namai › stabdis › Jėgos gamtoje. Gravitacinės jėgos – žinių hipermarketas

Jėgos gamtoje. Gravitacinės jėgos – žinių hipermarketas

Iki šiol buvo vartojama bendra jėgos samprata, nebuvo svarstomas klausimas, kas yra jėgos ir kas jos yra. Nepaisant gamtoje sutinkamų jėgų įvairovės, visas jas galima redukuoti iki keturių pagrindinių jėgų tipų: 1) gravitacinių; 2) elektromagnetinis; 3) branduolinis; 4) silpnas.

Gravitacinės jėgos atsiranda tarp bet kokių kūnų. Į jų veiksmus reikia atsižvelgti tik didelių kūnų pasaulyje.

Elektromagnetinės jėgos veikia tiek nejudančius, tiek judančius krūvius. Kadangi materiją sudaro atomai, kurie savo ruožtu yra sudaryti iš elektronų ir protonų, dauguma jėgų, su kuriomis susiduriame gyvenime, yra elektromagnetinės jėgos. Tai, pavyzdžiui, tamprumo jėgos, atsirandančios dėl kūnų deformacijos, trinties jėgos.

Branduolinis ir silpnas jėgos pasireiškia ne didesniais kaip m atstumais, todėl šios jėgos pastebimos tik mikrokosmose. Visa klasikinė fizika, o kartu ir jėgos samprata, elementariosioms dalelėms netaikoma. Neįmanoma tiksliai apibūdinti šių dalelių sąveikos jėgų pagalba. Čia energijos aprašymas tampa vienintelis įmanomas. Nepaisant to, net ir atominėje fizikoje dažnai kalbama apie jėgas. Šiuo atveju terminas jėga tampa sinonimu sąveika.

Taigi šiuolaikiniame moksle žodis jėga vartojamas dviem prasmėmis: pirma, reikšme mechaninis jėga– tikslus kiekybinis sąveikos matas; antra, jėga reiškia tam tikros rūšies sąveiką, kurios tikslus kiekybinis matas gali būti tik energijos.

Mechanikoje nagrinėjamos trys jėgų rūšys: gravitacinės, elastinės ir trinties jėgos. Trumpai prie jų apsistokime.

1. Gravitacinės jėgos. Visi kūnai gamtoje traukia vienas kitą. Šios jėgos vadinamos gravitacinėmis. Niutonas sukūrė dėsnį, vadinamą gravitacijos dėsnis: jėgos, kuriomis traukiami materialūs taškai, yra proporcingos jų masių sandaugai, atvirkščiai proporcingos atstumo tarp jų kvadratui ir nukreiptos išilgai juos jungiančios tiesės, t.y.

, (2.16)

Kur M Ir T– kūnų masės; r yra atstumas tarp kūnų;  yra gravitacinė konstanta. „“ ženklas rodo, kad tai patraukli jėga.

Iš (2.16) formulės išplaukia, kad už T = M= 1 kg ir r= 1 m,  = F, t.y. gravitacinė konstanta lygi vienetinės masės materialių taškų, esančių vienetiniu atstumu vienas nuo kito, traukos jėgos moduliui. Pirmąjį eksperimentinį visuotinės gravitacijos dėsnio įrodymą atliko Cavendish. Jis sugebėjo nustatyti gravitacinės konstantos vertę:
. Labai maža  reikšmė rodo, kad gravitacinės sąveikos jėga yra reikšminga tik didelės masės kūnams.

2. tamprumo jėgos. Esant tamprioms deformacijoms, atsiranda tamprumo jėgos. Pagal Huko dėsnis, tamprumo jėgos modulis
proporcingas deformacijos dydžiui X, t.y.

, (2.17)

Kur k elastingumo koeficientas. „“ ženklas apibrėžia faktą, kad jėgos ir deformacijos kryptys yra priešingos.

3. Trinties jėgos. Judant besiliečiančius kūnus arba jų dalis vienas kito atžvilgiu, trinties jėgos. Yra vidinė (klampi) ir išorinė (sausoji) trintis.

Klampi trintis vadinama trintimi tarp kieto kūno ir skystos arba dujinės terpės, taip pat tarp tokios terpės sluoksnių.

išorinė trintis vadinamas reiškiniu, kai gretimų kietų jėgų, trukdančių joms judėti, sąlyčio taške atsiranda reiškinys. Jei besiliečiantys kūnai yra nejudantys, tada tarp jų atsiranda jėga, kai jie bando perkelti vieną kūną kito atžvilgiu. Tai vadinama statinė trinties jėga. Statinė trinties jėga nėra vienareikšmiškai apibrėžtas dydis. Ji svyruoja nuo nulio iki didžiausios jėgos, veikiančios lygiagrečiai sąlyčio plokštumai, kuria kūnas pradeda judėti, reikšmės (2.3 pav.).

Paprastai statine trinties jėga vadinama ši didžiausia trinties jėga. Statinės trinties jėgos modulis
yra proporcingas normalaus slėgio jėgos moduliui, kuris pagal trečiąjį Niutono dėsnį yra lygus atramos reakcijos jėgos moduliui N, t.y.
, Kur
 statinės trinties koeficientas.

