Hem › Broms › Krafter i naturen. Gravitationskrafter – Knowledge Hypermarket

Krafter i naturen. Gravitationskrafter – Knowledge Hypermarket

Hittills har det allmänna begreppet våld använts och frågan om vad det är för slags krafter och vad de representerar har inte beaktats. Trots mångfalden av krafter som finns i naturen kan de alla reduceras till fyra typer av fundamentala krafter: 1) gravitationskrafter; 2) elektromagnetisk; 3) kärnkraft; 4) svag.

Gravitationskrafter uppstår mellan alla kroppar. Deras agerande måste endast beaktas i de stora kropparnas värld.

Elektromagnetiska krafter agera på både stationära och rörliga laddningar. Eftersom materia består av atomer, som i sin tur består av elektroner och protoner, är de flesta krafter vi möter i livet elektromagnetiska krafter. De är till exempel elastiska krafter som uppstår vid deformation av kroppar, friktionskrafter.

Nukleär och svag krafter manifesterar sig på avstånd som inte överstiger m, därför är dessa krafter märkbara endast i mikrokosmos. All klassisk fysik, och därmed begreppet kraft, är otillämplig på elementarpartiklar. Det är omöjligt att exakt karakterisera växelverkan mellan dessa partiklar med hjälp av krafter. En energisk beskrivning blir den enda möjliga här. Men inom atomfysiken talar man ofta om krafter. I detta fall termen tvinga blir synonymt med ordet samspel.

Således, i modern vetenskap ordet tvinga används i två betydelser: för det första i betydelsen mekanisk styrka– Ett exakt kvantitativt mått på interaktion; för det andra betyder kraft närvaron av en interaktion av en viss typ, vars exakta kvantitativa mått endast kan energi.

Inom mekaniken betraktas tre typer av krafter: gravitationskrafter, elastiska krafter och friktionskrafter. Låt oss titta på dem kort.

1. Gravitationskrafter. Alla kroppar i naturen attraheras av varandra. Dessa krafter kallas gravitationskrafter. Newton upprättade en lag som heter lagen om universell gravitation: krafterna med vilka materialpunkter attraheras är proportionella mot produkten av deras massor, omvänt proportionella mot kvadraten på avståndet mellan dem och riktade längs den räta linjen som förbinder dem, dvs.

, (2.16)

Var M Och T– kroppsmassor; r– avstånd mellan kroppar;   gravitationskonstant. Tecknet "" indikerar att det är en tyngdkraft.

Av formel (2.16) följer att när T = M= 1 kg och r= 1 m,  = F, dvs. gravitationskonstanten är lika med modulen för attraktionskraften för materialpunkter med enhetsmassa som ligger på ett enhetsavstånd från varandra. Det första experimentella beviset på lagen om universell gravitation utfördes av Cavendish. Han kunde bestämma värdet på gravitationskonstanten:
. Ett mycket litet värde  indikerar att tyngdkraftens växelverkan är signifikant endast i fallet med kroppar med stora massor.

2. Elastiska krafter. Vid elastiska deformationer uppstår elastiska krafter. Enligt Hookes lag, elastisk kraftmodul
proportionell mot mängden deformation X, dvs.

, (2.17)

Var k- Elasticitetskoefficient. Tecknet "" bestämmer det faktum att kraftens och deformationens riktning är motsatt.

3. Friktionskrafter. När kroppar i kontakt eller deras delar flyttas i förhållande till varandra, friktionskrafter. Det finns intern (viskös) och extern (torr) friktion.

Viskös friktion kallas friktion mellan ett fast och ett flytande eller gasformigt medium, samt mellan lager av ett sådant medium.

Yttre friktion kalla fenomenet med uppkomsten vid kontaktpunkten för kontakt med solida krafter som förhindrar deras ömsesidiga rörelse. Om de kontaktande kropparna är orörliga, uppstår en kraft mellan dem när de försöker flytta en kropp i förhållande till den andra. Det kallas statisk friktionskraft. Den statiska friktionskraften är inte en unikt definierad storhet. Den ändras från noll till det maximala värdet av kraften som appliceras parallellt med kontaktplanet, vid vilket kroppen börjar röra sig (Fig. 2.3).

Vanligtvis kallas den statiska friktionskraften för den maximala friktionskraften. Modul för statisk friktionskraft
är proportionell mot modulen för normaltryckskraften, som enligt Newtons tredje lag är lika med modulen för stödreaktionskraften N, dvs.
, Var
 statisk friktionskoefficient.

När en kropp rör sig längs ytan på en annan kropp, glidande friktionskraft. Det har fastställts att modulen för den glidande friktionskraften
är också proportionell mot modulen för den normala tryckkraften N

, (2.19)

där  är glidfriktionskoefficienten. Bestämde det
Men när man löser många problem anses de vara lika.

