m 2 , e per la gomma E2 10 6 N/m 2 ; - sollecitazioni meccaniche.

Alla deformazione a flessione F controllo = - mg e F controllo = - Kx.

Possiamo quindi trovare il coefficiente di rigidezza:

In ingegneria vengono spesso utilizzate molle elicoidali. Quando le molle vengono allungate o compresse, si formano forze elastiche, che obbediscono anch'esse alla legge di Hooke, e si verificano deformazioni di torsione e flessione.

Compito: La molla di una pistola per bambini è stata compressa di 3 cm. Determinare la forza elastica che si è generata in essa se la rigidità della molla è 700 N/m.

Cosa determina la rigidità dei corpi?
Spiegare la causa della forza elastica?
Cosa determina l’entità della forza elastica?

4. La forza risultante.

Una forza risultante è una forza che sostituisce le azioni di più forze. Questa forza viene applicata quando si risolvono problemi utilizzando più forze.

Sul corpo agiscono la forza di gravità e la forza di reazione del sostegno. La forza risultante, in questo caso, si trova secondo la regola del parallelogramma ed è determinata dalla formula

Basandosi sulla definizione di risultante, si può interpretare la seconda legge di Newton come: la forza risultante è uguale al prodotto dell'accelerazione del corpo per la sua massa.

La risultante di due forze che agiscono lungo una retta in una direzione è uguale alla somma dei moduli di queste forze ed è diretta nella direzione di azione di queste forze. Se le forze agiscono lungo una linea retta, ma in direzioni diverse, la forza risultante è uguale alla differenza nei moduli delle forze agenti ed è diretta verso l'azione di una forza maggiore.

Compito: un piano inclinato che forma un angolo di 30 o ha una lunghezza di 25 m. il corpo, muovendosi con accelerazione uniforme, scivolò giù da questo piano in 2 secondi. Determinare il coefficiente di attrito.

Il potere di Archimede.

La forza di Archimede è una forza di galleggiamento che si verifica in un liquido o in un gas e agisce in modo opposto alla forza di gravità.

Principio di Archimede: Un corpo immerso in un liquido o gas subisce una forza di galleggiamento pari al peso del liquido spostato.

Dove: è la densità del liquido o del gas; V è il volume della parte sommersa del corpo; g è l'accelerazione di caduta libera.

Compito: una sfera di ghisa con un volume di 1 dm 3 è stata immersa in un liquido. Il suo peso è diminuito di 8,9 N. In che liquido si trova la pallina?

Quali sono le condizioni per i corpi galleggianti?
La forza di Archimede dipende dalla densità di un corpo immerso in un liquido?
Come è diretta la forza di Archimede?

Forza centrifuga.

La forza centrifuga si forma quando ci si muove in circolo ed è diretta lungo il raggio dal centro.

Dove: v – velocità lineare; r è il raggio del cerchio.

Forza di Coulomb.

Nella meccanica newtoniana viene utilizzato il concetto di massa gravitazionale, allo stesso modo, in elettrodinamica, il concetto di carica elettrica è primario.La carica elettrica è una quantità fisica che caratterizza la proprietà di particelle o corpi di entrare in interazioni di forza elettromagnetica. Le cariche interagiscono con la forza di Coulomb.

Dove: q 1 e q 2 - cariche interagenti, misurate in C (Coulomb);

r è la distanza tra le cariche; k è il coefficiente di proporzionalità.

k=9 . 109 (h . m2)/Cl2

Spesso è scritto nella forma: , dove è una costante elettrica pari a 8,85 . 10 12 C 2 /(N . m2).

Le forze di interazione obbediscono alla terza legge di Newton: F 1 = - F 2 . Sono forze repulsive con gli stessi segni delle cariche e forze attrattive con segni diversi.

Se un corpo carico interagisce contemporaneamente con più corpi carichi, la forza risultante che agisce su questo corpo è uguale alla somma vettoriale delle forze che agiscono su questo corpo da tutti gli altri corpi carichi.

Compito: La forza di interazione di due cariche puntiformi identiche situate a una distanza di 0,5 m è 3,6 N. Trovare i valori di queste spese?

Perché entrambi i corpi sfreganti si caricano quando sono elettrizzati dall'attrito?
La massa di un corpo rimane invariata quando viene elettrizzato?
Qual è il significato fisico del coefficiente di proporzionalità nella legge di Coulomb?

Potenza ampere.

Una forza amperometrica agisce su un conduttore percorso da corrente in un campo magnetico.

Dove: I - intensità di corrente nel conduttore; B - induzione magnetica; l è la lunghezza del conduttore; è l'angolo tra la direzione del conduttore e la direzione del vettore di induzione magnetica.

La direzione di questa forza può essere determinata dalla regola della mano sinistra.

Se la mano sinistra deve essere posizionata in modo che le linee di induzione magnetica entrino nel palmo, le quattro dita tese si dirigono lungo l'azione della corrente, quindi il pollice piegato indica la direzione della forza di Ampère.

Compito: determinare la direzione della corrente in un conduttore in un campo magnetico, se la forza che agisce sul conduttore ha una direzione

In quali condizioni si verifica la forza amperometrica?
Come determinare la direzione della forza Ampere?
Come determinare la direzione delle linee di induzione magnetica?

Forza di Lorentz.

La forza con cui un campo elettromagnetico agisce su qualsiasi corpo carico al suo interno è chiamata forza di Lorentz.

Dove: q è l'importo della carica; v è la velocità della particella carica; B - induzione magnetica; è l'angolo tra i vettori velocità e induzione magnetica.

La direzione della forza di Lorentz può essere determinata con la regola della mano sinistra.

Compito: in un campo magnetico uniforme, la cui induzione è pari a 2 T, un elettrone si muove ad una velocità di 10 5 m/s perpendicolare alle linee di induzione magnetica. Calcolare la forza che agisce sull'elettrone.

Cos'è la forza di Lorentz?
Quali sono le condizioni per l'esistenza della forza di Lorentz?
Come determinare la direzione della forza di Lorentz?

Al termine della lezione agli studenti viene data la possibilità di completare la tabella.

Il nome della forza	Formula	Disegno	Punto di applicazione	Direzione dell'azione
gravità
Gravità
Peso
Forza di attrito
Forza elastica
Forza di Archimede
forza risultante
Forza centrifuga
Forza pendente
Potenza dell'amplificatore
Forza di Lorentz

Letteratura:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky “USE 2009”
IV Krivchenko "Fisica - 7"
VA Kasyanov “Fisica. Livello profilo”

« Fisica - Grado 10"

Nel capitolo 2 abbiamo introdotto il concetto di forza come misura quantitativa dell'azione di un corpo su un altro.
In questo capitolo considereremo quali forze sono considerate in meccanica, cosa determina i loro valori.

Quanti tipi di forze esistono in natura?
Elenca i poteri che conosci.
Che natura hanno: gravitazionale o elettromagnetica?

A prima vista, sembra che ci siamo assunti un compito travolgente e insolubile: ci sono un numero infinito di corpi sulla Terra e al di fuori di essa.
Interagiscono in modi diversi.

forze nucleari agiscono tra le particelle nei nuclei atomici e determinano le proprietà dei nuclei.

La portata delle forze nucleari è molto limitata.

Sono visibili solo all'interno dei nuclei atomici (cioè a distanze dell'ordine di 10 -15 m).
Già a distanze tra particelle dell'ordine di 10 -13 m (mille volte più piccole della dimensione di un atomo - 10 -10 m), non compaiono affatto.

Interazioni deboli causare trasformazioni reciproche di particelle elementari, determinare il decadimento radioattivo dei nuclei, reazioni di fusione termonucleare.

Compaiono a distanze ancora più brevi, dell'ordine di 10 -17 m.

Le forze nucleari sono le più potenti in natura.

Se l'intensità delle forze nucleari viene presa come unità, l'intensità delle forze elettromagnetiche sarà 10 -2, gravitazionale - 10-40, interazioni deboli - 10 -16.

Le interazioni forti (nucleari) e deboli si manifestano a distanze così piccole che le leggi della meccanica newtoniana, e con esse il concetto di forza meccanica, perdono il loro significato.

L'intensità delle interazioni forti e deboli è misurata in unità di energia (in elettronvolt) e non in unità di forza, e quindi l'uso del termine "forza" per loro è spiegato dalla secolare tradizione di spiegare tutti i fenomeni nel mondo circostante dall’azione delle “forze” caratteristiche di ciascun fenomeno.

In meccanica considereremo solo le interazioni gravitazionali ed elettromagnetiche.

Forze in meccanica.

In meccanica, di solito si tratta di tre tipi di forze: forze gravitazionali, forze elastiche e forze di attrito.

Fonte: "Fisica - Grado 10", 2014, libro di testo Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Dinamica - Fisica, libro di testo per il grado 10 - Fisica in classe

MOU Dmitrievskaya scuola secondaria

Lezione di fisica di 11a elementare sull'argomento: "Forze in natura"

Kolupaev Vladimir Grigorievich

Insegnante di fisica

2015

scopo La lezione consiste nell'espandere il materiale del programma sull'argomento: "Forze in natura" e migliorare le abilità e le abilità pratiche nella risoluzione dei problemi USE.

Obiettivi della lezione:

rafforzare il materiale appreso,

formare le idee degli studenti sulle forze in generale e su ciascuna forza separatamente,

applicare correttamente le formule e costruire correttamente i disegni durante la risoluzione dei problemi.

La lezione è accompagnata da una presentazione multimediale.

IO. Con la forza chiamata quantità vettoriale, che è la causa di qualsiasi movimento come conseguenza delle interazioni dei corpi. Le interazioni sono contatto, causa di deformazione e non contatto. La deformazione è un cambiamento nella forma di un corpo o delle sue singole parti a seguito dell'interazione.

Nel Sistema Internazionale di Unità (SI), si chiama l'unità di forza newtone(H). 1 N è uguale alla forza che imprime un'accelerazione di 1 m/s 2 ad un corpo di riferimento di massa 1 kg nella direzione della forza. Un dispositivo per misurare la forza è un dinamometro.

La forza che agisce su un corpo dipende da:

L'entità della forza applicata;

Punti di applicazione della forza;

Direzioni della forza.

Considera le forze proposte.

Forza di gravità.

Sol = 6,67. 10 -11 - costante gravitazionale, determinata da Cavendish.

Fig. 1

Una delle manifestazioni della forza di gravitazione universale è la forza di gravità e l'accelerazione della caduta libera può essere determinata dalla formula:

Dove: M è la massa della Terra, R z è il raggio della Terra.

Gravità.

Dove: m - peso corporeo; g - accelerazione di caduta libera (g \u003d 9,8 m / s 2).

Peso corporeo.

Fig.2

Se il corpo è a riposo, si può sostenere che il peso è uguale alla forza di gravità ed è determinato dalla formula P = mg.

Se il corpo si muove con accelerazione verso l'alto, il corpo sperimenta un sovraccarico. Il peso è determinato dalla formula P \u003d m (g + a).

Fig.3

Il peso corporeo è circa il doppio del modulo di gravità (doppio sovraccarico).

Se il corpo si muove con un'accelerazione verso il basso, il corpo potrebbe sperimentare l'assenza di gravità nei primi secondi di movimento. Il peso è determinato dalla formula P \u003d m (g - a).

Riso. 4

Forza di attrito.

La forza derivante dal movimento di un corpo sulla superficie di un altro, diretta nella direzione opposta al movimento, è chiamata forza di attrito.

Fig.5

Fig.6

La forza di attrito è determinata dalla formula:

F = µN

N - forza di reazione del supporto - questa è la forza elastica che si verifica sulla superficie sotto l'azione del peso del corpo.

Per una superficie orizzontale: F tr = µmg

Forza elastica.

Quando il corpo è deformato, sorge una forza che cerca di ripristinare le dimensioni e la forma precedenti del corpo. Si chiama forza di elasticità.

Il tipo più semplice di deformazione è la deformazione a trazione o compressione.

Riso. 7

Questo rapporto esprime la legge di Hooke stabilita sperimentalmente: la forza elastica è direttamente proporzionale alla variazione della lunghezza del corpo.

Dove: k è il coefficiente di rigidezza del corpo, misurato in newton per metro (N/m). Il coefficiente di rigidità dipende dalla forma e dalle dimensioni del corpo, nonché dal materiale.

In fisica, la legge di Hooke per la deformazione a trazione o compressione è solitamente scritta in una forma diversa:

Alla deformazione a flessione F controllo = - mg e F controllo = - Kx.

Fig.8

Possiamo quindi trovare il coefficiente di rigidezza:

k =

Riso. 9

4. La forza risultante.

Una forza risultante è una forza che sostituisce le azioni di più forze. Questa forza viene applicata quando si risolvono problemi utilizzando più forze.

Fig.10

Sul corpo agiscono la forza di gravità e la forza di reazione del sostegno. La forza risultante, in questo caso, si trova secondo la regola del parallelogramma ed è determinata dalla formula

Basandosi sulla definizione di risultante, si può interpretare la seconda legge di Newton come: la forza risultante è uguale al prodotto dell'accelerazione del corpo per la sua massa.

R=ma

Il potere di Archimede.

La forza di Archimede è una forza di galleggiamento che si verifica in un liquido o in un gas e agisce in modo opposto alla forza di gravità.

Principio di Archimede: Un corpo immerso in un liquido o gas subisce una forza di galleggiamento pari al peso del liquido spostato.

F A = mg = Vg

Dove: è la densità del liquido o del gas; V è il volume della parte sommersa del corpo; g è l'accelerazione di caduta libera.

Fig.11

Forza centrifuga.

La forza centrifuga si forma quando ci si muove in circolo ed è diretta lungo il raggio dal centro.

Dove: v – velocità lineare; r è il raggio del cerchio.

Fig.12

Forza di Coulomb.

Dove: q 1 e q 2 - cariche interagenti, misurate in C (Coulomb);

r è la distanza tra le cariche; k è il coefficiente di proporzionalità.

k=9 . 109 (h . m2)/Cl2

Spesso è scritto nella forma: , dove è una costante elettrica pari a 8,85 . 10 12 C 2 /(N . m2).

Fig.13

Le forze di interazione obbediscono alla terza legge di Newton: F 1 = - F 2 . Sono forze repulsive con gli stessi segni delle cariche e forze attrattive con segni diversi.

Fig.14

Potenza ampere.

Una forza amperometrica agisce su un conduttore percorso da corrente in un campo magnetico.

F A \u003d IBlsin

La direzione di questa forza può essere determinata dalla regola della mano sinistra.

Riso. 15

Forza di Lorentz.

La forza con cui un campo elettromagnetico agisce su qualsiasi corpo carico al suo interno è chiamata forza di Lorentz.

F = qvBsin

Riso. 16

Dove: q è l'importo della carica; v è la velocità della particella carica; B - induzione magnetica; è l'angolo tra i vettori velocità e induzione magnetica.

La direzione della forza di Lorentz può essere determinata con la regola della mano sinistra.

Al termine della lezione agli studenti viene data la possibilità di completare la tabella.

Vista Frammento (Modelli Fisici Interattivi)

II. Risoluzione dei compiti USE

1. Due pianeti con la stessa massa ruotano su orbite circolari attorno alla stella. Per il primo la forza di attrazione della stella è 4 volte maggiore che per il secondo. Qual è il rapporto tra i raggi delle orbite del primo e del secondo pianeta?

1)
2)
3)
4)

Soluzione.
Secondo la legge di gravitazione universale, la forza di attrazione di un pianeta verso una stella è inversamente proporzionale al quadrato del raggio dell'orbita. Pertanto, a causa dell'uguaglianza delle masse dei pianeti (), il rapporto tra le forze di attrazione rispetto alla stella del primo e del secondo pianeta è inversamente proporzionale al rapporto tra i quadrati dei raggi delle orbite:

Secondo la condizione, la forza di attrazione del primo pianeta verso la stella è 4 volte maggiore di quella del secondo: ciò significa che

2. Durante l'esibizione, la ginnasta decolla dal trampolino (fase 1), fa delle capriole in aria (fase 2) e atterra in piedi (fase 3). In quale fase del movimento una ginnasta può sperimentare uno stato vicino all'assenza di gravità?

1) solo allo stadio 2
2) solo negli stadi 1 e 2
3) agli stadi 1, 2 e 3
4) nessuna delle fasi elencate

Soluzione.
Il peso è la forza con cui il corpo preme sul supporto o allunga la sospensione. Lo stato di assenza di gravità è che il corpo non ha peso, mentre la forza di gravità non scompare da nessuna parte. Quando la ginnasta si spinge dal trampolino, lo preme. Quando la ginnasta atterra in piedi, preme a terra. Il trampolino e il terreno svolgono il ruolo di supporto, quindi nelle fasi 1 e 3 non è in uno stato vicino all'assenza di gravità. Al contrario, durante il volo (fase 2), la ginnasta semplicemente non ha appoggio, se trascuriamo la resistenza dell'aria. Poiché non c'è supporto, non c'è peso, il che significa che la ginnasta sperimenta davvero uno stato vicino all'assenza di gravità.

3. Il corpo è sospeso su due fili ed è in equilibrio. L'angolo tra i fili è , e le forze di tensione dei fili sono 3 H e 4 H. Qual è la forza di gravità che agisce sul corpo?

1) 1 ora
2) 5 ore
3) 7 ore
4) 25 ore

Soluzione.
In totale, sul corpo agiscono tre forze: la gravità e la tensione di due fili. Poiché il corpo è in equilibrio, la risultante di tutte e tre le forze deve essere zero, il che significa che il modulo di gravità è

Risposta corretta: 2.

4. La figura mostra tre vettori di forze che giacciono sullo stesso piano e applicati ad un punto.

1) 0H
2) 5 ore
3) 10 ore
4) 12 ore

Soluzione.
Dalla figura si può vedere che la risultante delle forze e coincide con il vettore della forza, pertanto il modulo della risultante di tutte e tre le forze è uguale a

Usando la scala della figura, troviamo la risposta finale

Risposta corretta: 3.

5. Come si muove un punto materiale quando la somma di tutte le forze che agiscono su di esso è pari a zero? Quale frase è vera?

1) la velocità di un punto materiale è necessariamente pari a zero
2) la velocità del punto materiale diminuisce con il tempo
3) la velocità di un punto materiale è costante e necessariamente non uguale a zero
4) la velocità di un punto materiale può essere qualsiasi, ma deve essere costante nel tempo

Soluzione.
Secondo la seconda legge di Newton, in un sistema di riferimento inerziale, l'accelerazione di un corpo è proporzionale alla risultante di tutte le forze. Poiché, per condizione, la somma di tutte le forze che agiscono sul corpo è uguale a zero, anche l'accelerazione del corpo è uguale a zero, il che significa che la velocità del corpo può essere qualsiasi, ma necessariamente costante nel tempo.
Risposta corretta: 4.

6. Su una barra con una massa di 5 Kg che si muove lungo una superficie orizzontale agisce una forza di attrito radente di 20 N. Quale sarà la forza di attrito radente dopo una diminuzione di 2 volte della massa corporea se il coefficiente di attrito non cambia?

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

Soluzione.
La forza di attrito radente è legata al coefficiente di attrito e alla forza di reazione del supporto dalla relazione . Per una barra che si muove lungo una superficie orizzontale, secondo la seconda legge di Newton, .

Pertanto, la forza di attrito radente è proporzionale al prodotto del coefficiente di attrito e della massa della barra. Se il coefficiente di attrito non cambia, dopo una diminuzione della massa corporea di 2 volte, anche la forza di attrito radente diminuirà di 2 volte e sarà uguale a

Risposta corretta: 2.

III. Riassumendo, valutazione.

IV. D/z:

La figura mostra tre vettori di forze che giacciono sullo stesso piano e applicati ad un punto.

La scala della figura è tale che il lato di un quadrato della griglia corrisponde al modulo della forza 1 H. Determina il modulo del vettore risultante dei tre vettori di forza.

Il grafico mostra la dipendenza della gravità dalla massa corporea per un determinato pianeta.

Qual è l'accelerazione di caduta libera su questo pianeta?

Risorsa Internet: 1.

Letteratura:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky “USE 2009”

VA Kasyanov “Fisica. Livello profilo”

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