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Forças na natureza. Forças Gravitacionais - Hipermercado do Conhecimento

Até agora, o conceito geral de força tem sido usado, e a questão do que são as forças e o que são não foi considerada. Apesar da variedade de forças encontradas na natureza, todas elas podem ser reduzidas a quatro tipos de forças fundamentais: 1) gravitacionais; 2) eletromagnético; 3) nuclear; 4) fraco.

Forças gravitacionais ocorrer entre quaisquer corpos. A sua acção deve ser tida em conta apenas no mundo dos grandes corpos.

Forças eletromagnéticas atuam tanto sobre cargas estacionárias quanto sobre cargas móveis. Como a matéria é composta de átomos, que por sua vez são compostos de elétrons e prótons, a maioria das forças que encontramos na vida são forças eletromagnéticas. São, por exemplo, as forças elásticas decorrentes da deformação dos corpos, as forças de atrito.

Nuclear e fraco as forças se manifestam em distâncias não superiores a m, portanto essas forças são perceptíveis apenas no microcosmo. Toda a física clássica, e com ela o conceito de força, são inaplicáveis às partículas elementares. É impossível caracterizar com exatidão a interação dessas partículas com o auxílio de forças. Aqui a descrição da energia torna-se a única possível. No entanto, mesmo na física atômica fala-se frequentemente de forças. Neste caso, o termo força torna-se sinônimo de interação.

Assim, na ciência moderna, a palavra forçaé usado em dois sentidos: primeiro, no sentido mecânico força– medida quantitativa precisa de interação; em segundo lugar, força significa a presença de uma interação de um certo tipo, cuja medida quantitativa exata só pode ser energia.

Na mecânica, são considerados três tipos de forças: forças gravitacionais, elásticas e de atrito. Vamos nos debruçar brevemente sobre eles.

1. Forças gravitacionais. Todos os corpos da natureza são atraídos uns pelos outros. Essas forças são chamadas gravitacionais. Newton estabeleceu uma lei chamada lei da gravidade: as forças com as quais os pontos materiais são atraídos são proporcionais ao produto de suas massas, inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre eles e direcionadas ao longo da linha reta que os conecta, ou seja,

, (2.16)

Onde M E T– massas de corpos; Ré a distância entre os corpos;  é a constante gravitacional. O sinal “” indica que esta é uma força atrativa.

Da fórmula (2.16) segue-se que para T = M= 1kg e R= 1 m,  = F, ou seja a constante gravitacional é igual ao módulo da força de atração dos pontos materiais de uma massa unitária localizados a uma distância unitária um do outro. A primeira prova experimental da lei da gravitação universal foi realizada por Cavendish. Ele foi capaz de determinar o valor da constante gravitacional:
. Um valor muito pequeno de  indica que a força de interação gravitacional é significativa apenas no caso de corpos com grandes massas.

2. forças elásticas. Com deformações elásticas, surgem forças elásticas. De acordo com Lei de Hooke, módulo de força elástica
proporcional à quantidade de deformação X, ou seja

, (2.17)

Onde k coeficiente de elasticidade. O sinal “” define o fato de que a direção da força e da deformação são opostas.

3. Forças de fricção. Ao mover corpos em contato ou suas partes em relação umas às outras, forças de atrito. Existem atritos internos (viscosos) e externos (secos).

Fricção viscosa chamado atrito entre um corpo sólido e um meio líquido ou gasoso, bem como entre as camadas desse meio.

atrito externo denominado fenômeno da ocorrência no ponto de contato de corpos sólidos contíguos de forças que impedem seu movimento mútuo. Se os corpos em contato estiverem imóveis, surge uma força entre eles quando tentam mover um corpo em relação ao outro. É chamado força de atrito estático. A força de atrito estático não é uma quantidade definida exclusivamente. Varia de zero ao valor máximo da força aplicada paralelamente ao plano de contato, no qual o corpo começa a se mover (Fig. 2.3).

Normalmente, a força de atrito estático é chamada de força de atrito máxima. Módulo de força de atrito estático
é proporcional ao módulo da força de pressão normal, que, segundo a terceira lei de Newton, é igual ao módulo da força de reação do suporte N, ou seja
, Onde
 coeficiente de atrito estático.

Quando um corpo se move sobre a superfície de outro corpo, força de atrito deslizante. Foi estabelecido que o módulo da força de atrito deslizante
também é proporcional ao módulo da força de pressão normal N

, (2.19)

onde  é o coeficiente de atrito de deslizamento. Determinado que
, no entanto, na resolução de muitos problemas eles são considerados iguais.

Na resolução de problemas, são levados em consideração os seguintes tipos de forças:

1. Gravidade
- a força com que o campo gravitacional da Terra atua sobre o corpo (esta força é aplicada ao centro de massa do corpo).

2. Peso corporal - a força com a qual um corpo atua sobre um suporte ou fio horizontal que o impede de cair livre (força elástica na natureza). Uma força é aplicada a um suporte (fio). Em um referencial inercial
.

3. Força de reação de apoio - a força com que a superfície de suporte atua sobre o corpo (a força de elasticidade da natureza). força aplicada para o corpo da lateral do suporte e perpendicular à superfície de contato.

4. Força de tensão da linha - a força com que o fio atua sobre um corpo suspenso no fio. A força é aplicada ao corpo e direcionada para cima ao longo do fio.

5. Força de fricção
.

A razão da mudança no movimento: o aparecimento de aceleração nos corpos é uma força. As forças surgem quando os corpos interagem entre si. Mas que tipos de interações existem e quantas delas?

À primeira vista, pode parecer que existem muitos tipos diferentes de influências dos corpos uns sobre os outros e, conseqüentemente, existem muitos tipos diferentes de forças. A aceleração pode ser transmitida ao corpo empurrando-o ou puxando-o com a mão; um navio navega com aceleração quando sopra um vento favorável; qualquer corpo caindo na Terra se move com aceleração; puxando e soltando a corda do arco, damos aceleração à flecha. Em todos os casos considerados, há forças em ação e todas parecem ser bem diferentes. E também existem outras forças. Todo mundo sabe da existência de forças elétricas e magnéticas, da força das marés e vazantes, da força dos terremotos e dos furacões.

Mas existem realmente tantas forças diferentes na natureza?

Se estamos falando sobre o movimento mecânico dos corpos, então aqui encontramos apenas três tipos de forças: a força da gravidade, a força da elasticidade e a força do atrito. Todas as forças discutidas acima são reduzidas a elas. As forças de elasticidade, gravitação e fricção são uma manifestação das forças da gravitação universal e das forças eletromagnéticas da natureza. Acontece que na natureza existem apenas duas dessas forças.

forças eletromagnéticas. Uma força especial atua entre corpos eletrificados, que é chamada de força elétrica, que pode ser tanto uma força atrativa quanto uma força repulsiva. Existem dois tipos de cargas na natureza: positivas e negativas. Dois corpos com cargas diferentes se atraem e corpos com cargas iguais se repelem.

As cargas elétricas têm uma propriedade especial: quando as cargas se movem, além da força elétrica, surge outra força entre elas - uma força magnética.

As forças magnéticas e elétricas estão intimamente relacionadas entre si e atuam simultaneamente. E como na maioria das vezes temos que lidar com cargas em movimento, as forças que atuam entre elas não podem ser distinguidas. E essas forças são chamadas de forças eletromagnéticas.

Como surge uma “carga elétrica”, que um corpo pode ou não ter?

Todos os corpos são compostos de moléculas e átomos. Os átomos são compostos de partículas ainda menores - o núcleo atômico e os elétrons. Eles, núcleos e elétrons, têm certas cargas elétricas. O núcleo tem carga positiva e os elétrons têm carga negativa.

Em condições normais, um átomo não tem carga - é neutro, porque a carga negativa total dos elétrons é igual à carga positiva do núcleo. E os corpos compostos por tais átomos neutros são eletricamente neutros. Praticamente não existem forças elétricas de interação entre tais corpos.

Mas no mesmo corpo líquido (ou sólido), os átomos vizinhos estão tão próximos uns dos outros que as forças de interação entre as cargas que os compõem são muito significativas.

As forças de interação dos átomos dependem das distâncias entre eles. As forças de interação entre os átomos são capazes de mudar de direção quando a distância entre eles muda. Se a distância entre os átomos for muito pequena, eles se repelem. Mas se a distância entre eles aumentar, os átomos começam a se atrair. A uma certa distância entre os átomos, as forças de sua interação tornam-se iguais a zero. Naturalmente, nessas distâncias, os átomos estão localizados uns em relação aos outros. Observe que essas distâncias são muito pequenas e aproximadamente iguais ao tamanho dos próprios átomos.

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Seções: Física

mirar A aula visa ampliar o material programático sobre o tema: “Forças da natureza” e aprimorar competências e habilidades práticas na resolução de problemas.

Lições objetivas:

reforçar o material aprendido,
formar ideias dos alunos sobre forças em geral e sobre cada força separadamente,
aplicar fórmulas corretamente e construir desenhos corretamente na resolução de problemas.

A aula é acompanhada por uma apresentação multimídia.

À força chamada de grandeza vetorial, que é a causa de qualquer movimento como consequência das interações dos corpos. As interações são de contato, causando deformação, e sem contato. A deformação é uma mudança na forma de um corpo ou de suas partes individuais como resultado da interação.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de força é chamada Newton (H). 1 N é igual à força que transmite uma aceleração de 1 m/s 2 a um corpo de referência com massa de 1 kg na direção da força. Um dispositivo para medir força é um dinamômetro.

A força que atua sobre um corpo depende de:

A magnitude da força aplicada;
Pontos de aplicação de força;
Direções de força.

Por sua natureza, as forças são interações gravitacionais, eletromagnéticas, fracas e fortes no nível do campo. As forças gravitacionais incluem a força da gravidade, o peso de um corpo e a força da gravidade. As forças eletromagnéticas incluem a força de elasticidade e a força de atrito. As interações no nível do campo incluem forças como: a força de Coulomb, a força de Ampère, a força de Lorentz.

Considere as forças propostas.

Força da gravidade.

A força da gravidade é determinada a partir da lei da gravitação universal e surge com base nas interações gravitacionais dos corpos, uma vez que qualquer corpo com massa possui um campo gravitacional. Dois corpos interagem com forças de igual magnitude e direções opostas, diretamente proporcionais ao produto de suas massas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre seus centros.

G = 6,67. 10 -11 - constante gravitacional determinada por Cavendish.

Uma das manifestações da força da gravitação universal é a força da gravidade, e a aceleração da queda livre pode ser determinada pela fórmula:

Onde: M é a massa da Terra, R z é o raio da Terra.

Tarefa: Determine a força com que dois navios pesando 10 7 kg cada são atraídos um pelo outro, localizados a uma distância de 500 m um do outro.

De que depende a força da gravidade?
Como é a fórmula da força gravitacional agindo a uma altura h da superfície da Terra?
Como a constante gravitacional foi medida?

Gravidade.

A força com a qual a Terra atrai todos os corpos para si é chamada de gravidade. Denotado - fio F, preso ao centro de gravidade, direcionado ao longo do raio até o centro da Terra, determinado pela fórmula fio F = mg.

Onde: m - peso corporal; g - aceleração de queda livre (g = 9,8 m/s 2).

Problema: A força da gravidade na superfície da Terra é 10N. A que será igual a uma altura igual ao raio da Terra (6,10 6 m)?

Em quais unidades o coeficiente g é medido?
Sabemos que a terra não é uma esfera. É achatado nos pólos. A gravidade do mesmo corpo será a mesma no pólo e no equador?
Como determinar o centro de gravidade de um corpo de formas geométricas regulares e irregulares?

Peso corporal.

A força com que um corpo atua sobre um suporte horizontal ou suspensão vertical, devido à gravidade, é chamada de peso. Designado - P, fixado a um suporte ou suspensão sob o centro de gravidade, direcionado para baixo.

Se o corpo estiver em repouso, pode-se argumentar que o peso é igual à força da gravidade e é determinado pela fórmula P = mg.

Se o corpo se mover com aceleração para cima, o corpo sofrerá uma sobrecarga. O peso é determinado pela fórmula P = m (g + a).

O peso corporal é aproximadamente o dobro do módulo de gravidade (sobrecarga dupla).

Se o corpo se mover com aceleração para baixo, o corpo poderá sentir falta de peso nos primeiros segundos de movimento. O peso é determinado pela fórmula P = m (g - a).

Tarefa: um elevador de 80 kg se move:

Uniformemente;

sobe com uma aceleração de 4,9 m/s 2 para cima;
desce com a mesma aceleração.
determine o peso do elevador em todos os três casos.

Como o peso é diferente da gravidade?
Como encontrar o ponto de aplicação do peso?
O que é sobrecarga e ausência de peso?

Força de fricção.

A força que surge do movimento de um corpo sobre a superfície de outro, direcionada na direção oposta ao movimento, é chamada de força de atrito.

O ponto de aplicação da força de atrito sob o centro de gravidade, na direção oposta ao movimento ao longo das superfícies de contato. A força de atrito é dividida em força de atrito estático, força de atrito de rolamento e força de atrito de deslizamento. A força de atrito estático é a força que impede o movimento de um corpo na superfície de outro. Ao caminhar, a força de atrito estático que atua na sola transmite aceleração à pessoa. Ao deslizar, as ligações entre os átomos de corpos inicialmente imóveis são quebradas, o atrito diminui. A força de atrito deslizante depende da velocidade relativa dos corpos em contato. O atrito de rolamento é muitas vezes menor que o atrito de deslizamento.

A força de atrito é determinada pela fórmula:

Onde: µ é o coeficiente de atrito, um valor adimensional, depende da natureza do tratamento superficial e da combinação de materiais dos corpos em contato (as forças de atração de átomos individuais de várias substâncias dependem significativamente de suas propriedades elétricas);

N - força de reação de suporte - é a força elástica que ocorre na superfície sob a ação do peso do corpo.

Para uma superfície horizontal: F tr = µmg

Quando um corpo sólido se move em um líquido ou gás, surge uma força de atrito viscosa. A força do atrito viscoso é muito menor que a força do atrito seco. Também é direcionado na direção oposta à velocidade relativa do corpo. Com atrito viscoso, não há atrito estático. A força de atrito viscoso depende fortemente da velocidade do corpo.

Tarefa: Um trenó puxado por cães começa a puxar um trenó de 100 kg que está sobre a neve com uma força constante de 149 N. Quanto tempo o trenó levará para percorrer os primeiros 200 m do caminho se o coeficiente de atrito de deslizamento dos patins na neve for 0,05?

Qual é a condição para o atrito?
De que depende a força de atrito deslizante?
Quando o atrito é “útil” e quando é “prejudicial”?

Força elástica.

Quando o corpo é deformado, surge uma força que busca restaurar as antigas dimensões e forma do corpo. É chamada de força de elasticidade.

O tipo mais simples de deformação é a deformação por tração ou compressão.

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

Esta relação expressa a lei estabelecida experimentalmente por Hooke: a força elástica é diretamente proporcional à mudança no comprimento do corpo.

Onde: k é o coeficiente de rigidez do corpo, medido em newtons por metro (N/m). O coeficiente de rigidez depende da forma e das dimensões do corpo, bem como do material.

Na física, a lei de Hooke para deformação por tração ou compressão é geralmente escrita de uma forma diferente:

Onde: - deformação relativa; E - Módulo de Young, que depende apenas das propriedades do material e não depende do tamanho e formato do corpo. Para diferentes materiais, o módulo de Young varia amplamente. Para aço, por exemplo, E2 10 11 N/m 2 , e para borracha E2 10 6 N/m 2 ; - estresse mecânico.

Na deformação por flexão F controle = - mg e F controle = - Kx.

Portanto, podemos encontrar o coeficiente de rigidez:

Na engenharia, as molas helicoidais são frequentemente utilizadas. Quando as molas são esticadas ou comprimidas, surgem forças elásticas, que também obedecem à lei de Hooke, e ocorrem deformações de torção e flexão.

Tarefa: A mola de uma arma infantil foi comprimida em 3 cm. Determine a força elástica que surge nela se a rigidez da mola for 700 N/m.

O que determina a rigidez dos corpos?
Explique a causa da força elástica?
O que determina a magnitude da força elástica?

4. A força resultante.

Uma força resultante é uma força que substitui as ações de várias forças. Esta força é aplicada na resolução de problemas usando múltiplas forças.

A força da gravidade e a força de reação do suporte atuam sobre o corpo. A força resultante, neste caso, é encontrada pela regra do paralelogramo e é determinada pela fórmula

Com base na definição da resultante, pode-se interpretar a segunda lei de Newton como: a força resultante é igual ao produto da aceleração do corpo pela sua massa.

A resultante de duas forças que atuam ao longo de uma linha reta em uma direção é igual à soma dos módulos dessas forças e é direcionada na direção de ação dessas forças. Se as forças atuam ao longo de uma linha reta, mas em direções diferentes, então a força resultante é igual à diferença nos módulos das forças atuantes e é direcionada para a ação de uma força maior.

Tarefa: um plano inclinado formando um ângulo de 30 o tem comprimento de 25 m. o corpo, movendo-se com aceleração uniforme, deslizou deste plano em 2s. Determine o coeficiente de atrito.

O poder de Arquimedes.

A força de Arquimedes é uma força de empuxo que ocorre em um líquido ou gás e atua de forma oposta à força da gravidade.

Princípio de Arquimedes: Um corpo imerso em um líquido ou gás experimenta uma força de empuxo igual ao peso do líquido deslocado.

Onde: é a densidade do líquido ou gás; V é o volume da parte submersa do corpo; g é a aceleração da queda livre.

Tarefa: Uma bola de ferro fundido com volume de 1 dm 3 foi mergulhada em um líquido. Seu peso diminuiu 8,9N. Em que líquido está a bola?

Quais são as condições para corpos flutuantes?
A força de Arquimedes depende da densidade de um corpo imerso em um líquido?
Como é dirigida a força de Arquimedes?

Força centrífuga.

A força centrífuga surge quando se move em círculo e é direcionada ao longo do raio a partir do centro.

Onde: v – velocidade linear; r é o raio do círculo.

Força de Coulomb.

Na mecânica newtoniana, o conceito de massa gravitacional é utilizado, da mesma forma, na eletrodinâmica, o conceito de carga elétrica é primário.Carga elétrica é uma quantidade física que caracteriza a propriedade de partículas ou corpos de entrar em interações de força eletromagnética. As cargas interagem com a força de Coulomb.

Onde: q 1 e q 2 - cargas interagentes, medidas em C (Coulomb);

r é a distância entre as cargas; k é o coeficiente de proporcionalidade.

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

Muitas vezes é escrito na forma: , onde é uma constante elétrica igual a 8,85 . 10 12 C 2 /(N . m 2).

As forças de interação obedecem à terceira lei de Newton: F 1 = - F 2 . São forças repulsivas com os mesmos sinais de cargas e forças atrativas com sinais diferentes.

Se um corpo carregado interage simultaneamente com vários corpos carregados, então a força resultante que atua neste corpo é igual à soma vetorial das forças que atuam neste corpo de todos os outros corpos carregados.

Tarefa: A força de interação de duas cargas pontuais idênticas localizadas a uma distância de 0,5m é 3,6N. Descubra os valores dessas cobranças?

Por que ambos os corpos em atrito ficam carregados quando eletrificados pelo atrito?
A massa de um corpo permanece inalterada quando ele é eletrificado?
Qual é o significado físico do coeficiente de proporcionalidade na lei de Coulomb?

Potência Ampere.

Uma força ampere atua sobre um condutor que transporta corrente em um campo magnético.

Onde: I - intensidade da corrente no condutor; B - indução magnética; l é o comprimento do condutor; é o ângulo entre a direção do condutor e a direção do vetor de indução magnética.

A direção desta força pode ser determinada pela regra da mão esquerda.

Se a mão esquerda for posicionada de forma que as linhas de indução magnética entrem na palma, os quatro dedos estendidos sejam direcionados ao longo da ação da corrente, então o polegar dobrado indica a direção da força Ampère.

Tarefa: determinar a direção da corrente em um condutor em um campo magnético, se a força que atua no condutor tiver uma direção

Sob quais condições surge a força ampere?
Como determinar a direção da força Ampere?
Como determinar a direção das linhas de indução magnética?

Força de Lorentz.

A força com a qual um campo eletromagnético atua sobre qualquer corpo carregado nele é chamada de força de Lorentz.

Onde: q é o valor da cobrança; v é a velocidade da partícula carregada; B - indução magnética; é o ângulo entre os vetores velocidade e indução magnética.

A direção da força de Lorentz pode ser determinada pela regra da mão esquerda.

Tarefa: em um campo magnético uniforme, cuja indução é igual a 2 T, um elétron se move a uma velocidade de 10 5 m/s perpendicular às linhas de indução magnética. Calcule a força que atua sobre o elétron.

Qual é a força de Lorentz?
Quais são as condições para a existência da força de Lorentz?
Como determinar a direção da força de Lorentz?

No final da aula, os alunos têm a oportunidade de completar a tabela.

O nome da força	Fórmula	Desenho	Ponto de aplicação	Direção de ação
gravidade
Gravidade
Peso
Força de fricção
Força elástica
Força de Arquimedes
força resultante
Força centrífuga
Força Pendente
Potência do amplificador
Força de Lorentz

Literatura:

M.Yu.Demidova, I.I.Nurminsky “USE 2009”
I. V. Krivchenko "Física - 7"
V. A. Kasyanov “Física. Nível do perfil”

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No Capítulo 2, introduzimos o conceito de força como uma medida quantitativa da ação de um corpo sobre outro.
Neste capítulo consideraremos quais forças são consideradas na mecânica, o que determina seus valores.

Quantos tipos de forças existem na natureza?
Liste os poderes que você conhece.
Que natureza eles têm - gravitacional ou eletromagnética?

À primeira vista, parece que assumimos uma tarefa esmagadora e insolúvel: existe um número infinito de corpos na Terra e fora dela.
Eles interagem de maneira diferente.

forças nucleares atuam entre partículas em núcleos atômicos e determinam as propriedades dos núcleos.

O alcance das forças nucleares é muito limitado.

Eles são visíveis apenas dentro de núcleos atômicos (ou seja, a distâncias da ordem de 10 a 15 m).
Já em distâncias entre partículas da ordem de 10 -13 m (mil vezes menores que o tamanho de um átomo - 10 -10 m), elas nem aparecem.

Interações fracas causar transformações mútuas de partículas elementares, determinar o decaimento radioativo dos núcleos, reações de fusão termonuclear.

Aparecem em distâncias ainda mais curtas, da ordem de 10 -17 m.

As forças nucleares são as mais poderosas da natureza.

Se a intensidade das forças nucleares for tomada como unidade, então a intensidade das forças eletromagnéticas será 10 -2, gravitacional - 10-40, interações fracas - 10 -16.

Interações fortes (nucleares) e fracas se manifestam em distâncias tão pequenas quando as leis da mecânica newtoniana e, junto com elas, o conceito de força mecânica, perdem seu significado.

A intensidade das interações fortes e fracas é medida em unidades de energia (em elétron-volts), e não em unidades de força e, portanto, o uso do termo “força” para elas é explicado pela tradição secular de explicar todos os fenômenos no mundo circundante pela ação de “forças” características de cada fenômeno.

Em mecânica, consideraremos apenas interações gravitacionais e eletromagnéticas.

Forças em mecânica.

Na mecânica, geralmente lidam com três tipos de forças – forças gravitacionais, forças elásticas e forças de atrito.

Fonte: "Física - 10ª série", 2014, livro didático Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Dinâmica - Física, livro didático para a 10ª série - Física em sala de aula

Escola secundária MOU Dmitrievskaya

Aula de física do 11º ano sobre o tema: “Forças da natureza”

Kolupaev Vladimir Grigorievich

Professor de física

2015

mirar A aula visa ampliar o material do programa sobre o tema: “Forças da natureza” e aprimorar competências e habilidades práticas na resolução de problemas de USE.

Lições objetivas:

reforçar o material aprendido,

formar ideias dos alunos sobre forças em geral e sobre cada força separadamente,

aplicar fórmulas corretamente e construir desenhos corretamente na resolução de problemas.

A aula é acompanhada por uma apresentação multimídia.

EU. À força chamada de grandeza vetorial, que é a causa de qualquer movimento como consequência das interações dos corpos. As interações são de contato, causando deformação, e sem contato. A deformação é uma mudança na forma de um corpo ou de suas partes individuais como resultado da interação.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de força é chamada Newton(H). 1 N é igual à força que transmite uma aceleração de 1 m/s 2 a um corpo de referência com massa de 1 kg na direção da força. Um dispositivo para medir força é um dinamômetro.

A força que atua sobre um corpo depende de:

A magnitude da força aplicada;

Pontos de aplicação de força;

Direções de força.

Considere as forças propostas.

Força da gravidade.

G = 6,67. 10 -11 - constante gravitacional determinada por Cavendish.

Figura 1

Uma das manifestações da força da gravitação universal é a força da gravidade, e a aceleração da queda livre pode ser determinada pela fórmula:

Onde: M é a massa da Terra, R z é o raio da Terra.

Gravidade.

Onde: m - peso corporal; g - aceleração de queda livre (g = 9,8 m/s 2).

Peso corporal.

Figura 2

Se o corpo estiver em repouso, pode-se argumentar que o peso é igual à força da gravidade e é determinado pela fórmula P = mg.

Se o corpo se mover com aceleração para cima, o corpo sofrerá uma sobrecarga. O peso é determinado pela fórmula P = m (g + a).

Figura 3

O peso corporal é aproximadamente o dobro do módulo de gravidade (sobrecarga dupla).

Se o corpo se mover com aceleração para baixo, o corpo poderá sentir falta de peso nos primeiros segundos de movimento. O peso é determinado pela fórmula P = m (g - a).

Arroz. 4

Força de fricção.

A força que surge do movimento de um corpo sobre a superfície de outro, direcionada na direção oposta ao movimento, é chamada de força de atrito.

Figura 5

Figura 6

A força de atrito é determinada pela fórmula:

F = µN

N - força de reação de suporte - é a força elástica que ocorre na superfície sob a ação do peso do corpo.

Para uma superfície horizontal: F tr = µmg

Força elástica.

Quando o corpo é deformado, surge uma força que busca restaurar as antigas dimensões e forma do corpo. É chamada de força de elasticidade.

O tipo mais simples de deformação é a deformação por tração ou compressão.

Arroz. 7

Esta relação expressa a lei estabelecida experimentalmente por Hooke: a força elástica é diretamente proporcional à mudança no comprimento do corpo.

Onde: k é o coeficiente de rigidez do corpo, medido em newtons por metro (N/m). O coeficiente de rigidez depende da forma e das dimensões do corpo, bem como do material.

Na física, a lei de Hooke para deformação por tração ou compressão é geralmente escrita de uma forma diferente:

Na deformação por flexão F controle = - mg e F controle = - Kx.

Figura 8

Portanto, podemos encontrar o coeficiente de rigidez:

k =

Arroz. 9

4. A força resultante.

Uma força resultante é uma força que substitui as ações de várias forças. Esta força é aplicada na resolução de problemas usando múltiplas forças.

Figura 10

A força da gravidade e a força de reação do suporte atuam sobre o corpo. A força resultante, neste caso, é encontrada pela regra do paralelogramo e é determinada pela fórmula

Com base na definição da resultante, pode-se interpretar a segunda lei de Newton como: a força resultante é igual ao produto da aceleração do corpo pela sua massa.

R=ma

O poder de Arquimedes.

A força de Arquimedes é uma força de empuxo que ocorre em um líquido ou gás e atua de forma oposta à força da gravidade.

Princípio de Arquimedes: Um corpo imerso em um líquido ou gás experimenta uma força de empuxo igual ao peso do líquido deslocado.

F A = mg = Vg

Onde: é a densidade do líquido ou gás; V é o volume da parte submersa do corpo; g é a aceleração da queda livre.

Figura 11

Força centrífuga.

A força centrífuga surge quando se move em círculo e é direcionada ao longo do raio a partir do centro.

Onde: v – velocidade linear; r é o raio do círculo.

Figura 12

Força de Coulomb.

Onde: q 1 e q 2 - cargas interagentes, medidas em C (Coulomb);

r é a distância entre as cargas; k é o coeficiente de proporcionalidade.

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

Muitas vezes é escrito na forma: , onde é uma constante elétrica igual a 8,85 . 10 12 C 2 /(N . m 2).

Figura 13

As forças de interação obedecem à terceira lei de Newton: F 1 = - F 2 . São forças repulsivas com os mesmos sinais de cargas e forças atrativas com sinais diferentes.

Figura 14

Potência Ampere.

Uma força ampere atua sobre um condutor que transporta corrente em um campo magnético.

F A \u003d IBlsin

Onde: I - intensidade da corrente no condutor; B - indução magnética; l é o comprimento do condutor; é o ângulo entre a direção do condutor e a direção do vetor de indução magnética.

A direção desta força pode ser determinada pela regra da mão esquerda.

Arroz. 15

Força de Lorentz.

A força com a qual um campo eletromagnético atua sobre qualquer corpo carregado nele é chamada de força de Lorentz.

F = qvBsin

Arroz. 16

Onde: q é o valor da cobrança; v é a velocidade da partícula carregada; B - indução magnética; é o ângulo entre os vetores velocidade e indução magnética.

A direção da força de Lorentz pode ser determinada pela regra da mão esquerda.

No final da aula, os alunos têm a oportunidade de completar a tabela.

Visualização de fragmentos (modelos físicos interativos)

II. Resolvendo tarefas de USE

1. Dois planetas com as mesmas massas giram em órbitas circulares em torno da estrela. Para o primeiro deles, a força de atração da estrela é 4 vezes maior que para o segundo. Qual é a proporção dos raios das órbitas do primeiro e do segundo planetas?

1)
2)
3)
4)

Solução.
De acordo com a lei da gravitação universal, a força de atração de um planeta por uma estrela é inversamente proporcional ao quadrado do raio da órbita. Assim, devido à igualdade das massas dos planetas (), a razão das forças de atração para a estrela do primeiro e do segundo planetas é inversamente proporcional à razão dos quadrados dos raios das órbitas:

De acordo com a condição, a força de atração do primeiro planeta para a estrela é 4 vezes maior do que a do segundo: o que significa que

2. Durante a apresentação, a ginasta descola do trampolim (etapa 1), dá cambalhotas no ar (etapa 2) e cai de pé (etapa 3). Em que estágio(s) do movimento uma ginasta pode experimentar um estado próximo da ausência de peso?

1) apenas no estágio 2
2) apenas nos estágios 1 e 2
3) em 1, 2 e 3 estágios
4) nenhuma das etapas listadas

Solução.
Peso é a força com que o corpo pressiona o suporte ou estica a suspensão. O estado de ausência de peso é que o corpo não tem peso, enquanto a força da gravidade não desaparece em lugar nenhum. Quando a ginasta empurra o trampolim, ela o pressiona. Quando a ginasta cai de pé, ela pressiona o chão. O trampolim e o solo desempenham o papel de suporte, portanto nas fases 1 e 3 não se encontra num estado próximo da ausência de peso. Pelo contrário, durante o voo (etapa 2), a ginasta simplesmente não tem apoio, se negligenciarmos a resistência do ar. Como não há apoio, não há peso, o que significa que a ginasta realmente vivencia um estado próximo da ausência de peso.

3. O corpo está suspenso por dois fios e em equilíbrio. O ângulo entre os fios é , e as forças de tensão dos fios são 3 H e 4 H. Qual é a força da gravidade que atua no corpo?

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

Solução.
No total, três forças atuam sobre o corpo: a gravidade e a tensão de dois fios. Como o corpo está em equilíbrio, a resultante das três forças deve ser zero, o que significa que o módulo de gravidade é

Resposta correta: 2.

4. A figura mostra três vetores de forças situadas no mesmo plano e aplicadas a um ponto.

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

Solução.
Pode-se ver na figura que a resultante das forças coincide com o vetor força. Portanto, o módulo da resultante de todas as três forças é igual a

Usando a escala da figura, encontramos a resposta final

Resposta correta: 3.

5. Como um ponto material se move quando a soma de todas as forças que atuam sobre ele é igual a zero? Qual afirmação é verdadeira?

1) a velocidade de um ponto material é necessariamente igual a zero
2) a velocidade do ponto material diminui com o tempo
3) a velocidade de um ponto material é constante e necessariamente diferente de zero
4) a velocidade de um ponto material pode ser qualquer, mas deve ser constante no tempo

Solução.
De acordo com a segunda lei de Newton, em um referencial inercial, a aceleração de um corpo é proporcional à resultante de todas as forças. Como, por condição, a soma de todas as forças que atuam sobre o corpo é igual a zero, a aceleração do corpo também é igual a zero, o que significa que a velocidade do corpo pode ser qualquer, mas necessariamente constante no tempo.
Resposta correta: 4.

6. Uma barra com massa de 5 kg movendo-se ao longo de uma superfície horizontal está sujeita a uma força de atrito deslizante de 20 N. Qual será a força de atrito deslizante após uma diminuição de 2 vezes na massa corporal se o coeficiente de atrito não mudar?

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

Solução.
A força de atrito deslizante está relacionada ao coeficiente de atrito e à força de reação do suporte pela relação. Para uma barra movendo-se ao longo de uma superfície horizontal, de acordo com a segunda lei de Newton, .

Assim, a força de atrito deslizante é proporcional ao produto do coeficiente de atrito pela massa da barra. Se o coeficiente de atrito não mudar, depois de uma diminuição na massa corporal em 2 vezes, a força de atrito deslizante também diminuirá em 2 vezes e será igual a

Resposta correta: 2.

III. Resumindo, avaliação.

4. D/z:

A figura mostra três vetores de forças situadas no mesmo plano e aplicadas a um ponto.

A escala da figura é tal que o lado de um quadrado da grade corresponde ao módulo da força 1 H. Determine o módulo do vetor resultante dos três vetores de força.

O gráfico mostra a dependência da gravidade na massa corporal de um determinado planeta.

Qual é a aceleração da queda livre neste planeta?

Recurso da Internet: 1.

Literatura:

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

V. A. Kasyanov “Física. Nível do perfil”

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