Vid lösning av problem beaktas följande typer av krafter:

1. Allvar
- den kraft med vilken jordens gravitationsfält verkar på kroppen (denna kraft appliceras på kroppens masscentrum).

2. Kroppsvikt  den kraft med vilken en kropp verkar på ett horisontellt stöd eller tråd som håller den från fritt fall (elastisk kraft i naturen). En kraft appliceras på stödet (gängan). I en tröghetsreferensram
.

3. Markreaktionskraft - den kraft med vilken stödytan verkar på kroppen (elastisk kraft i naturen). Kraft applicerad till kroppen från sidan av stödet och vinkelrätt mot kontaktytan.

4. Trådspänning - den kraft med vilken tråden verkar på en kropp som är upphängd i tråden. Kraften appliceras på kroppen och riktas uppåt längs tråden.

5. Friktionskraft
.

Anledningen till förändringen i rörelse: uppkomsten av acceleration i kroppar är kraft. Krafter uppstår när kroppar interagerar med varandra. Men vilka typer av interaktioner finns och finns det många av dem?

Vid första anblicken kan det tyckas att det finns många olika typer av påverkan av kroppar på varandra, och därför olika typer av krafter. Acceleration kan ges till en kropp genom att trycka eller dra den med handen; ett skepp seglar snabbare när det blåser en lagom vind; Varje kropp som faller till jorden rör sig med acceleration; Genom att dra och släppa bågsträngen ger vi pilen acceleration. I alla övervägda fall är det krafter som verkar, och de verkar alla helt olika. Och du kan nämna andra krafter. Alla vet om förekomsten av elektriska och magnetiska krafter, om kraften i tidvatten, om kraften hos jordbävningar och orkaner.

Men finns det verkligen så många olika krafter i naturen?

Om vi talar om kropparnas mekaniska rörelser, så möter vi här bara tre typer av krafter: gravitationskraft, elastisk kraft och friktionskraft. Alla krafter som diskuterats ovan kommer ner till dem. Elasticitets-, gravitations- och friktionskrafterna är en manifestation av den universella gravitationens krafter och naturens elektromagnetiska krafter. Det visar sig att det i naturen bara finns två av dessa krafter.

Elektromagnetiska krafter. Mellan elektrifierade kroppar finns en speciell kraft som kallas den elektriska kraften, som kan vara antingen en attraktionskraft eller en frånstötande kraft. I naturen finns det två typer av laddningar: positiva och negativa. Två kroppar med olika laddningar attraherar och kroppar med samma laddning stöter bort.

Elektriska laddningar har en speciell egenskap: när laddningarna rör sig, utöver den elektriska kraften, uppstår en annan kraft mellan dem - en magnetisk kraft.

Magnetiska och elektriska krafter är nära besläktade med varandra och verkar samtidigt. Och eftersom vi oftast har att göra med rörliga laddningar, kan de krafter som verkar mellan dem inte särskiljas. Och dessa krafter kallas elektromagnetiska krafter.

Hur uppstår en "elektrisk laddning" som en kropp kan ha eller inte har?

Alla kroppar är uppbyggda av molekyler och atomer. Atomer består av ännu mindre partiklar - atomkärnan och elektroner. De, kärnor och elektroner, har vissa elektriska laddningar. Kärnan har en positiv laddning och elektronerna har en negativ laddning.

Under normala förhållanden har en atom ingen laddning - den är neutral, eftersom elektronernas totala negativa laddning är lika med kärnans positiva laddning. Och kroppar som består av sådana neutrala atomer är elektriskt neutrala. Det finns praktiskt taget inga elektriska samverkanskrafter mellan sådana kroppar.

Men i samma flytande (eller fasta) kropp finns angränsande atomer så nära varandra att växelverkanskrafterna mellan laddningarna som de består av är mycket betydande.

Krafterna för interaktion mellan atomer beror på avstånden mellan dem. Samverkanskrafterna mellan atomer kan ändra sin riktning när avståndet mellan dem ändras. Om avståndet mellan atomerna är mycket litet stöter de bort varandra. Men om avståndet mellan dem ökar börjar atomerna attrahera varandra. På ett visst avstånd mellan atomerna blir krafterna för deras interaktion noll. Naturligtvis är atomerna på sådana avstånd placerade i förhållande till varandra. Observera att dessa avstånd är mycket små och är ungefär lika med storleken på själva atomerna.

webbplats, vid kopiering av material helt eller delvis krävs en länk till källan.

Avsnitt: Fysik

Syfte Lektionen är att utöka programmaterialet på ämnet: "Krafter i naturen" och förbättra praktiska färdigheter och problemlösningsförmåga.