Kai kūnas juda kito kūno paviršiumi, slydimo trinties jėga. Nustatyta, kad slydimo trinties jėgos modulis
taip pat yra proporcinga normalaus slėgio jėgos moduliui N

, (2.19)

čia  – slydimo trinties koeficientas. Nusprendė, kad
tačiau sprendžiant daugelį problemų jie laikomi lygiaverčiais.

Sprendžiant problemas, atsižvelgiama į šias jėgų rūšis:

1. Gravitacija
- jėga, kuria Žemės gravitacinis laukas veikia kūną (ši jėga veikia kūno masės centrą).

2. Kūno svoris - jėga, kuria kūnas veikia horizontalią atramą arba sriegį, kuris neleidžia jam leisti kristi (tamprioji jėga gamtoje). Atramai (sriegiui) taikoma jėga. Inercinėje atskaitos sistemoje
.

3. Palaikykite reakcijos jėgą - jėga, kuria atramos paviršius veikia kūną (gamtoje tamprumo jėga). pritaikyta jėga prie kūno nuo atramos šono ir statmenai kontaktiniam paviršiui.

4. Sriegio įtempimo jėga - jėga, kuria sriegis veikia kūną, pakabintą nuo sriegio. Jėga taikoma kūnui ir nukreipiama aukštyn išilgai sriegio.

5. Trinties jėga
.

Judėjimo pasikeitimo priežastis: pagreičio atsiradimas kūnuose yra jėga. Jėgos atsiranda, kai kūnai sąveikauja vienas su kitu. Bet kokios sąveikos rūšys egzistuoja ir kiek jų?

Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad yra labai daug skirtingų kūnų įtakų vienas kitam, taigi, yra labai daug skirtingų jėgų tipų. Pagreitis gali būti suteikiamas kūnui jį stumiant arba traukiant ranka; pučiant švelniam vėjui laivas plaukia su pagreičiu; bet koks į Žemę krintantis kūnas juda su pagreičiu; traukdami ir atleisdami lanko stygą, strėlei suteikiame pagreitį. Visais nagrinėjamais atvejais veikia jėgos, ir jos visos atrodo gana skirtingos. Ir yra kitų jėgų. Visi žino apie elektrinių ir magnetinių jėgų egzistavimą, apie potvynių ir atoslūgių stiprumą, apie žemės drebėjimų ir uraganų stiprumą.

Tačiau ar tikrai gamtoje yra tiek daug skirtingų jėgų?

Jei kalbame apie mechaninį kūnų judėjimą, tai čia susitinkame tik su trijų tipų jėgomis: gravitacijos jėga, tamprumo jėga ir trinties jėga. Visos aukščiau aptartos jėgos yra sumažintos iki jų. Tamprumo, traukos ir trinties jėgos yra visuotinės gravitacijos jėgų ir elektromagnetinių gamtos jėgų apraiška. Pasirodo, gamtoje tokių jėgų yra tik dvi.

elektromagnetinės jėgos. Tarp elektrifikuotų kūnų veikia speciali jėga, kuri vadinama elektrine jėga, kuri gali būti ir traukianti, ir atstumianti jėga. Gamtoje yra dviejų tipų krūviai: teigiami ir neigiami. Du kūnai su skirtingais krūviais traukia, o kūnai su vienodais krūviais atstumia.

Elektros krūviai turi vieną ypatingą savybę: krūviams judant, be elektros jėgos, tarp jų atsiranda kita jėga – magnetinė jėga.

Magnetinės ir elektrinės jėgos yra glaudžiai susijusios viena su kita ir veikia vienu metu. O kadangi dažniausiai tenka susidurti su judančiais krūviais, tarp jų veikiančių jėgų atskirti negalima. Ir šios jėgos vadinamos elektromagnetinėmis jėgomis.

Kaip atsiranda „elektros krūvis“, kurio kūnas gali turėti arba ne?

Visi kūnai sudaryti iš molekulių ir atomų. Atomai susideda iš dar mažesnių dalelių – atomo branduolio ir elektronų. Jie, branduoliai ir elektronai, turi tam tikrus elektros krūvius. Branduolys turi teigiamą krūvį, o elektronai – neigiamą.

Normaliomis sąlygomis atomas neturi krūvio – jis yra neutralus, nes bendras neigiamas elektronų krūvis lygus teigiamam branduolio krūviui. Ir kūnai, sudaryti iš tokių neutralių atomų, yra elektriškai neutralūs. Tokių kūnų sąveikos elektrinių jėgų praktiškai nėra.

Tačiau tame pačiame skystame (arba kietame) kūne gretimi atomai yra taip arti vienas kito, kad sąveikos jėgos tarp krūvių, iš kurių jie yra, yra labai reikšmingi.

Atomų sąveikos jėgos priklauso nuo atstumų tarp jų. Sąveikos tarp atomų jėgos gali keisti savo kryptį, kai pasikeičia atstumas tarp jų. Jei atstumas tarp atomų yra labai mažas, jie atstumia vienas kitą. Bet jei atstumas tarp jų padidėja, atomai pradeda traukti. Tam tikru atstumu tarp atomų jų sąveikos jėgos tampa lygios nuliui. Natūralu, kad tokiais atstumais atomai yra vienas kito atžvilgiu. Atkreipkite dėmesį, kad šie atstumai yra labai maži ir yra maždaug lygūs pačių atomų dydžiui.

svetainę, visiškai ar iš dalies nukopijavus medžiagą, būtina nuoroda į šaltinį.

Skyriai: Fizika

tikslas Pamoka skirta išplėsti programos medžiagą tema: „Jėgos gamtoje“ ir tobulinti praktinius įgūdžius bei gebėjimus sprendžiant problemas.

Pamokos tikslai:

sustiprinti išmoktą medžiagą,
formuoti mokinių idėjas apie jėgas apskritai ir apie kiekvieną jėgą atskirai,
teisingai taikyti formules ir teisingai sudaryti brėžinius spręsdami problemas.

Pamoką lydi multimedijos pristatymas.

Jėga vadinamas vektoriniu dydžiu, kuris yra bet kokio judėjimo, kaip kūnų sąveikos pasekmė, priežastis. Sąveika yra kontaktinė, sukelianti deformaciją ir nekontaktinė. Deformacija – tai kūno ar atskirų jo dalių formos pasikeitimas dėl sąveikos.

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) jėgos vienetas vadinamas niutonas (H). 1 N yra lygi jėgai, kuri suteikia 1 kg masės atskaitos kūnui 1 m/s 2 pagreitį jėgos kryptimi. Jėgos matavimo prietaisas yra dinamometras.

Jėga, veikianti kūną, priklauso nuo:

Taikomos jėgos dydis;
Jėgos taikymo taškai;
Jėgos kryptys.

Pagal savo pobūdį jėgos yra gravitacinės, elektromagnetinės, silpnos ir stiprios sąveikos lauko lygiu. Gravitacinės jėgos apima gravitacijos jėgą, kūno svorį ir gravitacijos jėgą. Elektromagnetinės jėgos apima elastingumo jėgą ir trinties jėgą. Sąveika lauko lygiu apima tokias jėgas kaip: Kulono jėga, Ampero jėga, Lorenco jėga.

Apsvarstykite siūlomas pajėgas.

Gravitacijos jėga.

Gravitacijos jėga nustatoma pagal visuotinės gravitacijos dėsnį ir atsiranda remiantis kūnų gravitacine sąveika, nes bet kuris kūnas, turintis masę, turi gravitacinį lauką. Du kūnai sąveikauja su jėgomis, kurių dydis yra lygus ir nukreiptas priešingai, tiesiogiai proporcingomis jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcingomis atstumo tarp jų centrų kvadratui.

G = 6,67. 10 -11 - gravitacinė konstanta, nustatyta Cavendish.

Viena iš visuotinės gravitacijos jėgos apraiškų yra gravitacijos jėga, o laisvojo kritimo pagreitį galima nustatyti pagal formulę:

Kur: M yra Žemės masė, R z yra Žemės spindulys.

Užduotis: Nustatykite jėgą, kuria vienas kitą traukia du laivai, kurių svoris yra 10 7 kg, esantys 500 m atstumu vienas nuo kito.

Nuo ko priklauso gravitacijos jėga?
Kaip formulė gravitacinė jėga veikia aukštyje h nuo Žemės paviršiaus?
Kaip buvo matuojama gravitacinė konstanta?

Gravitacija.

Jėga, kuria Žemė traukia visus kūnus prie savęs, vadinama gravitacija. Žymima - F sruogelė, pritvirtinta prie svorio centro, nukreipta išilgai spindulio į Žemės centrą, nustatoma pagal formulę F grandis = mg.

Kur: m - kūno svoris; g - laisvo kritimo pagreitis (g \u003d 9,8 m / s 2).

Problema: gravitacijos jėga Žemės paviršiuje yra 10N. Kam ji bus lygi aukštyje, lygiame Žemės spinduliui (6,10 6 m)?

Kokiais vienetais matuojamas koeficientas g?
Mes žinome, kad žemė nėra sfera. Jis suplotas ties poliais. Ar to paties kūno gravitacija ašigalyje ir pusiaujuje bus vienoda?
Kaip nustatyti taisyklingų ir netaisyklingų geometrinių formų kūno svorio centrą?

Kūno svoris.

Jėga, kuria kūnas dėl gravitacijos veikia horizontalią atramą arba vertikalią pakabą, vadinama svoriu. Pažymėta - P, pritvirtinta prie atramos arba pakabos po svorio centru, nukreipta žemyn.

Jei kūnas yra ramybės būsenoje, tada galima teigti, kad svoris yra lygus gravitacijos jėgai ir nustatomas pagal formulę P = mg.

Jei kūnas juda su pagreičiu aukštyn, tada kūnas patiria perkrovą. Svoris nustatomas pagal formulę P \u003d m (g + a).

Kūno svoris yra maždaug du kartus didesnis už gravitacijos modulį (dviguba perkrova).

Jei kūnas juda pagreičiu žemyn, pirmosiomis judėjimo sekundėmis kūnas gali patirti nesvarumą. Svoris nustatomas pagal formulę P \u003d m (g - a).

Užduotis: 80 kg liftas juda:

Tolygiai;

pakyla 4,9 m / s 2 pagreičiu;
nusileidžia tokiu pat pagreičiu.
nustatyti keltuvo svorį visais trimis atvejais.

Kuo svoris skiriasi nuo gravitacijos?
Kaip rasti svorio taikymo tašką?
Kas yra perkrova ir nesvarumas?

Trinties jėga.

Jėga, atsirandanti judant vienam kūnui kito paviršiumi, nukreipta judėjimui priešinga kryptimi, vadinama trinties jėga.

Trinties jėgos taikymo taškas po svorio centru, priešinga judėjimui išilgai besiliečiančių paviršių. Trinties jėga yra padalinta į statinę trinties jėgą, riedėjimo trinties jėgą ir slydimo trinties jėgą. Statinė trinties jėga yra jėga, kuri neleidžia vienam kūnui judėti kito paviršiumi. Einant statinė trinties jėga, veikianti padą, suteikia žmogui pagreitį. Slenkant nutrūksta ryšiai tarp iš pradžių nejudančių kūnų atomų, sumažėja trintis. Slydimo trinties jėga priklauso nuo besiliečiančių kūnų santykinio greičio. Riedėjimo trintis daug kartų mažesnė nei slydimo trintis.

Trinties jėga nustatoma pagal formulę:

Čia: µ – trinties koeficientas, bematė reikšmė, priklauso nuo paviršiaus apdorojimo pobūdžio ir besiliečiančių kūnų medžiagų derinio (atskirų įvairių medžiagų atomų traukos jėgos labai priklauso nuo jų elektrinių savybių);

N - atramos reakcijos jėga - tai elastingumo jėga, atsirandanti paviršiuje, veikiant kūno svoriui.

Horizontaliam paviršiui: F tr = µmg

Kai kietas kūnas juda skystyje ar dujose, atsiranda klampi trinties jėga. Klampios trinties jėga yra daug mažesnė nei sausosios trinties jėga. Jis taip pat nukreiptas priešinga kūno santykiniam greičiui. Dėl klampios trinties nėra statinės trinties. Klampios trinties jėga labai priklauso nuo kūno greičio.

Užduotis: Šunų rogės pradeda tempti 100 kg sveriančias roges, stovinčias ant sniego, nuolatine 149 N jėga. Kiek laiko užtruks rogės įveikti pirmuosius 200 m tako, jei bėgikų slydimo ant sniego koeficientas yra 0,05?

Kokia yra trinties sąlyga?
Nuo ko priklauso slydimo trinties jėga?
Kada trintis yra „naudinga“, o kada „kenksminga“?

Elastinė jėga.

Kai kūnas deformuojamas, atsiranda jėga, kuri siekia atkurti buvusius kūno matmenis ir formą. Tai vadinama elastingumo jėga.

Paprasčiausias deformacijos tipas yra tempiama arba gniuždomoji deformacija.

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

Šis santykis išreiškia eksperimentiškai nustatytą Huko dėsnį: tamprumo jėga yra tiesiogiai proporcinga kūno ilgio pokyčiui.

Čia: k – kūno standumo koeficientas, matuojamas niutonais vienam metrui (N/m). Standumo koeficientas priklauso nuo kėbulo formos ir matmenų, taip pat nuo medžiagos.

Fizikoje Huko dėsnis tempimo ar gniuždymo deformacijai paprastai rašomas kitokia forma:

Kur: - santykinė deformacija; E – Youngo modulis, kuris priklauso tik nuo medžiagos savybių ir nepriklauso nuo korpuso dydžio ir formos. Skirtingoms medžiagoms Youngo modulis labai skiriasi. Plienui, pavyzdžiui, E2 10 11 N/m 2, o gumai E2 10 6 N/m2; - mechaninis įtempis.

Esant lenkimo deformacijai F kontrolė = - mg ir F kontrolė = - Kx.

Todėl galime rasti standumo koeficientą:

Inžinerijoje dažnai naudojamos sraigtinės spyruoklės. Ištempus arba suspaudžiant spyruokles, atsiranda tamprumo jėgos, kurios taip pat paklūsta Huko dėsniui, atsiranda sukimo ir lenkimo deformacijos.

Užduotis: Vaikiško ginklo spyruoklė buvo suspausta 3 cm.Nustatykite joje susidariusią tamprumo jėgą, jei spyruoklės standumas 700 N/m.

Kas lemia kūnų standumą?
Paaiškinkite tamprumo jėgos priežastį?
Kas lemia tamprumo jėgos dydį?

4. Rezultatinė jėga.

Rezultatinė jėga yra jėga, kuri pakeičia kelių jėgų veiksmus. Ši jėga taikoma sprendžiant problemas naudojant kelias jėgas.

Kūną veikia gravitacijos ir atramos reakcijos jėga. Gaunama jėga šiuo atveju randama pagal lygiagretainio taisyklę ir nustatoma pagal formulę

Remiantis rezultato apibrėžimu, antrasis Niutono dėsnis gali būti aiškinamas taip: gaunamoji jėga yra lygi kūno pagreičio ir jo masės sandaugai.

Dviejų jėgų, veikiančių išilgai vienos tiesės viena kryptimi, rezultatas yra lygus šių jėgų modulių sumai ir yra nukreiptas šių jėgų veikimo kryptimi. Jeigu jėgos veikia išilgai vienos tiesės, bet skirtingomis kryptimis, tai atstojamoji jėga yra lygi veikiančių jėgų modulių skirtumui ir nukreipta į didesnės jėgos veikimą.

Užduotis: pasvirusi plokštuma, sudaranti 30 o kampą, yra 25 m ilgio. kūnas, judėdamas vienodu pagreičiu, nuo šios plokštumos nuslydo per 2s. Nustatykite trinties koeficientą.

Archimedo galia.

Archimedo jėga yra plūduriuojanti jėga, atsirandanti skystyje ar dujose ir veikianti priešingai gravitacijos jėgai.

Archimedo principas: kūnas, panardintas į skystį ar dujas, patiria plūduriuojančią jėgą, lygią išstumto skysčio svoriui.

Kur: skysčio arba dujų tankis; V – panardintos kūno dalies tūris; g yra laisvojo kritimo pagreitis.

Užduotis: 1 dm 3 tūrio ketaus rutulys buvo nuleistas į skystį. Jo svoris sumažėjo 8,9 N. Kokiame skystyje yra kamuolys?

Kokios sąlygos yra plaukiojantiems kūnams?
Ar Archimedo jėga priklauso nuo kūno, panardinto į skystį, tankio?
Kaip nukreipta Archimedo jėga?

Išcentrinė jėga.

Išcentrinė jėga atsiranda judant apskritimu ir nukreipta išilgai spindulio nuo centro.

Kur: v – tiesinis greitis; r yra apskritimo spindulys.

Kulono stiprumas.

Niutono mechanikoje vartojama gravitacinės masės sąvoka, panašiai ir elektrodinamikoje elektros krūvio sąvoka yra pirminė Elektros krūvis – fizikinis dydis, apibūdinantis dalelių ar kūnų savybę įeiti į elektromagnetinių jėgų sąveiką. Mokesčiai sąveikauja su Kulono jėga.

Čia: q 1 ir q 2 – sąveikaujantys krūviai, išmatuoti C (kulonais);

r – atstumas tarp krūvių; k yra proporcingumo koeficientas.

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

Dažnai jis rašomas tokia forma: , kur elektrinė konstanta lygi 8,85 . 10 12 C 2 /(N . m 2).

Sąveikos jėgos paklūsta trečiajam Niutono dėsniui: F 1 = - F 2 . Tai yra atstumiančios jėgos, turinčios tuos pačius krūvio ženklus, ir patrauklios jėgos su skirtingais ženklais.

Jei įkrautas kūnas vienu metu sąveikauja su keliais įkrautais kūnais, tai susidaranti jėga, veikianti šį kūną, yra lygi jėgų, veikiančių šį kūną nuo visų kitų įkrautų kūnų, vektorinei sumai.

Užduotis: Dviejų vienodų taškinių krūvių, esančių 0,5 m atstumu, sąveikos jėga yra 3,6 N. Rasti šių mokesčių vertes?

Kodėl abu besitrinantys kūnai yra įkraunami, kai elektrifikuojasi dėl trinties?
Ar elektrifikuojant kūno masė nekinta?
Kokia yra Kulono dėsnio proporcingumo koeficiento fizikinė reikšmė?

Amperų galia.

Srovę nešantį laidininką magnetiniame lauke veikia amperinė jėga.

Kur: I - srovės stipris laidininke; B - magnetinė indukcija; l yra laidininko ilgis; yra kampas tarp laidininko krypties ir magnetinės indukcijos vektoriaus krypties.

Šios jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę.

Jei kairioji ranka turi būti išdėstyta taip, kad magnetinės indukcijos linijos patektų į delną, ištiesti keturi pirštai nukreipiami išilgai srovės veikimo, tada sulenktas nykštys rodo Ampero jėgos kryptį.

Užduotis: nustatyti srovės kryptį laidininke magnetiniame lauke, jei laidininką veikianti jėga turi kryptį

Kokiomis sąlygomis atsiranda ampero jėga?
Kaip nustatyti Ampero jėgos kryptį?
Kaip nustatyti magnetinės indukcijos linijų kryptį?

Lorenco jėga.

Jėga, kuria elektromagnetinis laukas veikia bet kurį jame esantį įkrautą kūną, vadinama Lorenco jėga.

Čia: q yra įkrovos dydis; v – įkrautos dalelės greitis; B - magnetinė indukcija; yra kampas tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorių.

Lorenco jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę.

Užduotis: vienodame magnetiniame lauke, kurio indukcija lygi 2 T, elektronas juda 10 5 m/s greičiu statmenai magnetinės indukcijos linijoms. Apskaičiuokite elektroną veikiančią jėgą.

Kas yra Lorenco jėga?
Kokios yra Lorenco jėgos egzistavimo sąlygos?
Kaip nustatyti Lorenco jėgos kryptį?

Pamokos pabaigoje mokiniams suteikiama galimybė užpildyti lentelę.

Jėgos pavadinimas	Formulė	Piešimas	Taikymo taškas	Veiksmo kryptis
gravitacija
Gravitacija
Svoris
Trinties jėga
Elastinė jėga
Archimedo stiprybė
gaunama jėga
Išcentrinė jėga
Pakabos jėga
Amp galia
Lorenco jėga

Literatūra:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky „USE 2009“
I.V. Krivčenko „Fizika – 7“
V.A.Kasjanovas „Fizika. Profilio lygis“

« Fizika – 10 klasė

2 skyriuje pristatėme jėgos sąvoką kaip kiekybinį vieno kūno poveikio kitam matą.
Šiame skyriuje svarstysime, kokios jėgos yra laikomos mechanikoje, kas lemia jų reikšmes.

Kiek jėgų rūšių egzistuoja gamtoje?
Išvardykite galias, kurias žinote.
Kokia jų prigimtis – gravitacinė ar elektromagnetinė?

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad ėmėmės didžiulės ir neišsprendžiamos užduoties: Žemėje ir už jos ribų yra be galo daug kūnų.
Jie sąveikauja įvairiais būdais.

branduolines pajėgas veikia tarp dalelių atomo branduoliuose ir nustato branduolių savybes.

Branduolinių pajėgų apimtis yra labai ribota.

Jie pastebimi tik atominių branduolių viduje (ty 10–15 m atstumu).
Jau atstumais tarp dalelių, kurių dydis yra 10–13 m (tūkstantį kartų mažesnis už atomo dydį – 10–10 m), jų visai neatsiranda.

Silpnos sąveikos sukelti abipuses elementariųjų dalelių transformacijas, nustatyti radioaktyvų branduolių skilimą, termobranduolinės sintezės reakcijas.

Jie atsiranda dar mažesniais atstumais, maždaug 10–17 m.

Branduolinės jėgos yra galingiausios gamtoje.

Jei branduolinių jėgų intensyvumas laikomas vienybe, tai elektromagnetinių jėgų intensyvumas bus 10 -2, gravitacinių - 10-40, silpnų sąveikų - 10 -16.

Stiprioji (branduolinė) ir silpnoji sąveika pasireiškia tokiais mažais atstumais, kai Niutono mechanikos dėsniai, o kartu su jais ir mechaninės jėgos samprata, praranda prasmę.

Stiprios ir silpnosios sąveikos intensyvumas matuojamas energijos vienetais (elektronvoltais), o ne jėgos vienetais, todėl termino „jėga“ vartojimas jiems paaiškinamas šimtmečių senumo visų reiškinių aiškinimo tradicija. supančiame pasaulyje veikiant kiekvienam reiškiniui būdingoms „jėgoms“.

Mechanikoje nagrinėsime tik gravitacinę ir elektromagnetinę sąveiką.

Jėgos mechanikoje.

Mechanikoje jie dažniausiai susiduria su trijų tipų jėgomis – gravitacinėmis jėgomis, tamprumo jėgomis ir trinties jėgomis.

Šaltinis: „Fizika – 10 klasė“, 2014 m., vadovėlis Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Dinamika – fizika, vadovėlis 10 klasei – fizika klasėje

SM Dmitrievskaya vidurinė mokykla

Fizikos pamoka 11 klasėje tema: „Jėgos gamtoje“

Kolupajevas Vladimiras Grigorjevičius

Fizikos mokytojas

2015

tikslas Pamoka skirta išplėsti programos medžiagą tema: „Jėgos gamtoje“ ir tobulinti praktinius įgūdžius bei gebėjimus sprendžiant USE problemas.

Pamokos tikslai:

sustiprinti išmoktą medžiagą,

formuoti mokinių idėjas apie jėgas apskritai ir apie kiekvieną jėgą atskirai,

teisingai taikyti formules ir teisingai sudaryti brėžinius spręsdami problemas.

Pamoką lydi multimedijos pristatymas.

aš. Jėga vadinamas vektoriniu dydžiu, kuris yra bet kokio judėjimo, kaip kūnų sąveikos pasekmė, priežastis. Sąveika yra kontaktinė, sukelianti deformaciją ir nekontaktinė. Deformacija – tai kūno ar atskirų jo dalių formos pasikeitimas dėl sąveikos.

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) jėgos vienetas vadinamas niutonas(H). 1 N yra lygi jėgai, kuri suteikia 1 kg masės atskaitos kūnui 1 m/s 2 pagreitį jėgos kryptimi. Jėgos matavimo prietaisas yra dinamometras.

Jėga, veikianti kūną, priklauso nuo:

Taikomos jėgos dydis;

Jėgos taikymo taškai;

Jėgos kryptys.

Apsvarstykite siūlomas pajėgas.

Gravitacijos jėga.

G = 6,67. 10 -11 - gravitacinė konstanta, nustatyta Cavendish.

1 pav

Viena iš visuotinės gravitacijos jėgos apraiškų yra gravitacijos jėga, o laisvojo kritimo pagreitį galima nustatyti pagal formulę:

Kur: M yra Žemės masė, R z yra Žemės spindulys.

Gravitacija.

Kur: m - kūno svoris; g - laisvo kritimo pagreitis (g \u003d 9,8 m / s 2).

Kūno svoris.

2 pav

Jei kūnas yra ramybės būsenoje, tada galima teigti, kad svoris yra lygus gravitacijos jėgai ir nustatomas pagal formulę P = mg.

Jei kūnas juda su pagreičiu aukštyn, tada kūnas patiria perkrovą. Svoris nustatomas pagal formulę P \u003d m (g + a).

3 pav

Kūno svoris yra maždaug du kartus didesnis už gravitacijos modulį (dviguba perkrova).

Jei kūnas juda pagreičiu žemyn, pirmosiomis judėjimo sekundėmis kūnas gali patirti nesvarumą. Svoris nustatomas pagal formulę P \u003d m (g - a).

Ryžiai. 4

Trinties jėga.

Jėga, atsirandanti judant vienam kūnui kito paviršiumi, nukreipta judėjimui priešinga kryptimi, vadinama trinties jėga.

5 pav

6 pav

Trinties jėga nustatoma pagal formulę:

F = µN

N - atramos reakcijos jėga - tai elastingumo jėga, atsirandanti paviršiuje, veikiant kūno svoriui.

Horizontaliam paviršiui: F tr = µmg

Elastinė jėga.

Kai kūnas deformuojamas, atsiranda jėga, kuri siekia atkurti buvusius kūno matmenis ir formą. Tai vadinama elastingumo jėga.

Paprasčiausias deformacijos tipas yra tempiama arba gniuždomoji deformacija.

Ryžiai. 7

Šis santykis išreiškia eksperimentiškai nustatytą Huko dėsnį: tamprumo jėga yra tiesiogiai proporcinga kūno ilgio pokyčiui.

Čia: k – kūno standumo koeficientas, matuojamas niutonais vienam metrui (N/m). Standumo koeficientas priklauso nuo kėbulo formos ir matmenų, taip pat nuo medžiagos.

Fizikoje Huko dėsnis tempimo ar gniuždymo deformacijai paprastai rašomas kitokia forma:

Esant lenkimo deformacijai F kontrolė = - mg ir F kontrolė = - Kx.

8 pav

Todėl galime rasti standumo koeficientą:

k =

Ryžiai. 9

4. Rezultatinė jėga.

Rezultatinė jėga yra jėga, kuri pakeičia kelių jėgų veiksmus. Ši jėga taikoma sprendžiant problemas naudojant kelias jėgas.

10 pav

Kūną veikia gravitacijos ir atramos reakcijos jėga. Gaunama jėga šiuo atveju randama pagal lygiagretainio taisyklę ir nustatoma pagal formulę

Remiantis rezultato apibrėžimu, antrasis Niutono dėsnis gali būti aiškinamas taip: gaunamoji jėga yra lygi kūno pagreičio ir jo masės sandaugai.

R=ma

Archimedo galia.

Archimedo jėga yra plūduriuojanti jėga, atsirandanti skystyje ar dujose ir veikianti priešingai gravitacijos jėgai.

Archimedo principas: kūnas, panardintas į skystį ar dujas, patiria plūduriuojančią jėgą, lygią išstumto skysčio svoriui.

F A = mg = Vg

Kur: skysčio arba dujų tankis; V – panardintos kūno dalies tūris; g yra laisvojo kritimo pagreitis.

11 pav

Išcentrinė jėga.

Išcentrinė jėga atsiranda judant apskritimu ir nukreipta išilgai spindulio nuo centro.

Kur: v – tiesinis greitis; r yra apskritimo spindulys.

12 pav

Kulono stiprumas.

Čia: q 1 ir q 2 – sąveikaujantys krūviai, išmatuoti C (kulonais);

r – atstumas tarp krūvių; k yra proporcingumo koeficientas.

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

Dažnai jis rašomas tokia forma: , kur elektrinė konstanta lygi 8,85 . 10 12 C 2 /(N . m 2).

13 pav

Sąveikos jėgos paklūsta trečiajam Niutono dėsniui: F 1 = - F 2 . Tai yra atstumiančios jėgos, turinčios tuos pačius krūvio ženklus, ir patrauklios jėgos su skirtingais ženklais.

14 pav

Amperų galia.

Srovę nešantį laidininką magnetiniame lauke veikia amperinė jėga.

F A \u003d IBlsin

Kur: I - srovės stipris laidininke; B - magnetinė indukcija; l yra laidininko ilgis; yra kampas tarp laidininko krypties ir magnetinės indukcijos vektoriaus krypties.

Šios jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę.

Ryžiai. 15

Lorenco jėga.

Jėga, kuria elektromagnetinis laukas veikia bet kurį jame esantį įkrautą kūną, vadinama Lorenco jėga.

F = qvBsin

Ryžiai. 16

Čia: q yra įkrovos dydis; v – įkrautos dalelės greitis; B - magnetinė indukcija; yra kampas tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorių.

Lorenco jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę.

Pamokos pabaigoje mokiniams suteikiama galimybė užpildyti lentelę.

Fragmentų rodinys (interaktyvūs fizikos modeliai)

II. USE užduočių sprendimas

1. Dvi vienodos masės planetos sukasi apskritimo orbitomis aplink žvaigždę. Pirmojo iš jų žvaigždės traukos jėga yra 4 kartus didesnė nei antrosios. Koks yra pirmosios ir antrosios planetų orbitų spindulių santykis?

1)
2)
3)
4)

Sprendimas.
Pagal visuotinės gravitacijos dėsnį, planetos traukos prie žvaigždės jėga yra atvirkščiai proporcinga orbitos spindulio kvadratui. Taigi, dėl planetų masių lygybės (), traukos jėgų santykis su pirmosios ir antrosios planetos žvaigžde yra atvirkščiai proporcingas orbitų spindulių kvadratų santykiui:

Pagal sąlygą pirmosios planetos traukos jėga žvaigždė yra 4 kartus didesnė nei antrosios: tai reiškia, kad

2. Spektaklio metu gimnastė pakyla nuo tramplino (1 etapas), atlieka salto ore (2 etapas) ir nusileidžia ant kojų (3 etapas). Kuriame (-iuose) judėjimo etape (-iuose) gimnastas gali patirti nesvarumo būseną?

1) tik 2 etape
2) tik 1 ir 2 etapuose
3) 1, 2 ir 3 etapais
4) nė vienas iš išvardytų etapų

Sprendimas.
Svoris – tai jėga, kuria kūnas spaudžia atramą arba ištempia pakabą. Nesvarumo būsena yra ta, kad kūnas neturi svorio, o gravitacijos jėga niekur nedingsta. Kai gimnastė nustumia nuo tramplino, ji spaudžia jį. Kai gimnastė nusileidžia ant kojų, ji spaudžiasi ant žemės. Tramplinas ir žemė atlieka atramos vaidmenį, todėl 1 ir 3 etapuose jis nėra artimas nesvarumui. Priešingai, skrydžio metu (2 etapas) gimnastas tiesiog neturi atramos, jei nepaisysime oro pasipriešinimo. Kadangi nėra atramos, tada nėra ir svorio, o tai reiškia, kad gimnastas tikrai patiria nesvarumo būseną.

3. Kūnas yra pakabintas ant dviejų siūlų ir yra pusiausvyroje. Kampas tarp sriegiu lygus , o sriegiu tempimo jegos lygios 3 H ir 4 H. Kokia gravitacine jega veikia kuna?

1) 1H
2) 5H
3) 7H
4) 25h

Sprendimas.
Iš viso kūną veikia trys jėgos: gravitacija ir dviejų siūlų įtempimas. Kadangi kūnas yra pusiausvyroje, visų trijų jėgų rezultatas turi būti lygus nuliui, o tai reiškia, kad gravitacijos modulis yra

Teisingas atsakymas: 2.

4. Paveiksle pavaizduoti trys jėgų vektoriai, esantys toje pačioje plokštumoje ir taikomi vienam taškui.

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

Sprendimas.
Iš paveikslo matyti, kad jėgų ir sutampa su jėgos vektoriumi, todėl visų trijų jėgų rezultanto modulis yra lygus

Naudodami figūros mastelį randame galutinį atsakymą

Teisingas atsakymas: 3.

5. Kaip juda materialus taškas, kai visų jį veikiančių jėgų suma lygi nuliui? Kuris teiginys yra teisingas?

1) materialaus taško greitis būtinai lygus nuliui
2) materialaus taško greitis laikui bėgant mažėja
3) materialaus taško greitis yra pastovus ir būtinai nelygus nuliui
4) materialaus taško greitis gali būti bet koks, bet jis turi būti pastovus laike

Sprendimas.
Pagal antrąjį Niutono dėsnį, inercinėje atskaitos sistemoje kūno pagreitis yra proporcingas visų jėgų rezultatui. Kadangi pagal sąlygą visų kūną veikiančių jėgų suma lygi nuliui, kūno pagreitis taip pat lygus nuliui, o tai reiškia, kad kūno greitis gali būti bet koks, bet būtinai pastovus laike.
Teisingas atsakymas: 4.

6. 5 kg masės strypą, judantį išilgai horizontalaus paviršiaus, veikia slydimo trinties jėga 20 N. Kokia bus slydimo trinties jėga kūno masei sumažėjus 2 kartus, jei trinties koeficientas nekinta?

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

Sprendimas.
Slydimo trinties jėga yra susijusi su trinties koeficientu ir atramos reakcijos jėga santykiu . Juostam, judančiam išilgai horizontalaus paviršiaus, pagal antrąjį Niutono dėsnį, .

Taigi slydimo trinties jėga yra proporcinga trinties koeficiento ir strypo masės sandaugai. Jei trinties koeficientas nesikeičia, tada kūno masei sumažėjus 2 kartus, slydimo trinties jėga taip pat sumažės 2 kartus ir bus lygi

Teisingas atsakymas: 2.

III. Apibendrinimas, įvertinimas.

IV. D/z:

Paveiksle pavaizduoti trys jėgų vektoriai, esantys toje pačioje plokštumoje ir taikomi vienam taškui.

Paveikslo mastelis yra toks, kad tinklelio vieno kvadrato kraštinė atitiktų jėgos modulį 1 H. Nustatykite trijų jėgų vektorių atstojamojo vektoriaus modulį.

Grafike parodyta tam tikros planetos gravitacijos priklausomybė nuo kūno masės.

Koks yra laisvojo kritimo pagreitis šioje planetoje?

Interneto šaltinis: 1.

Literatūra:

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

V.A.Kasjanovas „Fizika. Profilio lygis“

Populiarus kategorijoje: