hjem › Brems › Krefter i naturen. Gravitasjonskrefter – Kunnskapshypermarked

Krefter i naturen. Gravitasjonskrefter – Kunnskapshypermarked

Til nå har det generelle maktbegrepet vært brukt, og spørsmålet om hva slags krefter det finnes og hva de representerer har ikke vært vurdert. Til tross for mangfoldet av krefter som finnes i naturen, kan de alle reduseres til fire typer grunnleggende krefter: 1) gravitasjonskraft; 2) elektromagnetisk; 3) kjernefysisk; 4) svak.

Gravitasjonskrefter oppstår mellom noen kropper. Handlingen deres må bare tas i betraktning i en verden av store kropper.

Elektromagnetiske krefter handle på ladninger både stasjonære og bevegelige. Siden materie er bygd opp av atomer, som igjen består av elektroner og protoner, er de fleste kreftene vi møter i livet elektromagnetiske krefter. De er for eksempel elastiske krefter som oppstår under deformasjon av kropper, friksjonskrefter.

Kjernefysisk og svak krefter manifesterer seg i avstander som ikke overstiger m, derfor er disse kreftene merkbare bare i mikrokosmos. All klassisk fysikk, og med det kraftbegrepet, er uanvendelig på elementærpartikler. Det er umulig å nøyaktig karakterisere interaksjonen mellom disse partiklene ved hjelp av krefter. En energisk beskrivelse blir den eneste mulige her. Men i atomfysikk snakker de ofte om krefter. I dette tilfellet begrepet makt blir synonymt med ordet interaksjon.

Således, i moderne vitenskap ordet makt brukt i to betydninger: for det første i betydningen mekanisk styrke– et eksakt kvantitativt mål på interaksjon; for det andre betyr kraft tilstedeværelsen av en interaksjon av en bestemt type, hvis nøyaktige kvantitative mål bare kan være energi.

I mekanikk vurderes tre typer krefter: gravitasjons-, elastiske og friksjonskrefter. La oss se kort på dem.

1. Gravitasjonskrefter. Alle kropper i naturen er tiltrukket av hverandre. Disse kreftene kalles gravitasjon. Newton etablerte en lov kalt loven om universell gravitasjon: kreftene som materielle punkter tiltrekkes med er proporsjonale med produktet av massene deres, omvendt proporsjonale med kvadratet på avstanden mellom dem og rettet langs den rette linjen som forbinder dem, dvs.

, (2.16)

Hvor M Og T- kroppsmasser; r- avstand mellom kropper;   gravitasjonskonstant. ""-tegnet indikerer at det er en tyngdekraft.

Av formel (2.16) følger det at når T = M= 1 kg og r= 1 m,  = F, dvs. gravitasjonskonstanten er lik modulen til tiltrekningskraften til materielle punkter med enhetsmasse plassert i en enhetsavstand fra hverandre. Det første eksperimentelle beviset på loven om universell gravitasjon ble utført av Cavendish. Han var i stand til å bestemme verdien av gravitasjonskonstanten:
. En veldig liten verdi  indikerer at tyngdekraften til vekselvirkning er signifikant kun når det gjelder kropper med store masser.

2. Elastiske krefter. Ved elastiske deformasjoner oppstår elastiske krefter. I følge Hookes lov, elastisk kraftmodul
proporsjonal med mengden deformasjon X, dvs.

, (2.17)

Hvor k- elastisitetskoeffisient. ""-tegnet bestemmer det faktum at retningen av kraft og deformasjon er motsatt.

3. Friksjonskrefter. Når du beveger kropper i kontakt eller deres deler i forhold til hverandre, friksjonskrefter. Det er intern (viskøs) og ekstern (tørr) friksjon.

Viskøs friksjon kalt friksjon mellom et fast stoff og et flytende eller gassformig medium, samt mellom lag av et slikt medium.

Ytre friksjon kalle fenomenet fremveksten ved kontaktpunktet for kontakt med solide krefter som forhindrer deres gjensidige bevegelse. Hvis de kontaktende kroppene er ubevegelige, oppstår det en kraft mellom dem når de prøver å bevege den ene kroppen i forhold til den andre. Det kalles statisk friksjonskraft. Den statiske friksjonskraften er ikke en unikt definert størrelse. Den endres fra null til maksimalverdien av kraften som påføres parallelt med kontaktplanet, hvor kroppen begynner å bevege seg (fig. 2.3).

Vanligvis kalles den statiske friksjonskraften den maksimale friksjonskraften. Modulus for statisk friksjonskraft
er proporsjonal med modulen til normaltrykkkraften, som ifølge Newtons tredje lov er lik modulen til støttereaksjonskraften N, dvs.
, Hvor
 statisk friksjonskoeffisient.