Lektionens mål:

konsolidera det studerade materialet,
att hos elever bilda idéer om krafter i allmänhet och om varje kraft för sig,
kompetent tillämpa formler och korrekt konstruera ritningar när du löser problem.

Lektionen åtföljs av en multimediapresentation.

Med kraft kallas en vektorkvantitet, som är orsaken till alla rörelser som en konsekvens av kroppars interaktioner. Interaktioner kan vara kontakt, orsaka deformationer eller icke-kontakt. Deformation är en förändring i formen av en kropp eller dess enskilda delar som ett resultat av interaktion.

I International System of Units (SI) kallas kraftenheten newton (N). 1 N är lika med kraften som ger en acceleration på 1 m/s 2 till en referenskropp som väger 1 kg i kraftens riktning. En anordning för att mäta kraft är en dynamometer.

Effekten av kraft på en kropp beror på:

Storleken på den applicerade kraften;
Forcera appliceringspunkter;
Riktningar för kraftpåverkan.

Till sin natur är krafter gravitationella, elektromagnetiska, svaga och starka interaktioner på fältnivå. Gravitationskrafter inkluderar gravitation, kroppsvikt och gravitation. Elektromagnetiska krafter inkluderar elastisk kraft och friktionskraft. Interaktioner på fältnivå inkluderar sådana krafter som: Coulombkraft, Amperekraft, Lorentzkraft.

Låt oss titta på de föreslagna krafterna.

Tyngdkraften.

Tyngdkraften bestäms av lagen om universell gravitation och uppstår på basis av gravitationsinteraktioner mellan kroppar, eftersom varje kropp med massa har ett gravitationsfält. Två kroppar samverkar med krafter lika stora och motsatt riktade, direkt proportionell mot massans produkt och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan deras centra.

G = 6,67. 10 -11 - gravitationskonstant definierad av Cavendish.

En av manifestationerna av den universella gravitationskraften är gravitationskraften, och accelerationen av fritt fall kan bestämmas med formeln:

Där: M är jordens massa, Rz är jordens radie.

Problem: Bestäm kraften med vilken två fartyg som väger 10 7 kg vardera, belägna på ett avstånd av 500 m från varandra, dras till varandra.

Vad beror tyngdkraften på?
Hur kan vi skriva formeln för gravitationskraften som verkar på en höjd h från jordens yta?
Hur mättes gravitationskonstanten?

Allvar.

Den kraft med vilken jorden attraherar alla kroppar till sig själv kallas gravitation. Det betecknas med F-sträng, applicerad på tyngdpunkten, riktad radiellt mot jordens centrum, bestämt av formeln F-sträng = mg.

Där: m – kroppsvikt; g – gravitationsacceleration (g=9,8m/s2).

Problem: tyngdkraften på jordens yta är 10N. Vad kommer det att vara lika med vid en höjd lika med jordens radie (6,10 6 m)?

I vilka enheter mäts g-koefficienten?
Det är känt att jorden inte är en sfär. Den är tillplattad vid stolparna. Kommer tyngdkraften för samma kropp att vara densamma vid polen och ekvatorn?
Hur bestämmer man tyngdpunkten för en kropp med regelbunden och oregelbunden geometrisk form?

Kroppsvikt.

Den kraft med vilken en kropp verkar på ett horisontellt stöd eller vertikal upphängning, på grund av gravitationen, kallas vikt. Betecknad - P, fäst vid ett stöd eller upphängning under tyngdpunkten, riktad nedåt.

Om kroppen är i vila, så kan man hävda att vikten är lika med tyngdkraften och bestäms av formeln P = mg.

Om en kropp rör sig uppåt med acceleration, upplever kroppen en överbelastning. Vikten bestäms av formeln P = m(g + a).

Kroppsvikten är ungefär två gånger tyngdmodulen (dubbel överbelastning).

Om en kropp rör sig med acceleration nedåt, kan kroppen uppleva viktlöshet under de första sekunderna av rörelsen. Vikten bestäms av formeln P = m(g - a).

Uppgift: en hiss med en massa på 80 kg rör sig:

Jämnt;

stiger med en acceleration på 4,9 m/s 2 uppåt;
går ner med samma acceleration.
bestämma hissens vikt i alla tre fallen.

Hur skiljer sig vikt från gravitation?
Hur hittar man punkten för applicering av vikt?
Vad är överbelastning och viktlöshet?

Friktionskraft.

Den kraft som uppstår när en kropp rör sig längs ytan på en annan, riktad i motsatt riktning mot rörelsen, kallas friktionskraften.

Appliceringspunkten för friktionskraften under tyngdpunkten, i motsatt riktning mot rörelsen längs kontaktytorna. Friktionskraften är uppdelad i statisk friktionskraft, rullande friktionskraft och glidfriktionskraft. Den statiska friktionskraften är en kraft som hindrar en kropps rörelse på ytan av en annan. När man går ger den statiska friktionskraften som verkar på sulan acceleration till personen. Vid glidning bryts bindningarna mellan atomerna i ursprungligen orörliga kroppar och friktionen minskar. Kraften hos glidfriktionen beror på den relativa rörelsehastigheten för de kontaktande kropparna. Rullfriktion är många gånger mindre än glidfriktion.

Friktionskraften bestäms av formeln:

Där: µ är friktionskoefficienten, en dimensionslös kvantitet som beror på typen av ytbehandling och på kombinationen av material i kontaktkropparna (attraktionskrafterna hos enskilda atomer av olika ämnen beror väsentligt på deras elektriska egenskaper);

N – stödreaktionskraft är den elastiska kraft som uppstår i ytan under påverkan av kroppsvikten.

För en horisontell yta: F tr = µmg

När en fast kropp rör sig i en vätska eller gas uppstår en viskös friktionskraft. Kraften av viskös friktion är betydligt mindre än kraften av torr friktion. Den är också riktad i motsatt riktning mot kroppens relativa hastighet. Med viskös friktion finns ingen statisk friktion. Kraften av viskös friktion beror starkt på kroppens hastighet.

Problem: Ett hundspann börjar dra en 100 kg släde stående på snön med en konstant kraft på 149 N. Under vilken tidsperiod kommer släden att täcka de första 200 m av banan om glidfriktionskoefficienten för löparna på snön är 0,05?

Under vilka förhållanden uppstår friktion?
Vad beror glidfriktionskraften på?
När är friktion "användbart" och när är det "skadligt"?

Elastisk kraft.

När en kropp deformeras uppstår en kraft som tenderar att återställa kroppens tidigare storlek och form. Det kallas elastisk kraft.

Den enklaste typen av deformation är drag- eller tryckdeformation.

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

Detta förhållande uttrycker Hookes experimentellt etablerade lag: den elastiska kraften är direkt proportionell mot förändringen i kroppens längd.

Där: k är kroppens styvhetskoefficient, mätt i newton per meter (N/m). Styvhetskoefficienten beror på kroppens form och storlek, såväl som på materialet.

Inom fysiken skrivs Hookes lag för drag- eller kompressionsdeformation vanligtvis i en annan form:

Där: – Relativ deformation. E är Youngs modul, som endast beror på materialets egenskaper och inte beror på kroppens storlek och form. För olika material varierar Youngs modul kraftigt. För stål, till exempel, E2·10 11 N/m 2 och för gummi E2· 10 6 N/m 2; - mekanisk stress.

Under böjdeformation F-kontroll = - mg och F-kontroll = - Kx.

Därför kan vi hitta styvhetskoefficienten:

Spiralfjädrar används ofta inom tekniken. När fjädrar sträcks eller trycks ihop uppstår elastiska krafter som också följer Hookes lag och vrid- och böjdeformationer uppstår.

Uppgift: Fjädern på en barnpistol trycktes ihop med 3 cm Bestäm den elastiska kraften som genereras i den om fjäderstyvheten är 700 N/m.

Vad bestämmer kropparnas stelhet?
Förklara orsaken till uppkomsten av elastisk kraft?
Vad bestämmer storleken på den elastiska kraften?

4. Resulterande kraft.

En resulterande kraft är en kraft som ersätter handlingar av flera krafter. Denna kraft används för att lösa problem som involverar flera krafter.

Kroppen påverkas av gravitationen och markens reaktionskraft. Den resulterande kraften, i detta fall, hittas enligt parallellogramregeln och bestäms av formeln

Utifrån definitionen av resultanten kan vi tolka Newtons andra lag som: den resulterande kraften är lika med produkten av en kropps acceleration och dess massa.

Resultanten av två krafter som verkar längs en rät linje i en riktning är lika med summan av modulerna av dessa krafter och är riktad i verkansriktningen för dessa krafter. Om krafter verkar längs en rät linje, men i olika riktningar, är den resulterande kraften lika med skillnaden i modulerna för de verkande krafterna och är riktad i riktningen för den större kraften.

Problem: ett lutande plan som bildar en vinkel på 30° har en längd på 25 m. kroppen, som rörde sig jämnt accelererat, gled från detta plan på 2 s. Bestäm friktionskoefficienten.

Arkimedes makt.

Arkimedeskraften är en flytande kraft som uppstår i en vätska eller gas och verkar motsatt tyngdkraften.

Arkimedes lag: en kropp nedsänkt i en vätska eller gas upplever en flytkraft lika med vikten av den undanträngda vätskan

Där: – densitet av vätska eller gas; V är volymen av den nedsänkta delen av kroppen; g – fritt fallacceleration.

Problem: En gjutjärnskula med volymen 1 dm 3 sänktes ner i vätska. Dess vikt minskade med 8,9N. Vilken typ av vätska är bollen i?

Vilka är flytförhållandena för kroppar?
Beror Arkimedes kraft på densiteten hos en kropp nedsänkt i en vätska?
Hur styrs Arkimedes styrka?

Centrifugalkraft.

Centrifugalkraften uppstår när man rör sig i en cirkel och är riktad radiellt från centrum.

Där: v – linjär hastighet; r är cirkelns radie.

Coulomb kraft.

Inom Newtons mekanik används begreppet gravitationsmassa, på samma sätt inom elektrodynamik är det primära begreppet elektrisk laddning.Elektrisk laddning är en fysisk storhet som kännetecknar partiklars eller kroppars egenskap att ingå i elektromagnetiska kraftinteraktioner. Laddningarna samverkar med Coulomb-styrkan.

Där: q 1 och q 2 – interagerande laddningar, mätt i C (Coulombs);

r – avstånd mellan laddningar; k – proportionalitetskoefficient.

k=9 . 10 9 (N . m2)/Cl2

Det skrivs ofta i formen: , där är den elektriska konstanten lika med 8,85 . 1012 Cl2/(N . m 2).

Interaktionskrafter lyder Newtons tredje lag: F 1 = - F 2. De är frånstötande krafter med samma tecken på laddningar och attraktionskrafter med olika tecken.

Om en laddad kropp interagerar samtidigt med flera laddade kroppar, är den resulterande kraften som verkar på en given kropp lika med vektorsumman av krafterna som verkar på denna kropp från alla andra laddade kroppar.

Problem: Samverkanskraften mellan två identiska punktladdningar på ett avstånd av 0,5 m är lika med 3,6 N. Hitta värdet på dessa avgifter?

Varför laddas båda gnidningskropparna under elektrifiering av friktion?
Förblir massan av en kropp oförändrad när den elektrifieras?
Vad är den fysiska innebörden av proportionalitetskoefficienten i Coulombs lag?

Ampere kraft.

En strömförande ledare i ett magnetfält påverkas av en amperekraft.

Där: I – strömstyrka i ledaren; B - magnetisk induktion; l är längden på ledaren; – vinkeln mellan ledarens riktning och den magnetiska induktionsvektorns riktning.

Riktningen för denna kraft kan bestämmas av vänsterregeln.

Om vänster hand ska placeras så att linjerna för magnetisk induktion kommer in i handflatan, riktas de förlängda fyra fingrarna längs verkan av strömkraften, sedan indikerar den böjda tummen riktningen för Ampere-kraften.

Uppgift: bestämma riktningen för strömmen i en ledare belägen i ett magnetfält om kraften som verkar på ledaren har riktningen

Under vilka förhållanden uppstår Amperekraften?
Hur bestämmer man Amperekraftens verkningsriktning?
Hur bestämmer man riktningen för magnetiska induktionslinjer?

Lorentz kraft.

Den kraft med vilken ett elektromagnetiskt fält verkar på någon laddad kropp som finns i den kallas Lorentz-kraften.

Där: q – laddningsvärde; v är rörelsehastigheten för en laddad partikel; B - magnetisk induktion; – vinkeln mellan hastighets- och magnetinduktionsvektorerna.

Riktningen av Lorentzkraften kan bestämmas av vänsterhandsregeln.

Problem: i ett enhetligt magnetfält, vars induktion är 2 T, rör sig en elektron med en hastighet av 10 5 m/s vinkelrätt mot linjerna för magnetisk induktion. Beräkna kraften som verkar på elektronen.

Vad är Lorentz-kraften?
Vilka är förutsättningarna för Lorentz-styrkans existens?
Hur bestämmer man riktningen för Lorentz-kraften?

I slutet av lektionen ges eleverna möjlighet att fylla i en tabell.

Kraftnamn	Formel	Teckning	Ansökningspunkt	Handlingsriktning
Allvar
Allvar
Vikt
Friktionskraft
Elastisk kraft
Arkimedes styrka
Resulterande kraft
Centrifugalkraft
Coulomb kraft
Ampere kraft
Lorentz kraft

Litteratur:

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

« Fysik - 10:e klass"

I kapitel 2 introducerade vi begreppet kraft som ett kvantitativt mått på en kropps verkan på en annan.
I det här kapitlet kommer vi att titta på vilka krafter som anses vara i mekanik och hur deras värden bestäms.

Finns det många typer av krafter i naturen?
Lista de krafter du känner.
Vilken natur har de - gravitationell eller elektromagnetisk?

Vid första anblicken verkar det som att vi har tagit på oss en omöjlig och olöslig uppgift: det finns ett oändligt antal kroppar på jorden och bortom.
De interagerar på olika sätt.

Kärnkrafter agera mellan partiklar i atomkärnor och bestämma kärnornas egenskaper.

Utbudet av kärnkrafter är mycket begränsat.

De märks endast inuti atomkärnor (dvs på avstånd i storleksordningen 10 -15 m).
Redan på avstånd mellan partiklar i storleksordningen 10 -13 m (tusen gånger mindre än en atoms storlek - 10 -10 m) uppträder de inte alls.

Svag interaktion orsaka ömsesidiga transformationer av elementarpartiklar, bestämma det radioaktiva sönderfallet av kärnor, termonukleära fusionsreaktioner.

De visas på ännu mindre avstånd, i storleksordningen 10 -17 m.

Kärnkrafterna är de mest kraftfulla i naturen.

Om intensiteten av kärnkrafter tas som enhet, kommer intensiteten av elektromagnetiska krafter att vara 10 -2, gravitationskrafter - 10-40, svaga interaktioner - 10 -16.

Starka (kärnkraftiga) och svaga interaktioner visar sig på så små avstånd att Newtons mekaniklagar, och med dem begreppet mekanisk kraft, förlorar betydelse.

Intensiteten hos starka och svaga interaktioner mäts i energienheter (i elektronvolt) och inte i kraftenheter, och därför förklaras tillämpningen av termen "kraft" på dem av den månghundraåriga traditionen att förklara alla fenomen i omvärlden genom inverkan av "krafter" som är karakteristiska för varje fenomen.

Inom mekaniken kommer vi endast att överväga gravitationella och elektromagnetiska interaktioner.

Krafter inom mekanik.

Inom mekaniken brukar vi syssla med tre typer av krafter - gravitationskrafter, elastiska krafter och friktionskrafter.

Källa: "Fysik - 10:e klass", 2014, lärobok Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Dynamik - Fysik, lärobok för årskurs 10 - Cool fysik

Kommunal utbildningsinstitution Dmitrievskaya gymnasieskola

Fysiklektion i 11:e klass på ämnet: "Krafter i naturen"

Kolupaev Vladimir Grigorievich

Fysikalärare

2015

Syfte Lektionen är att utöka programmaterialet på ämnet: "Krafter i naturen" och förbättra praktiska färdigheter och förmågor för att lösa Unified State Exam-problem.

Lektionens mål:

konsolidera det studerade materialet,

att hos elever bilda idéer om krafter i allmänhet och om varje kraft för sig,

kompetent tillämpa formler och korrekt konstruera ritningar när du löser problem.

Lektionen åtföljs av en multimediapresentation.

jag. Med kraft kallas en vektorkvantitet, som är orsaken till alla rörelser som en konsekvens av kroppars interaktioner. Interaktioner kan vara kontakt, orsaka deformationer eller icke-kontakt. Deformation är en förändring i formen av en kropp eller dess enskilda delar som ett resultat av interaktion.

I International System of Units (SI) kallas kraftenheten newton(N). 1 N är lika med kraften som ger en acceleration på 1 m/s 2 till en referenskropp som väger 1 kg i kraftens riktning. En anordning för att mäta kraft är en dynamometer.

Effekten av kraft på en kropp beror på:

Storleken på den applicerade kraften;

Forcera appliceringspunkter;

Riktningar för kraftpåverkan.

Låt oss titta på de föreslagna krafterna.

Tyngdkraften.

G = 6,67. 10 -11 - gravitationskonstant definierad av Cavendish.

Figur 1

En av manifestationerna av den universella gravitationskraften är gravitationskraften, och accelerationen av fritt fall kan bestämmas med formeln:

Där: M är jordens massa, Rz är jordens radie.

Allvar.

Där: m – kroppsvikt; g – gravitationsacceleration (g=9,8m/s2).

Kroppsvikt.

Fig.2

Om kroppen är i vila, så kan man hävda att vikten är lika med tyngdkraften och bestäms av formeln P = mg.

Om en kropp rör sig uppåt med acceleration, upplever kroppen en överbelastning. Vikten bestäms av formeln P = m(g + a).

Fig.3

Kroppsvikten är ungefär två gånger tyngdmodulen (dubbel överbelastning).

Om en kropp rör sig med acceleration nedåt, kan kroppen uppleva viktlöshet under de första sekunderna av rörelsen. Vikten bestäms av formeln P = m(g - a).

Ris. 4

Friktionskraft.

Den kraft som uppstår när en kropp rör sig längs ytan på en annan, riktad i motsatt riktning mot rörelsen, kallas friktionskraften.

Fig. 5

Fig. 6

Friktionskraften bestäms av formeln:

F = µN

N – stödreaktionskraft är den elastiska kraft som uppstår i ytan under påverkan av kroppsvikten.

För en horisontell yta: F tr = µmg

Elastisk kraft.

När en kropp deformeras uppstår en kraft som tenderar att återställa kroppens tidigare storlek och form. Det kallas elastisk kraft.

Den enklaste typen av deformation är drag- eller tryckdeformation.

Ris. 7

Detta förhållande uttrycker Hookes experimentellt etablerade lag: den elastiska kraften är direkt proportionell mot förändringen i kroppens längd.

Där: k är kroppens styvhetskoefficient, mätt i newton per meter (N/m). Styvhetskoefficienten beror på kroppens form och storlek, såväl som på materialet.

Inom fysiken skrivs Hookes lag för drag- eller kompressionsdeformation vanligtvis i en annan form:

Under böjdeformation F-kontroll = - mg och F-kontroll = - Kx.

Fig. 8

Därför kan vi hitta styvhetskoefficienten:

k =

Spiralfjädrar används ofta inom tekniken. När fjädrar sträcks eller trycks ihop uppstår elastiska krafter som också följer Hookes lag och vrid- och böjdeformationer uppstår.

Ris. 9

4. Resulterande kraft.

En resulterande kraft är en kraft som ersätter handlingar av flera krafter. Denna kraft används för att lösa problem som involverar flera krafter.

Fig. 10

Kroppen påverkas av gravitationen och markens reaktionskraft. Den resulterande kraften, i detta fall, hittas enligt parallellogramregeln och bestäms av formeln

Utifrån definitionen av resultanten kan vi tolka Newtons andra lag som: den resulterande kraften är lika med produkten av en kropps acceleration och dess massa.

R = ma

Arkimedes makt.

Arkimedeskraften är en flytande kraft som uppstår i en vätska eller gas och verkar motsatt tyngdkraften.

Arkimedes lag: en kropp nedsänkt i en vätska eller gas upplever en flytkraft lika med vikten av den undanträngda vätskan

F A = mg = Vg

Där: – densitet av vätska eller gas; V är volymen av den nedsänkta delen av kroppen; g – fritt fallacceleration.

Fig. 11

Centrifugalkraft.

Centrifugalkraften uppstår när man rör sig i en cirkel och är riktad radiellt från centrum.

Där: v – linjär hastighet; r är cirkelns radie.

Fig. 12

Coulomb kraft.

Där: q 1 och q 2 – interagerande laddningar, mätt i C (Coulombs);

r – avstånd mellan laddningar; k – proportionalitetskoefficient.

k=9 . 10 9 (N . m2)/Cl2

Det skrivs ofta i formen: , där är den elektriska konstanten lika med 8,85 . 1012 Cl2/(N . m 2).

Fig. 13

Interaktionskrafter lyder Newtons tredje lag: F 1 = - F 2. De är frånstötande krafter med samma tecken på laddningar och attraktionskrafter med olika tecken.

Fig. 14

Ampere kraft.

En strömförande ledare i ett magnetfält påverkas av en amperekraft.

F A = IBlsin

Där: I – strömstyrka i ledaren; B - magnetisk induktion; l är längden på ledaren; – vinkeln mellan ledarens riktning och den magnetiska induktionsvektorns riktning.

Riktningen för denna kraft kan bestämmas av vänsterregeln.

Ris. 15

Lorentz kraft.

Den kraft med vilken ett elektromagnetiskt fält verkar på någon laddad kropp som finns i den kallas Lorentz-kraften.

F = qvBsin

Ris. 16

Där: q – laddningsvärde; v är rörelsehastigheten för en laddad partikel; B - magnetisk induktion; – vinkeln mellan hastighets- och magnetinduktionsvektorerna.

Riktningen av Lorentzkraften kan bestämmas av vänsterhandsregeln.

I slutet av lektionen ges eleverna möjlighet att fylla i en tabell.

Visa ett fragment (interaktiva modeller i fysik)

II. Lösa Unified State Exam-uppgifter

1. Två planeter med samma massa kretsar i cirkulära banor runt en stjärna. För den första av dem är attraktionskraften till stjärnan 4 gånger större än för den andra. Vad är förhållandet mellan omloppsradien för den första och andra planeten?

1)
2)
3)
4)

Lösning.
Enligt lagen om universell gravitation är attraktionskraften för en planet till en stjärna omvänt proportionell mot kvadraten på omloppsradien. På grund av jämlikheten mellan planeternas massor (), är förhållandet mellan attraktionskrafterna och stjärnan på den första och andra planeten omvänt proportionell mot förhållandet mellan kvadraterna på omloppsradien:

Enligt tillståndet är attraktionskraften för den första planeten till stjärnan 4 gånger större än för den andra: vilket betyder

2. Under föreställningen trycker gymnasten av språngbrädan (steg 1), gör en kullerbytta i luften (steg 2) och landar på fötterna (steg 3). Vid vilket/vilka stadier av rörelse kan en gymnast uppleva ett tillstånd av nästan viktlöshet?

1) endast i steg 2
2) endast i steg 1 och 2
3) i steg 1, 2 och 3
4) i inget av ovanstående stadier

Lösning.
Vikt är den kraft med vilken kroppen trycker på ett stöd eller sträcker en upphängning. Tyngdlöshetens tillstånd är att kroppen inte har någon vikt, medan tyngdkraften inte försvinner någonstans. När gymnasten trycker av språngbrädan sätter hon press på den. När en gymnast landar på hennes fötter trycker hon ner på marken. Språngbrädan och marken fungerar som ett stöd, så under steg 1 och 3 är den inte i ett tillstånd nära viktlöshet. Tvärtom, under flygning (steg 2) har gymnasten helt enkelt inget stöd, om luftmotståndet försummas. Eftersom det inte finns något stöd, så finns det ingen vikt, vilket gör att gymnasten verkligen upplever ett tillstånd nära viktlöshet.

3. Kroppen är upphängd i två trådar och är i jämvikt. Vinkeln mellan trådarna är lika med , och trådarnas spänningskrafter är lika med 3 N och 4 H. Vilken är tyngdkraften som verkar på kroppen?

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

Lösning.
Totalt verkar tre krafter på kroppen: gravitationen och spänningskraften hos två trådar. Eftersom kroppen är i jämvikt måste resultanten av alla tre krafterna vara lika med noll, vilket betyder att tyngdmodulen är lika med

Rätt svar: 2.

4. Figuren visar tre vektorer av krafter som ligger i samma plan och appliceras på en punkt.

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

Lösning.
Av figuren framgår det tydligt att resultanten av krafterna sammanfaller med kraftvektorn. Därför är modulen för resultanten av alla tre krafterna lika

Med hjälp av figurens skala hittar vi det slutliga svaret

Rätt svar: 3.

5. Hur rör sig en materialpunkt när summan av alla krafter som verkar på den är lika med noll? Vilket påstående är sant?

1) hastigheten för en materialpunkt är nödvändigtvis noll
2) hastigheten för en materialpunkt minskar med tiden
3) materialpunktens hastighet är konstant och nödvändigtvis inte lika med noll
4) hastigheten för en materialpunkt kan vara vilken som helst, men måste vara konstant i tiden

Lösning.
Enligt Newtons andra lag, i en tröghetsreferensram, är accelerationen av en kropp proportionell mot resultanten av alla krafter. Eftersom, enligt villkoret, summan av alla krafter som verkar på kroppen är lika med noll, är kroppens acceleration också lika med noll, vilket betyder att kroppens hastighet kan vara vilken som helst, men måste vara konstant i tiden .
Rätt svar: 4.

6. Ett block med en massa på 5 kg som rör sig på en horisontell yta påverkas av en glidfriktionskraft på 20 N. Vad kommer glidfriktionskraften att vara lika med efter att ha reducerat kroppens massa med 2 gånger, om friktionskoefficienten gör det inte ändra?

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

Lösning.
Glidfriktionskraften är relaterad till friktionskoefficienten och stödreaktionskraften med förhållandet. För ett block som rör sig på en horisontell yta, enligt Newtons andra lag, .

Således är glidfriktionskraften proportionell mot produkten av friktionskoefficienten och blockets massa. Om friktionskoefficienten inte ändras, efter att ha minskat kroppsvikten med 2 gånger, kommer glidfriktionskraften också att minska med 2 gånger och kommer att vara lika

Rätt svar: 2.

III. Sammanfattning, utvärdering.

IV. D/z:

Figuren visar tre vektorer av krafter som ligger i samma plan och appliceras på en punkt.

Skalan på figuren är sådan att sidan av en rutnätsruta motsvarar en kraftmodul på 1 H. Bestäm modulen för vektorn för resultanten av de tre kraftvektorerna.

Grafen visar gravitationens beroende av kroppsmassan för en viss planet.

Vilken är accelerationen på grund av gravitationen på denna planet?

Internetresurs: 1.

Litteratur:

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

V.A. Kasyanov "Fysik. Profilnivå"

Populär i kategorin: