(DOCX, 165KB)

ГБОУ СПО КО УОР
Силы в природе
Реферат по физике
Выполнил: студент 1 курса
Гаевой Богдан
Руководитель: учитаель информатики Фахретдинов Наиль Ринатович.
г. Калининград 2015
Введение .................................................................................................................. 3
Сила тяготения ...................................................................................................... 4
Сила тяжести.......................................................................................................... 4
Вес тела .................................................................................................................... 5
Сила трения ............................................................................................................ 6
Сила упругости ...................................................................................................... 8
Равнодействующая сила .................................................................................... 10
Сила Архимеда..................................................................................................... 10
Центробежная сила ............................................................................................. 11
Сила Кулона ......................................................................................................... 12
Сила Ампера......................................................................................................... 13
Сила Лоренца ....................................................................................................... 14
Список использованной литературы:............................................................. 15
Введение
Силой называется векторная величина, которая является причиной всякого
движения как следствия взаимодействий тел. Взаимодействия бывают
контактные, вызывающие деформации, и бесконтактные. Деформация это
изменение
формы
тела
или
отдельных
его
частей
в
результате
взаимодействия.
В
Международной
системе
единиц (СИ)
единица
силы
называется ньютон (Н). 1 Н равен силе, придающей эталонному телу массой
1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы. Прибор для измерения
силы – динамометр.
Действие силы на тело зависит от:
1. Величины прилагаемой силы;
2. Точки приложения силы;
3. Направления действия силы.
По своей природе силы бывают гравитационные, электромагнитные, слабые
и сильные взаимодействия на полевом уровне. К гравитационным силам
относятся сила тяжести, вес тела, сила тяготения. К электромагнитным силам
относятся сила упругости и сила трения. К взаимодействиям на полевом
уровне можно отнести такие силы как: сила Кулона, сила Ампера, сила
Лоренца.
Рассмотрим предлагаемые силы.
Сила тяготения
Сила тяготения определяется из закона Всемирного тяготения и возникает на
основании гравитационных взаимодействий тел, так как любое тело,
обладающее массой, имеет гравитационное поле. Два тела взаимодействуют
с силами равными по величине и противоположно направленными, прямо
пропорциональными произведению масс и обратно пропорциональными
квадрату расстояния между их центрами.
G = 6,67 . 10-11 - гравитационная постоянная, определенная Кавендишем.
Рис.1
Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести,
причем, ускорение свободного падения можно определить по формуле:
Где: М – масса Земли, Rз – радиус Земли.
Сила тяжести
Сила, с которой Земля притягивает к себе все тела, называется силой
тяжести. Обозначается - Fтяж, приложена к центру тяжести, направлена по
радиусу к центру Земли, определяется по формуле Fтяж = mg.
Где: m – масса тела; g – ускорение свободного падения (g=9,8м/с2).
Вес тела
Сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный
подвес, вследствие земного притяжения, называется весом. Обозначается - Р,
приложена к опоре или подвесу под центром тяжести, направлена вниз.
Рис.2
Если тело покоится, то можно утверждать, что вес равен силе тяжести и
определяется по формуле Р = mg.
Если тело движется с ускорением вверх, то тело испытывает перегрузку. Вес
определяется по формуле Р = m(g + a).
Рис.3
Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу
тяжести (двукратная перегрузка).
Если тело движется с ускорением вниз, то тело может испытывать
невесомость в первые секунды движения. Вес определяется по формуле Р =
m(g - a).
Рис. 4
Сила трения
Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого,
направленная в сторону противоположную движению называется силой
трения.
Рис.5
Точка приложения силы трения под центром тяжести, в сторону
противоположную движению вдоль соприкасающихся поверхностей. Сила
трения делится на силу трения покоя, силу трения качения, силу трения
скольжения. Сила трения покоя это сила, препятствующая возникновению
движения одного тела по поверхности другого. При ходьбе сила трения
покоя, действующая на подошву, сообщает человеку ускорение. При
скольжении связи между атомами первоначально неподвижных тел,
разрываются, трение уменьшается. Сила трения скольжения зависит от
относительной скорости движения соприкасающихся тел. Трение качения во
много раз меньше трения скольжения.
Рис.6
Сила трения определяется по формуле:
F = µN
Где: µ - коэффициент трения безразмерная величина, зависит от характера
обработки поверхности и от сочетания материалов соприкасающихся тел
(силы притяжения отдельных атомов различных веществ существенно
зависят от их электрических свойств);
N – сила реакции опоры - это сила упругости, возникающая в поверхности
под действием веса тела.
Для горизонтальной поверхности: Fтр = µmg
При движении твердого тела в жидкости или газе возникает сила вязкого
трения. Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она
также направлена в сторону, противоположную относительной скорости
тела. При вязком трении нет трения покоя. Сила вязкого трения сильно
зависит от скорости тела.
Сила упругости
При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить
прежние размеры и форму тела. Ее называют силой упругости.
Простейшим видом деформации является деформация растяжения или
сжатия.
Рис. 7
При малых деформациях (|x| << l) сила упругости пропорциональна
деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению
перемещения частиц тела при деформации: Fупр =k х
Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука:
сила упругости прямо пропорциональна изменению длины тела.
Где: k - коэффициент жесткости тела, измеряется в ньютонах на метр (Н/м).
Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела, а также от
материала.
В физике закон Гука для деформации растяжения или сжатия принято
записывать в другой форме:
Где: – относительная деформация; Е – модуль Юнга, который зависит
только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела. Для
различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для
стали, например, E 2·1011 Н/м2, а для резины E 2·106 Н/м2; – механическое
напряжение.
При деформации изгиба Fупр = - mg и Fупр = - K x.
Рис.8
Следовательно, можно найти коэффициент жесткости:
k=
В технике часто применяются спиралеобразные пружины. При растяжении
или сжатии пружин возникают упругие силы, которые также подчиняются
закону Гука, возникают деформации кручения и изгиба.
Рис. 9
Равнодействующая сила
Равнодействующей называется сила, заменяющая действия нескольких сил.
Эта сила применяется при решении задач с использованием нескольких сил.
Рис.10
На тело действуют сила тяжести и сила реакции опоры. Равнодействующая
сила, в данном случае, находится по правилу параллелограмма и
определяется по формуле
На основании определения равнодействующей, можно интерпретировать
второй закон Ньютона как: равнодействующая сила равна произведению
ускорения тела на его массу.
R = ma
Равнодействующая двух сил, действующих вдоль одной прямой в одну
сторону, равна сумме модулей этих сил и направлена в сторону действия
этих сил. Если силы действуют вдоль одной прямой, но в разные стороны, то
равнодействующая сила равна разности модулей действующих сил и
направлена в сторону действия большей силы.
Сила Архимеда
Сила Архимеда - это выталкивающая сила, возникающая в жидкости или газе
и действующая противоположно силе тяжести.
Закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует
выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости
FA = mg = Vg
Где:
– плотность жидкости или газа; V – объем погруженной части тела; g –
ускорение свободного падения.
Рис.11
Центробежная сила
Центробежная сила возникает при движении по окружности и направлена по
радиусу из центра.
Где: v –линейная скорость; r – радиус окружности.
Рис.12
Сила Кулона
В механике Ньютона используется понятие гравитационной массы, подобно
этому в электродинамике первичным является понятие электрического
заряда. Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая
свойство
частиц
или
тел
вступать
в
электромагнитные
силовые
взаимодействия. Заряды взаимодействуют с силой Кулона.
Где: q1 и q2 – взаимодействующие заряды, измеряющиеся в Кл (Кулонах);
r – расстояние между зарядами; k – коэффициент пропорциональности.
k=9.109 (Н.м2)/Кл2
Часто его записывают в виде:
,где – электрическая постоянная,
равная 8,85.1012Кл2/(Н.м2).
Рис.13
Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: F1 = - F2. Они
являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами
притяжения при разных знаках.
Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими
заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело,
равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других
заряженных тел.
Рис.14
Сила Ампера
На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера.
FА = IBlsin
Где: I – сила тока в проводнике; В – магнитная индукция; l - длина
проводника;
– угол между направлением проводника и направлением
вектора магнитной индукции.
Направление этой силы можно определить по правилу левой руки.
Если левую руку следует расположить таким образом, чтобы линии
магнитной индукции входили в ладонь, вытянутые четыре пальца
направлены вдоль действия силы тока, то отогнутый большой палец
указывает направление силы Ампера.
Сила Лоренца
Сила, с которой электромагнитное поле действует на любое, находящееся в
нем заряженное тело, называется силой Лоренца.
F = qvBsin
Рис. 16
Где: q – величина заряда; v – скорость движения заряженной частицы; В –
магнитная индукция;
– угол между векторами скорости и магнитной
индукции.
Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки.
Список использованной литературы:
Интернет источники
1. http://festival.1september.ru/articles/527711/