Какие силы относятся к электромагнитным

Какие силы относятся к электромагнитным

1. Какие силы называются электромагнитными?

Дети и ученые

Лежащая на столе книга, конечно, не провалится сквозь стол, несмотря на притяжение к Земле. Всем известно, что книга не соскользнет, если даже стол немного наклонить. Никого обычно не удивляет способность ног резко увеличивать нашу скорость, если из-под ворот выскакивает злая собака. Наконец, мало кто размышляет о причинах, по которым книга, стол, камень и другие твердые тела сохраняют свою форму.

Подобные факты мы встречаем на каждом шагу и привыкли к ним с детства. Они становятся настолько очевидными, что мы совершенно не ощущаем потребности в их объяснении. В большинстве случаев, чтобы уверенно ориентироваться в окружающем нас мире, это и не нужно. Всегда важно знать, что произойдет, но не всегда важно знать — почему это происходит так, а не иначе.


Дети и ученые

Очевидно, только в раннем детстве нас могут волновать вопросы о том, почему происходят вокруг нас самые обыденные явления. Но решение этих вопросов совершенно непосильно для ребенка, а взрослый человек очень редко возвращается к тем задачам, от решения которых отказался в детстве. Стремление к объяснению поведения «простых» вещей оказывается, по словам английского физика Перри, запрятанным далеко в глубине сознания, и ум привлекают явления неожиданные, непривычные. Только детям и ученым свойственна любознательность по отношению к самым привычным явлениям.

Вот почему во многих отношениях легче рассказать, например, о необычайных свойствах пространства и времени, вскрытых в теории относительности, чем объяснить, почему камень сохраняет свою форму. В первом случае мы немедленно ощущаем интерес к предмету, а второй факт настолько привычен, что объяснение его сразу рискует вызвать скуку.

В действительности же ответить на вопрос о причинах примелькавшихся явлений, перечисленных в начале этой главы, далеко не просто. Попытки разобраться в них очень быстро заведут нас весьма далеко. Собственно говоря, настолько далеко, насколько в настоящее время продвинулась наука. Не забираясь пока в такие глубины, проследим только на одном примере хотя бы начало цепочки вопросов, которые неизбежно возникнут у каждого, кто попытается вдуматься в объяснение обыденных фактов. Фактов, которые даже неудобно называть таким научным термином, как физические явления.

Сила упругости и ее «родственники»

Перед вами сейчас лежит на столе книга. На нее действует сила тяжести. Тем не менее она не падает вниз. Почему? Человек, не искушенный в науках, ответит: «Ей не дает падать стол». Но это ведь не объяснение, а просто указание на факт.

Тот, кто приобщился к школьной физике, пойдет дальше. На книгу, скажет он, действует сила со стороны стола, которая и уравновешивает силу тяжести. Эту силу называют силой упругости, и она возникает из-за небольшого, незаметного на глаз прогиба стола, вызванного книгой. Но ответить на вопрос, почему при прогибе стола возникает сила упругости, школьник уже вряд ли сможет.

Мы с вами также на этом месте прервем цепочку вопросов и ответов и вернемся к выяснению причины появления сил упругости только много страниц спустя. Для этого имеются весьма серьезные основания. Дело в том, что силы упругости имеют общее происхождение со многими другими силами, имеют многочисленную родню, и совсем не напоминают в этом отношении силы всемирного тяготения, у которых наука не отыскала на сегодняшний день даже самых отдаленных родственников.

Силы упругости, которые позволяют твердым телам сохранять свою форму, препятствуют изменению объема жидкостей и сжатию газов; силы трения, тормозящие движение твердых тел, жидкостей и газов; и, наконец, силы наших мышц — все это члены одной обширной семьи. Все они имеют общую природу, общее происхождение: это электромагнитные силы. Электромагнитным силам природа предоставила самую широкую арену деятельности. В повседневной жизни, за исключением притяжения к Земле и приливов, мы встречаемся только с различными видами электромагнитных взаимодействий, только с ними, если не считать ядерных, которые мы сравнительно недавно научились использовать. В частности, упругая сила пара также имеет электромагнитную природу.

Поэтому фактически смена «века пара» «веком электричества» означала лишь смену эпохи, когда мы не умели управлять электромагнитными силами, эпохой, когда мы научились распоряжаться ими по своему усмотрению.

Электромагнитные силы позволяют вам видеть книгу, которую вы читаете, ибо свет — это одна из форм электромагнитных взаимодействий. Сама жизнь была бы немыслима без этих сил. Живое существо, и даже человек, как показали полеты космонавтов, способны длительное время существовать в состоянии невесомости. Но если бы на мгновение действие электромагнитных сил прекратилось, то сразу исчезла бы и жизнь.

При взаимодействии частиц в самых компактных системах природы — в атомных ядрах — и при взаимодействии космических тел электромагнитные силы играют выдающуюся роль, в то время как ядерные и гравитационные силы существенны только либо в очень малых, либо в космических масштабах. Строение атомной оболочки, сцепление атомов в молекулы и образование кусков вещества определяются только электромагнитными силами. Трудно, почти невозможно указать явление, которое не было бы связано с действием электромагнитных сил. Соответственно трудно даже перечислить все многообразие их проявлений. Пока мы перечислили далеко не все.

С чего начать?

Легко после сказанного представить себе, что вряд ли целесообразно начинать знакомство с такой обширной семьей с внимательного рассмотрения одного из ее членов — сил упругости. Но с чего же тогда начать? Мы назвали множество разнообразных сил электромагнитными. Что это значит? Ведь назвать — это еще не значит что-либо объяснить * . Тем более, что обычно электрическими и магнитными силами называют совсем другое. Силой электрического притяжения или отталкивания называют силу взаимодействия между наэлектризованными телами. Например, силу, заставляющую мелкие кусочки бумаги притягиваться к расческе, которой мы несколько раз провели по волосам. Под магнитной силой обычно понимают силу, действующую со стороны магнита на проводник с электрическим током, или силы взаимодействия магнитов.

* (Правда, к сожалению, у многих людей так велика привычка видеть объяснение в одном слове, если это слово достаточно авторитетно, что достаточно сказать: «здесь действует электричество», как они сразу удовлетворены, хотя к настоящему объяснению только после этого и нужно приступать.)

Пока мы только высказали утверждение, что большое количество разнообразных по форме взаимодействий имеет общую природу. В первую очередь, очевидно, нужно ответить на следующий вопрос: в чем же состоит общность перечисленных взаимодействий? Или, говоря иными словами: какие силы называются электромагнитными?


Электрически заряженные тела

Мы в дальнейшем не будем бояться некоторых повторений, памятуя мудрое замечание глубокомысленной Совы из чудесной книжки «Винни Пух и все остальные» о тот, что существуют вещи, которые «вы спокойно можете объяснить два раза, не рискуя, что кто-нибудь поймет, о чем вы говорите». Там это замечание относилось к объяснению того, что такое «Необходимая или Соответствующая Спинная Мускулатура», у нас речь пойдет о не менее сложных вещах.

Если постараться возможно короче ответить на наш основной вопрос, то можно сказать так: в основе действия всех перечисленных сил лежат одни и те же общие законы — законы взаимодействия электрически заряженных тел. Все перечисленные силы обусловлены в конечном счете взаимодействием между элементарными частицами, несущими электрические заряды. Взаимодействие же между заряженными частицами осуществляется посредством электромагнитного поля. Поэтому данные силы и называются электромагнитными. Если бы по мановению волшебной палочки все электрические заряды исчезли, то сразу прекратили бы свое существование силы упругости, трения и т. д. Распались бы на составные части не только тела, но и слагающие их атомы.

Наша ближайшая цель будет состоять в знакомстве с основными законами электромагнитных взаимодействий. Только после этого мы сможем разобраться во всем богатстве проявлений электромагнитных сил и понять, почему эти силы столь широко распространены в природе и столь разнообразны.

Источник:
http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000040/st013.shtml

Электромагнитная сила

Прямолинейный провод в магнитном поле

Сила, с которой магнитное поле действует на провод с током, расположенный в этом поле, называется электромагнитной силой.

В соответствии со сказанным в предыдущем параграфе электромагнитная сила зависит от тока I, магнитной индукции В и активной длины провода l т. е. той его части, которая расположена в магнитном поле. Если провод и вектор магнитной индукции взаимно перпендикулярны, то сила имеет наибольшее значение и определяется по формуле (3-1).

Рис. 3-4. Правило левой руки

Направление электромагнитной силы определяется по правилу левой руки: расположим ладонь левой руки так, Чтобы вектор магнитной индукции входил в нее, четыре вытянутые

пальца совпадали с направлением тока, тогда отогнутый под прямым углом большой палец левой руки укажет направление электромагнитной силы (рис. 3-4). Если угол а между проводом и направлением вектора В не равен 90°, то электромагнитная сила будет пропорциональна sin а, т. е. в этом случае

Пример 3 -1. В однородном магнитном поле с индукцией 1,2 тл расположен провод с активной длиной 30 см. Ток в проводе 500 а. Определ ить электромагнитную силу, действующую на провод, если провод перпендикулярен вектору магнитной индукции

Читайте также  Энциклопедия растений: Нарцисс

F = BIl= 1,2 • 500 • 0,3 = 180 н

или, так как 1 н = 0,102 кГ,

Если прямолинейный провод с током (рис. 3-5) под действием электромагнитной силы переместится на расстояние 6, параллельно самому себе, в однородном магнитном поле, перпендикулярно магнитным линиям, то электромагнитной силой будет совершена механическая работа

где S = lb — площадь описанная проводом.

Рис. 3-5. Перемещение проводника в магнитном поле на расстояние b

Таким образом, механическая работа, совершенная электро магнитной силой при перемещении провода с током в магнитном поле, равна произведению тока на пересеченный проводом магнитный поток.

Пример 3-2. Определить работу, совершенную при перемещении провода длиной 40 см с током 200 а в однородном поле с магнитной индукцией 1,5 тл. Провод переместился в плоскости, перпендикулярной к магнитным линиям, на 25 см.

Магнитный поток, пересеченный проводом:

Ф = BS = 1,5 • 0,4 • 0,25 = 0,15 вб.

Работа, совершенная при перемещении провода:

Контур в магнитном поле

На рис. 3-6 показана прямоугольная катушка (рамка) с током. Стороны рамки, расположенные перпендикулярно плоскости рисунка, находятся в однородном магнитном поле. Вследствие этого на эти стороны действуют электромагнитные силы F, создающие вращающий момент. Под действием этого вращающего момента рамка с током стремится занять положение, при котором эти силы взаимно уравновесятся (рис. 3-7), при этом поверхность, ограниченную рамкой, пронизывает наибольший магнитный поток. Отсюда следует правило: контур с током, рас по-

Рис. 3-6. Вращающий момент; действующий на контур с током в магнитном поле.

Рис. 3-7. Электромагнитные силы, действующие на контур с током, стремятся раздвинуть стороны рамки.

ложен н ы й в магнитном поле, под действием электромагнитных сил стремится занять положение, при,котором магнитный поток, пронизывающий контур, будет наибольшим.

Движущийся электрон в магнитном поле

Ток в проводе представляет собой направленное движение свободных электронов. Электромагнитная сила, действующая на провод длиной l

Если число свободных электронов в объеме провода длиной l обозначим через N, то электромагнитная сила, действующая на отдельный электрон:

Обозначив заряд электронов Q = Nq и среднюю скорость движения электронов υ — l/t, напишем выражение электромагнитной силы, действующей на электрон, дви жущийся перпендикулярно магнитным линиям поля:

Направление этой силы определяется по правилу левой руки, но четыре вытянутые пальца руки должны быть направлены в сторону, противоположную направлению движению электрона.

Статья на тему Электромагнитная сила

Источник:
http://znaesh-kak.com/e/e/%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F-%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0

Динамика — общие сведения

Тема 5: Динамика. Силы в механике.

Динамика – это раздел механики, в котором изучается движение тел с учетом причин, влияющих на состояние их движения. Иными словами, динамика отвечает на вопрос: «почему тело движется?».

Основные параметры динамики:

– сила (Н),

— импульс тела (кг*м/c)

– импульс силы (кг*м/c),

Масса – это количественная мера инертных и гравитационных свойств тела, то есть чем больше масса, тем труднее изменить его скорость (инертное свойство) и тем сильнее оно притягивает другие тела (гравитационное свойство). Масса – это скалярная величина.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел, в результате которого они изменяют скорость или деформируются. Сила – векторная величина.

Гравитационные силы – это силы притяжения одних тел к другим вследствие наличия у них масс.

К гравитационным силам относятся сила тяготения и сила тяжести

Существует четыре вида сил различной природы:

Электромагнитные силы – это силы действующие между телами вследствие того, что тела состоят из движущихся заряженных частиц, между которыми действуют электрические и магнитные силы.

К электромагнитным силам относятся сила трения , сила упругости , вес тела .

Сила трения это сила, возникающая вследствие неровностей поверхностей соприкасающихся тел. Сила трения не имеет точки приложения и всегда направлена в сторону, противоположную движению (либо возможному движению).

Рассмотрим два вида силы трения:

Сила трения покоя – возникает при относительном покое тел. (Т. е. когда соприкасающиеся тела неподвижны относительно друг друга). Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону. Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения . Если вешняя сила приложенная к телу становится больше , то происходит проскальзывание. Силу трения в данном случае называют силой трения скольжения.

Силу трения скольжения находят по формуле:

,

где μ – коэффициент трения (безразм.), зависящий только от материала, из которого изготовлены тела и степени их обработки, N – сила реакции опоры (Н).

Помимо вышеперечисленных сил трения существуют так же силы трения качения и силы вязкого трения, но их мы в этом курсе рассматривать не будем.

Сила упругости — это сила, возникающая в теле при упругой деформации. Сила упругости направлена противоположно деформации.

Модуль силы упругости находится по формуле:

,

где k – жесткость пружины (Н/м), — деформация (м)

Сила тяжести – это сила, с которой планета действует на тело. Сила тяжести равна произведению массы тела m на ускорение свободного падения g. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз (как и ускорение свободного падения).

Сила тяготения .

Закон всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются друг к другу с силой (силой тяготения), прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Здесь: G = 6,67*10-11 Н*м2/кг2 – гравитационная постоянная, m1 и m2 — массы притягивающихся друг к другу тел (кг), r – расстояние между их центрами масс (м)

Силы тяготения направлены вдоль прямой соединяющей центры масс тел.

К электромагнитным силам относится также и вес тела .

Вес тела – это сила, с которой тело действует на другие тела вследствие его притяжения к земле.

Если тело относительно вертикали покоится или движется равномерно вверх или вниз, то его вес равен силе тяжести:

P = mg

Если тело движется вниз с ускорением или вверх с замедлением, то его вес меньше силы тяжести и находится по формуле:

Если тело свободно падает (т. е. a = g), то наступает состояние невесомости (вес тела равен нулю).

Если тело движется вверх с ускорением или опускается вниз с замедлением, то его вес больше силы тяжести и находится по формуле: P = m(g + a).

В этом случае отношение веса к силе тяжести называется перегрузкой.

В общем случае можно записать формулу веса тела, движущегося равноускоренного через векторную разность:

Заметка: векторная разность рассмотрена в лекции № 3 «Кинематика. Относительность движения»

Источник:
http://fiziku5.ru/uchebnye-materialy-po-fizike/dinamika_sily_v_mekhanike

Электромагнитные силы

Электромагнитные силы являются наиболее распространенными в природной среде. Благодаря им мы можем видеть друг друга, поскольку свет также является проявлением электромагнитного взаимодействия. Действия электромагнитных сил подчиняются фундаментальным законам взаимодействия заряженных частиц и тел. Электромагнитные силы возникают между элементарными частицами, которые имеют электрический заряд.

Электромагнитное взаимодействие возникает и реализуется только при помощи электромагнитного поля.

Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем

Энергия, которая заключена в магнитное поле, проявляет себя при помощи электромагнитных сил, что возникают при взаимодействии движущихся электрических зарядов и магнитного поля. Электромагнитная сила, которая возникает в магнитном поле при движении электрического заряда, действует на поле в направлении, что перпендикулярно направлению и движению силовых линий, а также стремится вытолкнуть заряд за его пределы.

Если в магнитное поле поместить проводник с током $I$, то между магнитным полем и электронами, которые проходят по проводнику, возникнут электромагнитные силы, что образуют результирующую силу $F$, стремящуюся вытолкнуть из магнитного поля проводник.

Готовые работы на аналогичную тему

Электромагнитную силу можно определить при помощи закона Ампера. Он сформулирован так: электромагнитная сила, которая действует на проводник с электрическим током, что находится в магнитном поле и располагается перпендикулярно направлению данного поля, равна произведению индукции поля $B$, силы тока $I$ и длины проводника $ l $.

По правилу левой руки можно определить направление действия силы $F$: левая рука располагается так, чтобы магнитные линии входили прямо в ладонь, а четыре вытянутых пальца совмещались с направлением электрического тока – тогда большой палец, что расположен под прямым углом, укажет направление действия силы.

Сила возникнет только в том случае, если проводник располагается под некоторым углом или перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Если проводник располагается вдоль силовых линий магнитного поля, то электромагнитная сила приравнивается нулю.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Чтобы изменить направление электромагнитной силы, нужно изменить направление магнитного поля или направление электрического тока в проводнике.

Электромагнитная сила $F$ возникает при взаимодействии магнитного поля и проводника с током. Ее возникновение наглядно можно представить как результат взаимодействия магнитных полей. Собственное круговое магнитное поле возникает вокруг проводника с электрическим током, оно будет складываться с внешним полем. При этом справа от проводника, в котором силовые линии поля совпадают с внешними линиями магнитного поля, осуществляется разрежение силовых магнитных линий.

Силовые линии магнитного поля обладают свойством упругости, которое напоминает свойство резиновых нитей, что стремятся сократиться по длине и вытолкнуть проводник из места сгущения силовых линий в сторону их разрежения. В результате этого и возникает электромагнитная сила $F$.

Читайте также  Экономная хозяйка: 7 блюд из перловки для всей семьи плюс секреты её приготовления

Если в магнитное поле поместить не проводник, а катушку или виток с током, и расположить их вертикально, то используя правило левой руки, можно определить, что электромагнитные силы, действующие на них, направляются в разные стороны. В результате взаимодействия двух сил возникает вращающий момент $M$, который приведет к повороту катушки или витка.

$M = FD$, где $D$ — это расстояние между сторонами катушки или витка.

Виток будет вращаться в магнитном поле, пока не займет положение, что будет перпендикулярным силовым линиям поля. Для того чтобы увеличить вращающий момент в электродвигателях, применяется не один виток, а несколько.

Виды электромагнитных сил

Электромагнитные силы – это силы, которые действуют между телами по причине того, что эти тела состоят из заряженных движущихся частиц, между которыми действуют магнитные и электрические силы.

К электромагнитным силам можно отнести:

Сила трения $ vec< F_<тр>> $ — это электромагнитная сила, которая возникает вследствие того, что соприкасающиеся тела имеют неровные поверхности.

Сила трения всегда направлена в сторону, которая противоположна движению. Она не имеет точки приложения. Существует два вида силы трения:

  1. Сила трения покоя. Она возникает при относительном покое тел, иными словами, когда соприкасающиеся тела относительно друг друга абсолютно неподвижны. Сила трения покоя по величине всегда приравнивается внешней силе и направляется в противоположную сторону. Она не может превышать максимального значения $F_ <тр. max>= mu N$.
  2. Если внешняя сила, которая приложена к телу, становится больше $F_<тр. max>$, то случается проскальзывание. Сила трения в таком случае имеет название «сила трения скольжения».

Сила трения скольжения определяется по следующей формуле:

  • $ mu $ — это коэффициент трения (безразмерная величина), который зависит только от материала изготовления тел и степени их обработки;
  • $ N$ — это сила реакции опоры.

Кроме вышеперечисленных сил трения также можно выделить электромагнитные силы вязкого трения и силы трения качения.

Сила упругости $ vec< F_<упр>> $ — это электромагнитная сила, которая возникает при упругой деформации в теле.

Она направляется противоположно деформации. Модуль силы упругости можно вычислить по формуле:

$ |F_<упр>| = k delta l$, где

  • $k$ — жесткость пружины;
  • $delta l$ — это деформация.

Также к электромагнитным силам можно отнести вес тела.

Вес тела $ vec < P>$ – это электромагнитная сила, с которой тело воздействует на другие тела по причине его притяжения к поверхности Земли.

Если тело находится в состоянии покоя относительно вертикали или движется вверх или вниз равномерно, то его вес приравнивается к силе тяжести:

Если тело движется вверх с замедлением или вниз с ускорением, то его вес значительно меньше силы тяжести. Найти его можно по следующей формуле:

Если тело падает свободно, то наступает невесомое состояние. Вес тела в таком случае приравнивается нулю:

Если тело опускается вниз с замедлением или движется вверх с ускорением, то его вес превышает силу тяжести. Найти вес тела можно по формуле:

В таком случае отношение веса тела к силе тяжести можно назвать перегрузкой.

Формулу веса тела, которое движется равноускорено через векторную разность, в общем случае можно выразить в таком виде:

Электромагнитные силы в природе

Огромную совокупность электромагнитных процессов охватывает классическая теория электричества. Среди основных типов взаимодействий (гравитационные, электромагнитные, ядерные и слабые) электромагнитные силы занимают первое место по разнообразию проявлений и частоте встречаемости. Упругая сила пара имеет электромагнитную природу, поэтому смена «столетия пара» на «столетие электричества» означает лишь смену эпохи, когда люди не могли управлять и воздействовать на электромагнитные силы, на ту эпоху, где человечество распоряжается этими силами на свое усмотрение.

Электромагнитные силы, которые существуют в природе, перечислить сложно. Благодаря им определяется устойчивость атомов, происходит объединение атомов в молекулы, обуславливается взаимодействие между ними, что приводит к образованию жидких и твердых тел. Все виды трения и упругости имеют электромагнитную природу.

Роль электрических сил имеет огромное значение в атомном ядре. При взрыве атомной бомбы в ядерном реакторе электромагнитные силы разгоняют осколки ядер, что приводит к выделению мощной энергии. Даже взаимодействие между телами происходит при помощи электромагнитных волн – радиоволн, света, а также теплового излучения.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Источник:
http://spravochnick.ru/fizika/ponyatie_sily_v_fizike/elektromagnitnye_sily/

Фундаментальные взаимодействия

От прогулки по улице, до запуска ракеты в космос, или прикрепления магнита на ваш холодильник, физические силы действуют всюду вокруг нас. Но все силы, которые мы переживаем каждый день (и многие из них мы не осознаем) могут быть сведены всего к четырём фундаментальным взаимодействиям:

  • гравитационному;
  • электромагнитному;
  • сильному;
  • слабому.

Они называются четыре фундаментальные силы природы, и они управляют всем, что происходит во всей Вселенной.

Гравитация

Гравитация это притяжение между двумя объектами, которые имеют массу или энергию, это видно, когда бросаешь камень с моста, когда планеты кружат по орбите вокруг звезды или когда Луна становится причиной приливов и отливов на Земле. Гравитация, возможно, самая подсознательно воспринимаемая и знакомая из фундаментальных сил, но она также является самой сложной для объяснения.

Исаак Ньютон был первым, кто предложил идею гравитации, предположительно его на это вдохновило яблоко, которое упало с дерева. Он описал гравитацию как постоянное притяжение между двумя объектами. Спустя века, Альберт Эйнштейн предложил свою теорию общей относительности, согласно которой гравитация это не притяжение, а сила. Массивный объект ведёт себя в пространстве-времени, немного похоже на то, как большой мяч расположенный посреди листа влияет на материю, деформируя её и заставляя другие, меньшие, объекты на листе двигаться к центру.

На этом снимке, полученном космическим телескопом “Хаббл”, показан детальный вид центральной части спиральной галактики без перемычки NGC 772. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / A. Seth et al.

Гравитацией удерживаются вместе планеты, звёзды и даже галактики, она оказывается самой слабой из фундаментальных сил, особенно на молекулярных и атомарных уровнях. Подумай об этом: Насколько тяжело поднять мяч с земли? Или поднять твою ступню? Или прыгнуть? Все эти действия противодействуют гравитации всей Земли. А на молекулярном и атомарном уровнях, гравитация почти не имеет никакого влияния в сравнении с другими фундаментальными силами.

Электромагнетизм

Электромагнитное взаимодействие также называется силой Лоренца и действует между заряжёнными частицами. Противоположные заряды притягивают друг друга, в то время как одинаковые заряды отталкиваются. Чем больше заряд, тем сильнее сила. Точно так же, как и гравитация, эта сила может чувствоваться с бесконечного расстояния (хотя сила будет очень, очень мала на таком расстоянии).

Как указывает её название, электромагнитная сила состоит из двух частей электрической силы и магнитной силы. Сначала физики описывали эти силы как отдельные друг от друга, но позже исследователи осознали, что они являются компонентами одной и той же силы.

Электрический компонент действует между заряжёнными частицами двигаются ли они или нет, создавая поле, которым заряды могут влиять друг на друга. Но если их привести в движение эти заряжённые частицы начинают демонстрировать второй компонент, магнитную силу. Частицы создают магнитное поле вокруг них в то время, когда они движутся. Таким образом, когда электроны спешат по проводам, чтобы зарядить ваш компьютер или телефон, или включить ваш телевизор, вокруг провода образуется магнитное поле.

Магнитные поля в спиральной галактике Мессье 77. Магнитные поля выравниваются по всей длине массивных спиральных рукавов галактики, подразумевая, что гравитационные силы, которые создали форму галактики, также сжимают и её магнитное поле. Авторы и права: NASA / SOFIA / JPL-Caltech / Roma Tre University.

Электромагнитные силы передаются между заряжёнными частицами в результате обмена невесомыми, несущими силу бозонами, которые называются фотоны. Несущие силу фотоны, которые меняются местами с заряжёнными частицами, в то же время являются другой формой фотонов.

Электромагнитные силы ответственны за некоторые из самых часто наблюдаемых явлений: трение, упругость, нормальная сила и сила удержания твёрдых тел в заданной форме. Они также ответственны за притяжение, которое испытывают птицы, самолеты и даже Супермен, во время полёта. Это становится возможным благодаря тому, что заряжённые (нейтральные) частицы взаимодействуют друг с другом. Нормальная сила, которая держит книгу на крышке стола, например, является последствием отталкивания электронов атомов стола и электронов атомов книжки.

Сильное взаимодействие

Сильная ядерная сила, также называется сильное ядерное взаимодействие, это самая сильная фундаментальная сила природы. Она в шесть тысяч квинтильонов квинтильонов квинтильонов (это 39 нолей после 6!) раз сильнее чем сила гравитации. И поэтому она в состоянии связать вместе фундаментальные частицы вещества, чтобы сформировать большие частицы. Она держит вместе кварки, которые составляют протоны и нейтроны, и часть сильного взаимодействия также держит вместе протоны и нейтроны атомного ядра.

Сильное взаимодействие работает только тогда, когда субатомные частицы находятся очень близко друг к другу. Они должны быть где-то на расстоянии 10 -15 метров друг от друга, или, грубо говоря, на расстоянии диаметра протона.

Хотя, сильное взаимодействие является нерегулярным, потому что, в отличие от любой другой фундаментальной силы, оно становится слабее, когда между субатомными частицами уменьшается расстояние. Фактически она достигает максимальной силы, когда частицы находятся дальше всего друг от друга. Крошечная частица сильного взаимодействия, называемая остаточным сильным взаимодействием, действует между протонами и нейтронами. Протоны в ядрах отталкивают друг друга потому что они имеют одинаковый заряд, но остаточное сильное взаимодействие может побороть это отталкивание, таким образом частицы остаются связанными в aтомных ядрах.

Слабое взаимодействие

Слабая сила, также называется слабым ядерным взаимодействием, ответственна за распад частиц. Это постоянное изменение одного типа субатомных частиц в другие. Таким образом, например, нейтрино который случайно пройдёт близко возле нейтрона может превратить нейтрон в протон, в то время, как нейтрино станет электроном.

Физики описывают это взаимодействие через обмен несущими силу частицами, которые называют бозонами. Специфические виды бозонов ответственны за слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия. В случае слабого взаимодействия, бозоны – это заряжённые частицы, которые называются бозоны W и Z. Когда субатомные частицы такие как протоны, нейтроны и электроны подходят на расстояние 10 -18 метров или 0,1% диаметра протона, один к другому, они могут обменяться своими бозонами.

Наше Солнце – звезда второй популяции возрастом около пяти миллиардов лет. Она включает в себя элементы, которые тяжелее водорода и гелия, а также кислород, углерод, неон и железо. Авторы и права: NASA / Solar Dynamics Observatory.

Слабое взаимодействие критично для реакции ядерного слияния, которая даёт энергию Солнцу и производит энергию, которая требуется для большинства форм жизни здесь на Земле. Именно поэтому археологи могут использовать, радиоактивный углерод, чтобы датировать древние кости, дерево и другие артефакты. Радиоактивный углерод имеет шесть протонов и восемь нейтронов, один из этих нейтронов распадается в протон, чтобы создать радиоактивный азот, который имеет семь протонов и семь нейтронов. Этот распад происходит прогнозируемо, что позволяет учёным определять насколько старым является такой артефакт.

Единая теория фундаментальных взаимодействий

Главный вопрос четырёх фундаментальных взаимодействий заключается в том являются ли они в действительности проявлением единой большой силы Вселенной или нет. Если да, каждая из них должна быть в состоянии объединяться с другими, и уже есть некоторые доказательства.

Физики Шелдон Глашоу и Стивен Вайнберг из Гарвардского университета с Абдусом Салам с Империального колледжа в Лондоне выиграли Нобелевскую премию по физике в 1979 за объединение электромагнитной и слабой сил в результате чего появилась электрослабое взаимодействие. Физики также пытались объединить электрослабую силу с сильным взаимодействием,. Окончательный кусочек пазла будет требовать объединения гравитации с электросильной силой, чтобы развить, так называемую теорию всего, теоретическую систему взглядов, которая могла бы объяснить всю Вселенную.

Физикам довольно сложно совместить микромир с макромиром. На больших и в особенности астрономических шкалах, гравитация доминирует и лучше всего описывается теорией общей относительности Эйнштейна. Но на молекулярных, атомных и субатомных шкалах доминирует квантовая механика. На данный момент никому ещё не удалось найти хороший способ объединить эти два мира.

Физики, изучающие квантовую гравитацию, имеют своей целью описать силу в условиях квантового мира, что могло бы помочь с объединением. Фундаментальным для этого подхода было бы открытие гравитонов, теоретических, несущих силу бозонов гравитационной силы. Гравитация – это единственная фундаментальная сила, которую физики могут сейчас описать, не используя частицы, которые несут силу. Но, потому что описания всех других фундаментальных сил требует частиц, которые несут силу, учёные ожидают, что гравитоны должны существовать на субатомном уровне – исследователи эти частички просто пока не нашли.

Масса галактик в скоплении Abell 2744 составляет менее пяти процентов от общей массы. Газ (около 20 процентов) настолько горячий, что светит только в рентгеновских лучах (выделен красным). Невидимая тёмная материя (около 75 процентов массы) здесь окрашена в синий цвет. Авторы и права: NASA / EKA.

Чтобы ещё больше всё усложнить можно вспомнить о невидимом царстве тёмной материи и тёмной энергии. Неясно состоят ли тёмная материя и энергия из одной частицы или всего набора частиц, которые имеют их собственные силы и носители бозоны.

Первичные носители-частицы, которые представляют интерес – это теоретический тёмный фотон, который передавал бы взаимодействия между видимой и невидимой материей. Если тёмные фотоны существуют, они могли бы привести к открытию пятой фундаментальной силы. Пока, однако, нет доказательств того, что тёмные фотоны существуют и некоторые исследования предоставили сильные доказательства, что эти частички не существуют.

Источник:
http://universetoday.ru/2020/05/01/%D1%84%D1%83%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B2%D0%B7%D0%B0%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D1%8F/

Динамика — общие сведения

Тема 5: Динамика. Силы в механике.

Динамика – это раздел механики, в котором изучается движение тел с учетом причин, влияющих на состояние их движения. Иными словами, динамика отвечает на вопрос: «почему тело движется?».

Основные параметры динамики:

– сила (Н),

— импульс тела (кг*м/c)

– импульс силы (кг*м/c),

Масса – это количественная мера инертных и гравитационных свойств тела, то есть чем больше масса, тем труднее изменить его скорость (инертное свойство) и тем сильнее оно притягивает другие тела (гравитационное свойство). Масса – это скалярная величина.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел, в результате которого они изменяют скорость или деформируются. Сила – векторная величина.

Гравитационные силы – это силы притяжения одних тел к другим вследствие наличия у них масс.

К гравитационным силам относятся сила тяготения и сила тяжести

Существует четыре вида сил различной природы:

Электромагнитные силы – это силы действующие между телами вследствие того, что тела состоят из движущихся заряженных частиц, между которыми действуют электрические и магнитные силы.

К электромагнитным силам относятся сила трения , сила упругости , вес тела .

Сила трения это сила, возникающая вследствие неровностей поверхностей соприкасающихся тел. Сила трения не имеет точки приложения и всегда направлена в сторону, противоположную движению (либо возможному движению).

Рассмотрим два вида силы трения:

Сила трения покоя – возникает при относительном покое тел. (Т. е. когда соприкасающиеся тела неподвижны относительно друг друга). Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону. Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения . Если вешняя сила приложенная к телу становится больше , то происходит проскальзывание. Силу трения в данном случае называют силой трения скольжения.

Силу трения скольжения находят по формуле:

,

где μ – коэффициент трения (безразм.), зависящий только от материала, из которого изготовлены тела и степени их обработки, N – сила реакции опоры (Н).

Помимо вышеперечисленных сил трения существуют так же силы трения качения и силы вязкого трения, но их мы в этом курсе рассматривать не будем.

Сила упругости — это сила, возникающая в теле при упругой деформации. Сила упругости направлена противоположно деформации.

Модуль силы упругости находится по формуле:

,

где k – жесткость пружины (Н/м), — деформация (м)

Сила тяжести – это сила, с которой планета действует на тело. Сила тяжести равна произведению массы тела m на ускорение свободного падения g. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз (как и ускорение свободного падения).

Сила тяготения .

Закон всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются друг к другу с силой (силой тяготения), прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Здесь: G = 6,67*10-11 Н*м2/кг2 – гравитационная постоянная, m1 и m2 — массы притягивающихся друг к другу тел (кг), r – расстояние между их центрами масс (м)

Силы тяготения направлены вдоль прямой соединяющей центры масс тел.

К электромагнитным силам относится также и вес тела .

Вес тела – это сила, с которой тело действует на другие тела вследствие его притяжения к земле.

Если тело относительно вертикали покоится или движется равномерно вверх или вниз, то его вес равен силе тяжести:

P = mg

Если тело движется вниз с ускорением или вверх с замедлением, то его вес меньше силы тяжести и находится по формуле:

Если тело свободно падает (т. е. a = g), то наступает состояние невесомости (вес тела равен нулю).

Если тело движется вверх с ускорением или опускается вниз с замедлением, то его вес больше силы тяжести и находится по формуле: P = m(g + a).

В этом случае отношение веса к силе тяжести называется перегрузкой.

В общем случае можно записать формулу веса тела, движущегося равноускоренного через векторную разность:

Заметка: векторная разность рассмотрена в лекции № 3 «Кинематика. Относительность движения»

Источник:
http://fiziku5.ru/uchebnye-materialy-po-fizike/dinamika_sily_v_mekhanike