Når en kropp beveger seg langs overflaten til en annen kropp, glidende friksjonskraft. Det er fastslått at modulen til den glidende friksjonskraften
er også proporsjonal med modulen til normaltrykkkraften N

, (2.19)

hvor  er koeffisienten for glidefriksjon. Bestemte det
Men når de løser mange problemer, anses de som likeverdige.

Når du løser problemer, tas følgende typer krefter i betraktning:

1. Tyngdekraften
- kraften som jordens gravitasjonsfelt virker på kroppen (denne kraften påføres kroppens massesenter).

2. Kroppsvekt  kraften som et legeme virker på en horisontal støtte eller tråd som holder den mot fritt fall (elastisk kraft i naturen). En kraft påføres støtten (tråden). I en treghetsreferanseramme
.

3. Bakke reaksjonskraft - kraften som støtteflaten virker på kroppen (elastisk kraft i naturen). Kraft påført til kroppen fra siden av støtten og vinkelrett på kontaktflaten.

4. Trådspenning - kraften som tråden virker på en kropp som henger fra tråden. Kraften påføres kroppen og rettes oppover langs tråden.

5. Friksjonskraft
.

Årsaken til endringen i bevegelse: utseendet til akselerasjon i kroppen er kraft. Krefter oppstår når kropper samhandler med hverandre. Men hvilke typer interaksjoner finnes og er det mange av dem?

Ved første øyekast kan det virke som om det er mange forskjellige typer påvirkninger av kropper på hverandre, og derfor forskjellige typer krefter. Akselerasjon kan gis til en kropp ved å skyve eller dra den med hånden; et skip seiler raskere når det blåser god vind; Enhver kropp som faller til jorden beveger seg med akselerasjon; Ved å trekke og slippe buestrengen gir vi pilen akselerasjon. I alle de vurderte tilfellene er det krefter i sving, og de virker alle helt forskjellige. Og du kan nevne andre krefter. Alle vet om eksistensen av elektriske og magnetiske krefter, om kraften til tidevann, om kraften til jordskjelv og orkaner.

Men er det virkelig så mange forskjellige krefter i naturen?

Hvis vi snakker om den mekaniske bevegelsen av kropper, så møter vi her bare tre typer krefter: gravitasjonskraft, elastisk kraft og friksjonskraft. Alle kreftene diskutert ovenfor kommer ned til dem. Elastisitets-, tyngde- og friksjonskreftene er en manifestasjon av kreftene til universell tyngdekraft og elektromagnetiske naturkrefter. Det viser seg at i naturen er det bare to av disse kreftene.

Elektromagnetiske krefter. Mellom elektrifiserte legemer er det en spesiell kraft som kalles den elektriske kraften, som enten kan være en tiltrekningskraft eller en frastøtende kraft. I naturen er det to typer ladninger: positive og negative. To kropper med forskjellige ladninger tiltrekker seg, og kropper med samme ladninger frastøter.

Elektriske ladninger har én spesiell egenskap: når ladningene beveger seg, i tillegg til den elektriske kraften, oppstår det en annen kraft mellom dem - en magnetisk kraft.

Magnetiske og elektriske krefter er nært knyttet til hverandre og virker samtidig. Og siden vi oftest har å gjøre med bevegelige ladninger, kan kreftene som virker mellom dem ikke differensieres. Og disse kreftene kalles elektromagnetiske krefter.

Hvordan oppstår en "elektrisk ladning" som en kropp kan ha eller ikke har?

Alle legemer er bygd opp av molekyler og atomer. Atomer består av enda mindre partikler – atomkjernen og elektroner. De, kjerner og elektroner, har visse elektriske ladninger. Kjernen har positiv ladning og elektronene har negativ ladning.

Under normale forhold har et atom ingen ladning - det er nøytralt, fordi den totale negative ladningen til elektronene er lik den positive ladningen til kjernen. Og kropper som består av slike nøytrale atomer er elektrisk nøytrale. Det er praktisk talt ingen elektriske interaksjonskrefter mellom slike legemer.

Men i samme flytende (eller faste) legeme er naboatomer plassert så nær hverandre at vekselvirkningskreftene mellom ladningene de består av er svært betydelige.

Samspillskreftene mellom atomer avhenger av avstanden mellom dem. Samspillskreftene mellom atomer er i stand til å endre retning når avstanden mellom dem endres. Hvis avstanden mellom atomene er veldig liten, frastøter de hverandre. Men hvis avstanden mellom dem økes, begynner atomene å tiltrekke seg hverandre. Ved en viss avstand mellom atomene blir kreftene i deres interaksjon null. Naturligvis på slike avstander er atomene plassert i forhold til hverandre. Merk at disse avstandene er svært små, og er omtrent lik størrelsen på selve atomene.

nettside, ved kopiering av materiale helt eller delvis, kreves en lenke til kilden.

Seksjoner: Fysikk

Hensikt Leksjonen er å utvide programmaterialet om emnet: «Krfter i naturen» og forbedre praktiske ferdigheter og problemløsningsevner.

Leksjonens mål:

konsolidere det studerte materialet,
å danne i elevene ideer om krefter generelt og om hver kraft separat,
kompetent anvende formler og konstruere tegninger riktig når du løser problemer.

Leksjonen er ledsaget av en multimediapresentasjon.

Med makt kalles en vektormengde, som er årsaken til enhver bevegelse som en konsekvens av kroppens interaksjoner. Interaksjoner kan være kontakt, forårsake deformasjoner, eller ikke-kontakt. Deformasjon er en endring i formen til en kropp eller dens individuelle deler som et resultat av interaksjon.

I International System of Units (SI) kalles kraftenheten newton (N). 1 N er lik kraften som gir en akselerasjon på 1 m/s 2 til et referanselegeme som veier 1 kg i kraftens retning. En enhet for å måle kraft er et dynamometer.

Effekten av kraft på en kropp avhenger av:

Størrelsen på den påførte kraften;
Tving påføringspunkter;
Retninger for krafthandling.

I sin natur er krefter gravitasjonsmessige, elektromagnetiske, svake og sterke interaksjoner på feltnivå. Gravitasjonskrefter inkluderer gravitasjon, kroppsvekt og gravitasjon. Elektromagnetiske krefter inkluderer elastisk kraft og friksjonskraft. Interaksjoner på feltnivå inkluderer slike krefter som: Coulomb-kraft, Ampere-kraft, Lorentz-kraft.

La oss se på de foreslåtte styrkene.

Tyngdekraften.

Tyngdekraften bestemmes fra loven om universell gravitasjon og oppstår på grunnlag av gravitasjonsinteraksjoner mellom legemer, siden ethvert legeme med masse har et gravitasjonsfelt. To legemer samhandler med krefter som er like store og motsatt rettede, direkte proporsjonale med produktet av massene og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom sentrene deres.

G = 6,67. 10 -11 - gravitasjonskonstant definert av Cavendish.

En av manifestasjonene av universell tyngdekraft er tyngdekraften, og akselerasjonen av fritt fall kan bestemmes av formelen:

Hvor: M er jordens masse, Rz er jordens radius.

Oppgave: Bestem kraften som to skip som veier 10 7 kg hver, plassert i en avstand på 500 m fra hverandre, tiltrekkes av hverandre.

Hva er tyngdekraften avhengig av?
Hvordan kan vi skrive formelen for gravitasjonskraften som virker i en høyde h fra jordoverflaten?
Hvordan ble gravitasjonskonstanten målt?

Tyngdekraften.

Kraften som Jorden tiltrekker alle kropper med, kalles gravitasjon. Det er betegnet med F-streng, påført tyngdepunktet, rettet radialt mot jordens sentrum, bestemt av formelen F-streng = mg.

Hvor: m – kroppsvekt; g – gravitasjonsakselerasjon (g=9,8m/s2).

Problem: Tyngdekraften på jordens overflate er 10N. Hva vil det være lik i en høyde lik jordens radius (6,10 6 m)?

I hvilke enheter måles g koeffisient?
Det er kjent at jorden ikke er en kule. Det er flatet ved stolpene. Vil tyngdekraften til samme legeme være den samme ved polen og ekvator?
Hvordan bestemme tyngdepunktet til en kropp med regelmessig og uregelmessig geometrisk form?

Kroppsvekt.

Kraften som et legeme virker på en horisontal støtte eller vertikal oppheng, på grunn av tyngdekraften, kalles vekt. Utpekt - P, festet til en støtte eller oppheng under tyngdepunktet, rettet nedover.

Hvis kroppen er i ro, kan det hevdes at vekten er lik tyngdekraften og bestemmes av formelen P = mg.

Hvis en kropp beveger seg oppover med akselerasjon, opplever kroppen en overbelastning. Vekt bestemmes av formelen P = m(g + a).

Kroppsvekten er omtrent dobbelt så stor som tyngdemodulen (dobbel overbelastning).

Hvis en kropp beveger seg med nedadgående akselerasjon, kan kroppen oppleve vektløshet i de første sekundene av bevegelsen. Vekt bestemmes av formelen P = m(g - a).

Oppgave: en heis med en masse på 80 kg beveger seg:

Jevnt;

stiger med en akselerasjon på 4,9 m/s 2 oppover;
går ned med samme akselerasjon.
bestemme vekten på heisen i alle tre tilfellene.

Hvordan er vekt forskjellig fra tyngdekraft?
Hvordan finne punktet for påføring av vekt?
Hva er overbelastning og vektløshet?

Friksjonskraft.

Kraften som oppstår når en kropp beveger seg langs overflaten til en annen, rettet i motsatt retning av bevegelsen, kalles friksjonskraften.

Påføringspunktet for friksjonskraften under tyngdepunktet, i motsatt retning av bevegelsen langs kontaktflatene. Friksjonskraften er delt inn i statisk friksjonskraft, rullende friksjonskraft og glidende friksjonskraft. Den statiske friksjonskraften er en kraft som hindrer bevegelse av en kropp på overflaten av en annen. Når du går, gir den statiske friksjonskraften som virker på sålen akselerasjon til personen. Ved gliding brytes bindingene mellom atomene til opprinnelig ubevegelige kropper, og friksjonen avtar. Kraften til glidefriksjonen avhenger av den relative bevegelseshastigheten til kontaktlegemene. Rullefriksjon er mange ganger mindre enn glidefriksjon.

Friksjonskraften bestemmes av formelen:

Hvor: µ er friksjonskoeffisienten, en dimensjonsløs mengde som avhenger av overflatebehandlingens natur og av kombinasjonen av materialer i kontaktlegemene (tiltrekningskreftene til individuelle atomer av forskjellige stoffer avhenger betydelig av deres elektriske egenskaper);

N – støttereaksjonskraft er den elastiske kraften som oppstår i overflaten under påvirkning av kroppsvekt.

For en horisontal overflate: F tr = µmg

Når et fast legeme beveger seg i en væske eller gass, oppstår det en viskøs friksjonskraft. Kraften til viskøs friksjon er betydelig mindre enn kraften til tørr friksjon. Den er også rettet i motsatt retning av kroppens relative hastighet. Med viskøs friksjon er det ingen statisk friksjon. Kraften til viskøs friksjon avhenger sterkt av kroppens hastighet.

Problem: Et hundespann begynner å trekke en 100 kg slede stående på snøen med en konstant kraft på 149 N. I hvilket tidsrom vil sleden dekke de første 200 m av stien hvis koeffisienten for glidefriksjon til løperne på snøen er 0,05?

Under hvilke forhold oppstår friksjon?
Hva er glidende friksjonskraft avhengig av?
Når er friksjon "nyttig" og når er det "skadelig"?

Elastisk kraft.

Når en kropp deformeres, oppstår det en kraft som har en tendens til å gjenopprette kroppens tidligere størrelse og form. Det kalles elastisk kraft.

Den enkleste typen deformasjon er strekk- eller trykkdeformasjon.

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

Dette forholdet uttrykker Hookes eksperimentelt etablerte lov: den elastiske kraften er direkte proporsjonal med endringen i lengden på kroppen.

Hvor: k er stivhetskoeffisienten til kroppen, målt i newton per meter (N/m). Stivhetskoeffisienten avhenger av formen og størrelsen på kroppen, så vel som av materialet.

I fysikk er Hookes lov for strekk- eller trykkdeformasjon vanligvis skrevet i en annen form:

Hvor: – relativ deformasjon; E er Youngs modul, som kun avhenger av materialets egenskaper og ikke avhenger av størrelsen og formen på kroppen. For forskjellige materialer varierer Youngs modul mye. For stål, for eksempel, E2·10 11 N/m 2, og for gummi E2·10 6 N/m 2; - mekanisk påkjenning.

Under bøyedeformasjon F-kontroll = - mg og F-kontroll = - Kx.

Derfor kan vi finne stivhetskoeffisienten:

Spiralfjærer brukes ofte i teknologi. Når fjærer strekkes eller komprimeres, oppstår elastiske krefter, som også følger Hookes lov, og torsjons- og bøyedeformasjoner oppstår.

Oppgave: Fjæren til en barnepistol ble komprimert med 3 cm Bestem den elastiske kraften som genereres i den hvis fjærstivheten er 700 N/m.

Hva bestemmer kroppens stivhet?
Forklar årsaken til at elastisk kraft oppstår?
Hva bestemmer størrelsen på den elastiske kraften?

4. Resulterende kraft.

En resulterende kraft er en kraft som erstatter handlingene til flere krefter. Denne kraften brukes til å løse problemer som involverer flere krefter.

Kroppen påvirkes av tyngdekraften og bakkens reaksjonskraft. Den resulterende kraften, i dette tilfellet, er funnet i henhold til parallellogramregelen og bestemmes av formelen

Basert på definisjonen av resultanten kan vi tolke Newtons andre lov som: den resulterende kraften er lik produktet av akselerasjonen til et legeme og dets masse.

Resultanten av to krefter som virker langs en rett linje i én retning er lik summen av modulene til disse kreftene og er rettet i virkningsretningen til disse kreftene. Hvis krefter virker langs en rett linje, men i forskjellige retninger, er den resulterende kraften lik forskjellen i modulene til de virkende kreftene og er rettet i retning av den større kraften.

Problem: et skråplan som danner en vinkel på 30° har en lengde på 25 m. kroppen, beveget seg jevnt akselerert, gled fra dette planet på 2 s. Bestem friksjonskoeffisienten.

Kraften til Archimedes.

Arkimedeskraften er en flytende kraft som oppstår i en væske eller gass og virker motsatt av tyngdekraften.

Arkimedes lov: et legeme nedsenket i en væske eller gass opplever en flytekraft lik vekten av den fortrengte væsken

Hvor: – tetthet av væske eller gass; V er volumet av den nedsenkede delen av kroppen; g – akselerasjon av fritt fall.

Problem: En støpejernskule med et volum på 1 dm 3 ble senket ned i væske. Vekten gikk ned med 8,9N. Hva slags væske er ballen i?

Hva er flyteforholdene for kropper?
Er Archimedes' kraft avhengig av tettheten til et legeme nedsenket i en væske?
Hvordan er Archimedes' styrke rettet?

Sentrifugalkraft.

Sentrifugalkraft oppstår når man beveger seg i en sirkel og er rettet radialt fra sentrum.

Hvor: v – lineær hastighet; r er radiusen til sirkelen.

Coulomb styrke.

I newtonsk mekanikk brukes begrepet gravitasjonsmasse, tilsvarende i elektrodynamikk er det primære begrepet elektrisk ladning.Elektrisk ladning er en fysisk størrelse som karakteriserer egenskapen til partikler eller kropper til å gå inn i elektromagnetiske kraftvekselvirkninger. Ladningene samhandler med Coulomb-styrken.

Hvor: q 1 og q 2 – samvirkende ladninger, målt i C (Coulombs);

r – avstand mellom ladninger; k – proporsjonalitetskoeffisient.

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

Det skrives ofte på formen: , hvor er den elektriske konstanten lik 8,85 . 1012 Cl2/(N . m 2).

Interaksjonskrefter adlyder Newtons tredje lov: F 1 = - F 2. De er frastøtende krefter med samme tegn på ladninger og tiltrekningskrefter med forskjellige tegn.

Hvis et ladet legeme interagerer samtidig med flere ladede legemer, er den resulterende kraften som virker på et gitt legeme lik vektorsummen av kreftene som virker på denne kroppen fra alle andre ladede legemer.

Problem: Samhandlingskraften mellom to identiske punktladninger plassert i en avstand på 0,5 m er lik 3,6 N. Finne verdiene til disse kostnadene?

Hvorfor blir begge gnidelegemene ladet under elektrifisering av friksjon?
Forblir massen til et legeme uendret når det elektrifiseres?
Hva er den fysiske betydningen av proporsjonalitetskoeffisienten i Coulombs lov?

Ampere kraft.

En strømførende leder i et magnetfelt påvirkes av en amperekraft.

Hvor: I – strømstyrke i lederen; B - magnetisk induksjon; l er lengden på lederen; – vinkelen mellom retningen til lederen og retningen til den magnetiske induksjonsvektoren.

Retningen til denne kraften kan bestemmes av venstrehåndsregelen.

Hvis venstre hånd skal plasseres slik at linjene med magnetisk induksjon kommer inn i håndflaten, er de utvidede fire fingrene rettet langs virkningen av strømkraften, så indikerer den bøyde tommelen retningen til Ampere-kraften.

Oppgave: Bestem retningen til strømmen i en leder plassert i et magnetfelt hvis kraften som virker på lederen har retningen

Under hvilke forhold oppstår Ampere-styrken?
Hvordan bestemme virkningsretningen til Ampere-kraften?
Hvordan bestemme retningen til magnetiske induksjonslinjer?

Lorentz kraft.

Kraften som et elektromagnetisk felt virker på et ladet legeme i det kalles Lorentz-kraften.

Hvor: q – ladeverdi; v er bevegelseshastigheten til en ladet partikkel; B - magnetisk induksjon; – vinkelen mellom hastighets- og magnetiske induksjonsvektorer.

Retningen til Lorentz-kraften kan bestemmes av venstrehåndsregelen.

Problem: i et jevnt magnetfelt, hvis induksjon er 2 T, beveger et elektron seg med en hastighet på 10 5 m/s vinkelrett på linjene for magnetisk induksjon. Regn ut kraften som virker på elektronet.

Hva er Lorentz-styrken?
Hva er betingelsene for at Lorentz-styrken eksisterer?
Hvordan bestemme retningen til Lorentz-kraften?

På slutten av timen får elevene mulighet til å fylle ut en tabell.

Navn på kraft	Formel	Tegning	Søknadspunkt	Handlingsretning
Tyngdekraften
Tyngdekraften
Vekt
Friksjonskraft
Elastisk kraft
Arkimedes' styrke
Resulterende kraft
Sentrifugalkraft
Coulomb styrke
Ampere kraft
Lorentz kraft

Litteratur:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky "Unified State Exam 2009"
I.V. Krivchenko "Fysikk - 7"
V.A. Kasyanov "Fysikk. Profilnivå"

« Fysikk - 10. klasse"

I kapittel 2 introduserte vi begrepet kraft som et kvantitativt mål på en kropps virkning på en annen.
I dette kapittelet vil vi se på hvilke krefter som vurderes i mekanikk og hvordan deres verdier bestemmes.

Finnes det mange typer krefter i naturen?
List opp kreftene du kjenner.
Hvilken natur har de - gravitasjon eller elektromagnetisk?

Ved første øyekast ser det ut til at vi har tatt på oss en umulig og uløselig oppgave: det er et uendelig antall kropper på jorden og utover.
De samhandler på forskjellige måter.

Kjernefysiske styrker virke mellom partikler i atomkjerner og bestemme egenskapene til kjernene.

Utvalget av kjernefysiske styrker er svært begrenset.

De er bare merkbare inne i atomkjerner (dvs. i avstander i størrelsesorden 10 -15 m).
Allerede ved avstander mellom partikler i størrelsesorden 10 -13 m (tusen ganger mindre enn størrelsen på et atom - 10 -10 m) vises de ikke i det hele tatt.

Svake interaksjoner forårsake gjensidige transformasjoner av elementære partikler, bestemme radioaktivt forfall av kjerner, termonukleære fusjonsreaksjoner.

De vises på enda mindre avstander, i størrelsesorden 10 -17 m.

Kjernefysiske krefter er de mektigste i naturen.

Hvis intensiteten til kjernekrefter tas som enhet, vil intensiteten til elektromagnetiske krefter være 10 -2, gravitasjonskrefter - 10-40, svake interaksjoner - 10 -16.

Sterke (kjernefysiske) og svake interaksjoner manifesterer seg på så små avstander at Newtons mekanikklover, og med dem begrepet mekanisk kraft, mister mening.

Intensiteten til sterke og svake interaksjoner måles i energienheter (i elektronvolt), og ikke i kraftenheter, og derfor er bruken av begrepet "kraft" på dem forklart av den århundregamle tradisjonen med å forklare alle fenomener i omverdenen ved virkningen av "krefter" som er karakteristiske for hvert fenomen.

I mekanikk vil vi kun vurdere gravitasjons- og elektromagnetiske interaksjoner.

Krefter i mekanikk.

I mekanikk har vi vanligvis å gjøre med tre typer krefter – gravitasjonskrefter, elastiske krefter og friksjonskrefter.

Kilde: "Fysikk - 10. klasse", 2014, lærebok Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Dynamikk - Fysikk, lærebok for 10. klasse - Kul fysikk

Kommunal utdanningsinstitusjon Dmitrievskaya ungdomsskole

Fysikktime i 11. klasse om temaet: "Krfter i naturen"

Kolupaev Vladimir Grigorievich

Fysikklærer

2015

Hensikt Leksjonen er å utvide programmaterialet om emnet: "Krakter i naturen" og forbedre praktiske ferdigheter og evner til å løse Unified State Exam-problemer.

Leksjonens mål:

konsolidere det studerte materialet,

å danne i elevene ideer om krefter generelt og om hver kraft separat,

kompetent anvende formler og konstruere tegninger riktig når du løser problemer.

Leksjonen er ledsaget av en multimediapresentasjon.

JEG. Med makt kalles en vektormengde, som er årsaken til enhver bevegelse som en konsekvens av kroppens interaksjoner. Interaksjoner kan være kontakt, forårsake deformasjoner, eller ikke-kontakt. Deformasjon er en endring i formen til en kropp eller dens individuelle deler som et resultat av interaksjon.

I International System of Units (SI) kalles kraftenheten newton(N). 1 N er lik kraften som gir en akselerasjon på 1 m/s 2 til et referanselegeme som veier 1 kg i kraftens retning. En enhet for å måle kraft er et dynamometer.

Effekten av kraft på en kropp avhenger av:

Størrelsen på den påførte kraften;

Tving påføringspunkter;

Retninger for krafthandling.

La oss se på de foreslåtte styrkene.

Tyngdekraften.

G = 6,67. 10 -11 - gravitasjonskonstant definert av Cavendish.

Figur 1

En av manifestasjonene av universell tyngdekraft er tyngdekraften, og akselerasjonen av fritt fall kan bestemmes av formelen:

Hvor: M er jordens masse, Rz er jordens radius.

Tyngdekraften.

Kraften som Jorden tiltrekker alle kropper med, kalles gravitasjon. Det er betegnet med F-streng, påført tyngdepunktet, rettet radialt mot jordens sentrum, bestemt av formelen F-streng = mg.

Hvor: m – kroppsvekt; g – gravitasjonsakselerasjon (g=9,8m/s2).

Kroppsvekt.

Fig.2

Hvis kroppen er i ro, kan det hevdes at vekten er lik tyngdekraften og bestemmes av formelen P = mg.

Hvis en kropp beveger seg oppover med akselerasjon, opplever kroppen en overbelastning. Vekt bestemmes av formelen P = m(g + a).

Fig.3

Kroppsvekten er omtrent dobbelt så stor som tyngdemodulen (dobbel overbelastning).

Hvis en kropp beveger seg med nedadgående akselerasjon, kan kroppen oppleve vektløshet i de første sekundene av bevegelsen. Vekt bestemmes av formelen P = m(g - a).

Ris. 4

Friksjonskraft.

Kraften som oppstår når en kropp beveger seg langs overflaten til en annen, rettet i motsatt retning av bevegelsen, kalles friksjonskraften.

Fig.5

Fig.6

Friksjonskraften bestemmes av formelen:

F = µN

N – støttereaksjonskraft er den elastiske kraften som oppstår i overflaten under påvirkning av kroppsvekt.

For en horisontal overflate: F tr = µmg

Elastisk kraft.

Når en kropp deformeres, oppstår det en kraft som har en tendens til å gjenopprette kroppens tidligere størrelse og form. Det kalles elastisk kraft.

Den enkleste typen deformasjon er strekk- eller trykkdeformasjon.

Ris. 7

Dette forholdet uttrykker Hookes eksperimentelt etablerte lov: den elastiske kraften er direkte proporsjonal med endringen i lengden på kroppen.

Hvor: k er stivhetskoeffisienten til kroppen, målt i newton per meter (N/m). Stivhetskoeffisienten avhenger av formen og størrelsen på kroppen, så vel som av materialet.

I fysikk er Hookes lov for strekk- eller trykkdeformasjon vanligvis skrevet i en annen form:

Under bøyedeformasjon F-kontroll = - mg og F-kontroll = - Kx.

Fig.8

Derfor kan vi finne stivhetskoeffisienten:

k =

Spiralfjærer brukes ofte i teknologi. Når fjærer strekkes eller komprimeres, oppstår elastiske krefter, som også følger Hookes lov, og torsjons- og bøyedeformasjoner oppstår.

Ris. 9

4. Resulterende kraft.

En resulterende kraft er en kraft som erstatter handlingene til flere krefter. Denne kraften brukes til å løse problemer som involverer flere krefter.

Fig.10

Kroppen påvirkes av tyngdekraften og bakkens reaksjonskraft. Den resulterende kraften, i dette tilfellet, er funnet i henhold til parallellogramregelen og bestemmes av formelen

Basert på definisjonen av resultanten kan vi tolke Newtons andre lov som: den resulterende kraften er lik produktet av akselerasjonen til et legeme og dets masse.

R = ma

Kraften til Archimedes.

Arkimedeskraften er en flytende kraft som oppstår i en væske eller gass og virker motsatt av tyngdekraften.

Arkimedes lov: et legeme nedsenket i en væske eller gass opplever en flytekraft lik vekten av den fortrengte væsken

F A = mg = Vg

Hvor: – tetthet av væske eller gass; V er volumet av den nedsenkede delen av kroppen; g – akselerasjon av fritt fall.

Fig.11

Sentrifugalkraft.

Sentrifugalkraft oppstår når man beveger seg i en sirkel og er rettet radialt fra sentrum.

Hvor: v – lineær hastighet; r er radiusen til sirkelen.

Fig.12

Coulomb styrke.

Hvor: q 1 og q 2 – samvirkende ladninger, målt i C (Coulombs);

r – avstand mellom ladninger; k – proporsjonalitetskoeffisient.

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

Det skrives ofte på formen: , hvor er den elektriske konstanten lik 8,85 . 1012 Cl2/(N . m 2).

Fig.13

Interaksjonskrefter adlyder Newtons tredje lov: F 1 = - F 2. De er frastøtende krefter med samme tegn på ladninger og tiltrekningskrefter med forskjellige tegn.

Fig.14

Ampere kraft.

En strømførende leder i et magnetfelt påvirkes av en amperekraft.

F A = IBlsin

Hvor: I – strømstyrke i lederen; B - magnetisk induksjon; l er lengden på lederen; – vinkelen mellom retningen til lederen og retningen til den magnetiske induksjonsvektoren.

Retningen til denne kraften kan bestemmes av venstrehåndsregelen.

Ris. 15

Lorentz kraft.

Kraften som et elektromagnetisk felt virker på et ladet legeme i det kalles Lorentz-kraften.

F = qvBsin

Ris. 16

Hvor: q – ladeverdi; v er bevegelseshastigheten til en ladet partikkel; B - magnetisk induksjon; – vinkelen mellom hastighets- og magnetiske induksjonsvektorer.

Retningen til Lorentz-kraften kan bestemmes av venstrehåndsregelen.

På slutten av timen får elevene mulighet til å fylle ut en tabell.

Se et fragment (interaktive modeller i fysikk)

II. Løse Unified State Exam-oppgaver

1. To planeter med samme masse kretser i sirkulære baner rundt en stjerne. For den første av dem er tiltrekningskraften til stjernen 4 ganger større enn for den andre. Hva er forholdet mellom baneradiene til den første og andre planeten?

1)
2)
3)
4)

Løsning.
I henhold til loven om universell gravitasjon er tiltrekningskraften til en planet til en stjerne omvendt proporsjonal med kvadratet av orbitalradius. På grunn av likheten mellom massene til planetene (), er forholdet mellom tiltrekningskreftene til stjernen til den første og andre planeten omvendt proporsjonal med forholdet mellom kvadratene til orbitalradiene:

I henhold til tilstanden er tiltrekningskraften for den første planeten til stjernen 4 ganger større enn for den andre: som betyr

2. Under forestillingen skyver gymnasten av springbrettet (trinn 1), tar en salto i luften (trinn 2) og lander på føttene (trinn 3). På hvilke stadier av bevegelse kan en gymnast oppleve en tilstand av nesten vektløshet?

1) bare på trinn 2
2) bare på trinn 1 og 2
3) på trinn 1, 2 og 3
4) på ingen av de ovennevnte stadiene

Løsning.
Vekt er kraften som kroppen trykker på en støtte eller strekker en fjæring med. Tilstanden til vektløshet er at kroppen ikke har noen vekt, mens tyngdekraften ikke forsvinner noe sted. Når gymnasten skyver av springbrettet, legger hun press på det. Når en turner lander på føttene hennes, presser hun seg ned på bakken. Springbrettet og bakken fungerer som en støtte, så under trinn 1 og 3 er den ikke i en tilstand i nærheten av vektløshet. Tvert imot, under flyging (trinn 2) har gymnasten rett og slett ingen støtte, hvis luftmotstanden blir neglisjert. Siden det ikke er støtte, så er det ingen vekt, noe som betyr at gymnasten virkelig opplever en tilstand nær vektløshet.

3. Kroppen er opphengt i to tråder og er i likevekt. Vinkelen mellom trådene er lik , og strekkkreftene til trådene er lik 3 N og 4 H. Hva er tyngdekraften som virker på kroppen?

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

Løsning.
Totalt virker tre krefter på kroppen: tyngdekraften og strekkkraften til to tråder. Siden kroppen er i likevekt, må resultanten av alle tre kreftene være lik null, noe som betyr at tyngdemodulen er lik

Riktig svar: 2.

4. Figuren viser tre vektorer av krefter som ligger i samme plan og påført ett punkt.

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

Løsning.
Fra figuren er det klart at resultanten av kreftene sammenfaller med kraftvektoren, derfor er modulen til resultanten av alle tre kreftene lik.

Ved hjelp av skalaen til figuren finner vi det endelige svaret

Riktig svar: 3.

5. Hvordan beveger et materialpunkt seg når summen av alle krefter som virker på det er lik null? Hvilket utsagn er sant?

1) hastigheten til et materialpunkt er nødvendigvis null
2) hastigheten til et materialpunkt avtar med tiden
3) hastigheten til materialpunktet er konstant og nødvendigvis ikke lik null
4) hastigheten til et materialpunkt kan være hvilket som helst, men må være konstant i tid

Løsning.
I følge Newtons andre lov, i en treghetsreferanseramme, er akselerasjonen til et legeme proporsjonal med resultanten av alle krefter. Siden summen av alle krefter som virker på kroppen ifølge betingelsen er lik null, er kroppens akselerasjon også lik null, noe som betyr at kroppens hastighet kan være hvilken som helst, men må være konstant i tid .
Riktig svar: 4.

6. En blokk med en masse på 5 kg som beveger seg på en horisontal flate påvirkes av en glidende friksjonskraft på 20 N. Hva vil glidefriksjonskraften være lik etter å ha redusert massen til kroppen med 2 ganger, hvis friksjonskoeffisienten gjør det ikke endre?

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

Løsning.
Glidefriksjonskraften er relatert til friksjonskoeffisienten og støttereaksjonskraften ved forholdet . For en blokk som beveger seg på en horisontal overflate, ifølge Newtons andre lov, .

Dermed er glidfriksjonskraften proporsjonal med produktet av friksjonskoeffisienten og blokkens masse. Hvis friksjonskoeffisienten ikke endres, vil glidefriksjonskraften også reduseres med 2 ganger etter å ha redusert kroppsvekten med 2 ganger og være lik

Riktig svar: 2.

III. Oppsummering, evaluering.

IV. D/z:

Figuren viser tre vektorer av krefter som ligger i samme plan og påført ett punkt.

Skalaen på figuren er slik at siden av ett rutenettkvadrat tilsvarer en kraftmodul på 1 H. Bestem modulen til vektoren til resultanten av de tre kraftvektorene.

Grafen viser tyngdekraftens avhengighet av kroppsmasse for en bestemt planet.

Hva er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften på denne planeten?

Internett-ressurs: 1.

Litteratur:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky "Unified State Exam 2009"

V.A. Kasyanov "Fysikk. Profilnivå"

Populært i kategorien: