какие есть физические силы

I. Механика

Тестирование онлайн

Что надо знать о силе

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит» реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, «сопротивляются».

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила упругости

Сила упругости направлена противоположно деформации.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле

При параллельном соединении жесткость

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Подробнее о свойствах твердых тел здесь.

Вес тела

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.

Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Сила Архимеда

Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Электрические силы

Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.

Схематичное обозначение действующих на тело сил

Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.

Главное запомнить

1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы

Силы трения*

Трение качения определяется по формуле

Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или в газе. Величина силы сопротивления зависит от размеров и формы тела, скорости его движения и свойств жидкости или газа. При небольших скоростях движения сила сопротивления пропорциональна скорости тела

При больших скоростях пропорциональна квадрату скорости

Взаимосвязь силы тяжести, закона гравитации и ускорения свободного падения*

Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила

А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести

Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.

Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.

Источник

11 различных типов сил

В физике сила может быть определена как толчок или тяга на любой объект, который имеет массу. Это меняет движение объекта.

Другими словами, сила заставляет объект с массой изменить свое направление и скорость.

Два великих физика Исаак Ньютон и Галилео Галилей описали поведение сил математически. В 1638 году Галилей провел эксперимент на наклонной плоскости, который произвел революцию в способе измерения силы. Пять десятилетий спустя Ньютон разработал законы движения, которые заложили основу классической механики.

Поскольку сила имеет и величину, и направление, она является векторной величиной. Она представлена символом F и измеряется в единице СИ Ньютона (N).

Силы можно разделить на две группы в зависимости от их применения:

Чтобы лучше объяснить это явление, мы описали все различные типы сил на примерах. Давайте начнем с четырех фундаментальных сил в природе.

1. Гравитационная сила

Тип: бесконтактная сила

Величина гравитационной силы, оказываемой объектами друг на друга, «прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Чем массивнее объекты и меньше расстояние между ними, тем выше сила.

Это самая слабая из четырех фундаментальных сил, обнаруженных в природе.

Хотя гравитационная сила не оказывает существенного влияния на субатомном масштабе, она является доминирующим взаимодействием на макроскопическом масштабе и существенно влияет на формирование, строение и траекторию небесных тел.

Пример: гравитация заставляет яблоко падать с дерева; она заставляет Луну вращаться вокруг Земли; она удерживает газы на Солнце.

2. Электромагнитная сила

Тип: Бесконтактная сила

Это вид взаимодействия, которое происходит между электрически заряженными частицами. Электромагнитные поля (создаваемые движущимися электрическими зарядами) несут в себе электромагнитную силу.

Пример: Наиболее распространенным примером электромагнетизма является свет, поскольку он распространяется (излучается) в пространстве, перенося энергию электромагнитного излучения.

Следующим наиболее распространенным примером могут быть силы, действующие между электрически заряженными атомными ядрами и электронами атомов.

Протоны и нейтроны удерживаются сильным ядерным взаимодействием

Тип: Бесконтактная сила

Около 99% массы нейтрона или протона является результатом энергии сильного силового поля.

Это самая сильная сила в природе, действующая на расстоянии 1 фемтометра ( 10–15 м). Он почти в 137 раз сильнее электромагнетизма и в 100 миллиардов (10 38 ) раз сильнее, чем сила гравитации.

Радиоактивный распад частицы

Тип: Бесконтактная сила

В ядерной физике слабое взаимодействие относится к взаимодействию между субатомными частицами, которое вызывает радиоактивный распад атомов. Более конкретно, он отвечает за распад некоторых нуклонов на лептоны и другие типы адронов.

Его напряженность поля примерно в 10 13 раз меньше, чем у сильной ядерной силы. Тем не менее он значительно сильнее, чем гравитационная сила на коротких расстояниях.

Пример: Наиболее известным эффектом действия слабой силы является бета-распад (нейтронов) и связанная с ним радиоактивность. Она возникает в нескольких различных реакциях, включая сжигание Солнца и радиоуглеродное датирование.

Это четыре фундаментальные (бесконтактные) силы, из которых происходит все остальное. Они поддерживают горение звезд и вращение планет. Без них вселенная, которую мы знаем, не существовала бы, и даже если бы она существовала, это было бы совершенно другое место.

Теперь давайте перейдем к неосновным силам, которые возникают в результате прямого физического взаимодействия между двумя объектами.

5. Прикладная сила

Тип: Контактная сила

Тип: Контактная сила

Как следует из названия, это сила, которую вы применяете к объекту. Объект начинает двигаться, когда величина силы преодолевает инерцию объекта.

Тело остается в покое или в равномерном движении по прямой линии, если к ним не приложена внешняя сила, которая изменяет состояние движения и направление тела. Ускорение тела прямо пропорционально приложенной силе.

Пример: Сила, приложенная к ящику человеком.

6. Сила трения

Тип: Контактная сила

Поверхностная сила, противостоящая относительному движению тела, называется силой трения. Поскольку в реальном мире ни один объект не является абсолютно гладким, всегда существует некоторое трение между двумя поверхностями. Его величина пропорциональна коэффициенту трения материала поверхности.

Двумя основными типами сил трения являются статические (сила трения о неподвижный объект) и кинетические (сила трения о движущийся объект). Сопротивление воздуха также является силой трения, которая действует на объекты, когда они перемещаются по воздуху.

Оно всегда действует в направлении, противоположном движению, и преобразует кинетическую энергию в тепловую энергию (работа в тепло). В целом, трение является критической и желательной силой, которая обеспечивает сцепление для облегчения движения по суше.

Пример: Примером трения является скольжение каботажа по столу, скольжение двух карт в колоде друг о друга и трение руки для получения тепла.

7. Нормальная сила

Тип: Контактная сила

Когда две поверхности находятся в контакте, они оказывают нормальное воздействие друг на друга. Термин «нормальный» относится к перпендикулярному. Это означает, что сила направлена ​​перпендикулярно двум контактирующим поверхностям.

Пример: когда ноутбук стоит на столе, обычная сила удерживает его от падения через стол. Гравитационная сила Земли тянет ноутбук вниз, но поскольку он на самом деле не падает, должна быть сила, постоянно толкающая его вверх. Это то, что мы называем нормальной силой.

Она исходит от электромагнитной силы: электроны ноутбука толкают электроны стола. Поскольку все электроны отрицательно заряжены, они не становятся намного ближе друг к другу, и ноутбук опирается на верхнюю часть стола.

8. Сила натяжения

Тип: Контактная сила
Сила натяжения обычно передается через провод, кабель, струну или веревку, когда она плотно натягивается силами, действующими с противоположных концов. Усилие направлено вдоль длины кабеля.

Натяжение можно также определить как действие-реакция пары сил, действующих на каждом конце кабеля. Это противоположность сжатия.

Пример: веревка, тянущая коробку или коробку, висящую на веревке, будет отличным примером натяжения (в веревке).

9. Сила упругости

Тип: Контактная сила

Способность пружины противостоять искажающему воздействию и возвращаться в исходное состояние при снятии воздействия зависит от ее материала, количества витков и диаметра проволоки, образующей витки. Как правило, эти характеристики количественно выражаются в параметре, называемом постоянной пружины «k».

Для всех пружин, подчиняющихся закону Гука, величина силы прямо пропорциональна постоянной пружины (k) и сжатой/растянутой длине (x).

Пример: Автомобильные амортизаторы изготовлены из пружин. Они предназначены для поглощения ударных импульсов путем преобразования кинетической энергии удара в другую форму энергии (например, тепло), которая затем рассеивается.

10. Центростремительная сила

Тип: Бесконтактная сила

Центростремительная сила действует на объекты, ускоряющиеся в круговом движении. Это сила, которая заставляет объект следовать по изогнутому пути.

Направление этой силы всегда направлено к фиксированной точке мгновенного центра кривизны траектории и ортогонально движению объекта.

11. Сила инерции

Тип: Бесконтактная сила

Пример: силы, которые вы испытываете в движущемся автомобиле, являются повседневными примерами сил инерции. Когда автомобиль разгоняется в переднем направлении, он толкает вас обратно на сиденье. Когда автомобиль делает резкие повороты, он бросает вас из стороны в сторону. Эти влияния возникают из-за того, что естественная система отсчета для данной ситуации сама ускоряется.

Источник

31 тип силы в физике и их характеристики

Сила также может быть элементом, вызывающим деформацию тела. В области физики его можно определить как векторную величину, которая отвечает за измерение интенсивности линейного обмена импульсом между элементами. Для измерения силы необходимо знать ее единицы и значения, а также место, где оно применяется и в каком направлении..

Чтобы представить силу в графической форме, вы можете выбрать вектор. Но это должно иметь четыре основных элемента: смысл, точку приложения, величину или интенсивность и направление действия или направление.

Типы сил в физике

Существует несколько типов сил, некоторые из которых называются фундаментальными силами природы, а многие другие являются выражением этих основных взаимодействий..

-Основные силы

Гравитационная сила

Это одна из самых известных сил, особенно потому, что она была одной из первых для изучения. Это сила притяжения, которая создается между двумя телами.

Фактически, вес тела обусловлен действием гравитационного притяжения Земли. Сила гравитации обусловлена ​​как расстоянием, так и массой обоих тел.

То есть тот факт, что Луна вращается вокруг Земли или что планеты вращаются вокруг Солнца, является продуктом гравитационной силы.

Электромагнитная сила

Второй силой повседневного типа являются электромагнитные взаимодействия, в которые входят электрические и магнитные силы. Это сила, которая воздействует на два тела, которые электрически заряжены.

Он производится с большей интенсивностью, чем гравитационная сила, а также это сила, которая позволяет химические и физические модификации молекул и атомов.

Электромагнитную силу можно разделить на два типа. Сила, возникающая между двумя заряженными частицами в покое, называется электростатической силой. В отличие от гравитации, которая всегда является силой притяжения, в этой силе могут быть как отталкивание, так и притяжение. Но когда сила возникает между двумя движущимися частицами, накладывается другая сила, называемая магнитной..

Это самый сильный тип взаимодействия, который существует и отвечает за удержание компонентов атомных ядер вместе. Он действует одинаково между двумя нуклонами, нейтронами или протонами и является более интенсивным, чем электромагнитная сила, хотя и имеет меньший диапазон.

Электрическая сила, присутствующая между протонами, заставляет их отталкивать друг друга, но большая гравитационная сила, которая существует между ядерными частицами, позволяет противодействовать этому отталкиванию, чтобы поддерживать стабильность ядра..

Этот тип взаимодействия, известный как слабая сила, позволяет осуществлять бета-распад нейтронов. Его сфера настолько коротка, что она актуальна только в базовом масштабе. Это сила менее интенсивная, чем сильная, но более интенсивная, чем гравитационная. Этот тип силы может вызывать привлекательные и отталкивающие эффекты, а также создавать модификации в частицах, участвующих в процессе.

-Производные силы

Помимо классификации основных сил, силу также можно разделить на две важные категории: силы расстояния и силы контакта. Первое, когда поверхность вовлеченных тел не натирается.

Контактные силы являются этим типом сил.

Нормальная сила

Это сила, оказываемая поверхностью на объект, который поддерживается на нем. В этом случае величина и направление тела оказываются в направлении, противоположном телу, на которое оно опирается. И сила действует перпендикулярно и наружу от указанной поверхности.

Такого рода силу мы видим, например, когда поддерживаем книгу на столе. Там объект покоится на поверхности, и в этом взаимодействии только сила и сила контакта действуют.

Приложенная сила

В этом случае это сила, которую объект или человек передает другому телу, будь то другой объект или другой человек. Приложенная сила всегда действует непосредственно на тело, а это значит, что прямой контакт всегда происходит. Это тип силы, который используется при ударе по мячу или при нажатии на коробку..

Упругая сила

Движение происходит потому, что этот тип объектов хранит потенциальную энергию. И именно это оказывает силу, которая возвращает его в исходное состояние.

Магнитная сила

Это тип силы, которая исходит непосредственно от электромагнитной силы. Эта сила возникает, когда электрические заряды находятся в движении. Магнитные силы зависят от скоростей частиц и имеют нормальное направление относительно скорости заряженной частицы, на которую они воздействуют.

Это тип силы, который связан с магнитами, но также и с электрическими токами. Он характеризуется притяжением между двумя или более телами.

В случае магнитов они имеют южный и северный конец, и каждый из них притягивает противоположные концы к себе в другом магните. Это означает, что в то время как одни и те же полюса отталкивают друг друга, противоположности притягивают друг друга. Этот тип притяжения также происходит с некоторыми металлами.

Электрическая сила

Это тип силы, которая возникает между двумя или более нагрузками, и их интенсивность будет напрямую зависеть от расстояния между этими зарядами, а также от их значений..

Как это происходит в магнитной силе с одинаковыми полюсами, заряды с одинаковым знаком будут отталкивать друг друга. Но те с разными знаками будут привлекать. В этом случае силы будут более интенсивными в зависимости от того, насколько близко тела находятся друг к другу.

Трение или сила трения

Это та сила, которая возникает, когда тело скользит по поверхности или пытается это сделать. Силы трения никогда не помогают движению, что означает, что они противостоят этому.

Это в основном пассивная сила, которая пытается замедлить или даже препятствовать движению тела, независимо от выбранного направления.

Существует два типа силы трения: динамическая и статическая.

Динамические силы трения

Статические силы трения

Вторая, статическая сила, это то, что устанавливает минимальную силу, необходимую для перемещения тела. Эта сила должна быть равна поверхности, с которой два тела, участвующие в движении, имеют контакт.

Сила трения играет фундаментальную роль в повседневной жизни. Что касается статического трения, то это очень полезная сила, поскольку она позволяет людям ходить так, как они делают, а также позволяет удерживать карандаш.

Без этой силы не было бы транспорта на колесах, как это известно сегодня. Такое же значение имеет динамическое трение, поскольку именно сила позволяет остановить любое тело в движении..

Прочность на растяжение

Это тип силы, который возникает, когда веревка, проволока, пружина или трос прикреплены к корпусу и впоследствии тянут или тянут. Это взаимодействие происходит параллельно объекту, связанному и выходящему из него в противоположном направлении..

В этом случае значение растягивающего усилия эквивалентно натяжению каната, пружины, троса и т. Д., Когда сила приложена..

Аэродинамическая сила сопротивления

Этот тип силы также известен как сопротивление воздуха, потому что это сила, которая воздействует на тело, когда оно движется в воздухе. Сила аэродинамического сопротивления создает противодействие, так что тело трудно продвигаться в воздухе.

Толчок вверх

Это та сила, которая возникает, когда тело погружается в воду или любую другую жидкость. В этом случае тело кажется намного легче.

Это связано с тем, что при погружении объекта две силы действуют одновременно. Вес тела, которое толкает его вниз, и сила, которая толкает его снизу вверх..

Когда возникает эта сила, удерживаемая жидкость поднимается до уровня, потому что плавающее тело вытесняет часть воды. С другой стороны, чтобы знать, способен ли тело плавать, необходимо знать, каков его удельный вес..

Чтобы определить это, вес должен быть разделен на объем. Если вес больше тяги, тело утонет, но если оно меньше, оно будет плавать.

Сила лигатуры

Эти физические ограничения тогда называются лигатурами. Этот тип силы не производит движения. Напротив, его функция заключается в предотвращении движений, которые производят активные силы, которые не совместимы с лигатурами..

Молекулярная сила

Этот тип силы не имеет фундаментального характера в качестве первых четырех основных сил и не следует из них. Но это все еще важно для квантовой механики.

Как видно из названия, между молекулами действует молекулярная сила. Это проявления электромагнитного взаимодействия ядер и электронов одной молекулы с электронами другой.

Сила инерции

Силы, с которыми может быть идентифицировано тело, ответственное за воздействие на частицу, известны как реальные силы. Но чтобы рассчитать ускорение этих сил, вам нужен элемент ссылки, который должен быть инертным.

Тогда сила инерции действует на массу, когда определенное тело подвергается ускорению. Этот тип силы может наблюдаться только в ускоренных системах отсчета.

-По конкретным параметрам

объем

Сила, действующая на все частицы данного тела, такие как магнитные или гравитационные силы.

поверхность

Они действуют только на поверхность тела. Они делятся на распределенные (вес балки) и пунктуальные (при подвешивании шкива).

контакт

Тело, которое оказывает силу, вступает в непосредственный контакт. Например, машина, которая толкает предмет мебели.

Дальний бой

Тело, которое оказывает силу, не входит в контакт. Это гравитационные, ядерные, магнитные и электрические силы.

статический

Направление и интенсивность силы мало меняются, например, вес снега или дома.

динамический

Сила, действующая на объект, быстро меняется, как при ударах или землетрясениях..

сбалансированный

Силы, чьи направления противоположны. Например, когда сталкиваются две машины одинакового веса и одинаковой скорости.

несбалансированный

Например, когда грузовик врезается в маленькую машину. Сила грузовика больше, и, следовательно, не сбалансированы.

фиксированный

Это силы, которые всегда присутствуют. Например, вес здания или тела.

переменные

Силы, которые могут появляться и исчезать, как ветер.

действие

Сила, оказываемая объектом, который перемещает или изменяет другой. Например, человек, который ударяет стену.

реакция

Тело, к которому применяется сила, оказывает силу реакции. Например, стена, при ударе, оказывает силу реакции.

Источник