ძალა, როგორც ვექტორული სიდიდე ხასიათდება მოდული , მიმართულებადა განაცხადის "პუნქტი".ძალა. ბოლო პარამეტრით, ძალის, როგორც ვექტორის ცნება ფიზიკაში განსხვავდება ვექტორის ცნებისაგან ვექტორულ ალგებრაში, სადაც სიდიდითა და მიმართულების ტოლი ვექტორები, განურჩევლად მათი გამოყენების წერტილისა, განიხილება იგივე ვექტორად. ფიზიკაში ამ ვექტორებს უწოდებენ თავისუფალ ვექტორებს მექანიკაში ძალზე გავრცელებულია დაწყვილებული ვექტორების იდეა, რომლის დასაწყისი ფიქსირდება სივრცის გარკვეულ წერტილში ან შეიძლება განთავსდეს ხაზზე, რომელიც აგრძელებს ვექტორის მიმართულებას. (მოცურების ვექტორები). .

კონცეფცია ასევე გამოიყენება ძალის ხაზი, აღნიშნავს სწორ ხაზს, რომელიც გადის იმ ძალის გამოყენების წერტილში, რომელზედაც მიმართულია ძალა.

ძალის განზომილებაა LMT −2, საზომი ერთეული ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში (SI) არის ნიუტონი (N, N), CGS სისტემაში - dyne.

კონცეფციის ისტორია

ძალის ცნებას იყენებდნენ უძველესი მეცნიერები თავიანთ ნაშრომებში სტატიკასა და მოძრაობაზე. III საუკუნეში მარტივი მექანიზმების აგების პროცესში ძალებს სწავლობდა. ძვ.წ ე. არქიმედეს. არისტოტელეს იდეები ძალის შესახებ, რომელიც მოიცავს ფუნდამენტურ შეუსაბამობებს, შენარჩუნდა რამდენიმე საუკუნის განმავლობაში. ეს შეუსაბამობები აღმოიფხვრა მე-17 საუკუნეში. ისააკ ნიუტონი ძალის აღწერისთვის იყენებს მათემატიკური მეთოდები. ნიუტონის მექანიკა ზოგადად მიღებული იყო თითქმის სამასი წლის განმავლობაში. მე-20 საუკუნის დასაწყისისთვის. ალბერტ აინშტაინმა ფარდობითობის თეორიაში აჩვენა, რომ ნიუტონის მექანიკა სწორია მხოლოდ მოძრაობის შედარებით დაბალ სიჩქარეზე და სისტემაში სხეულების მასებზე, რითაც განმარტა კინემატიკისა და დინამიკის ძირითადი პრინციპები და აღწერა სივრცე-დროის ზოგიერთი ახალი თვისება.

ნიუტონის მექანიკა

ისააკ ნიუტონმა დაიწყო ობიექტების მოძრაობის აღწერა ინერციისა და ძალის ცნებების გამოყენებით. ამის შემდეგ მან ერთდროულად დაადგინა, რომ ყველა მექანიკური მოძრაობა ემორჩილება ზოგადი კონსერვაციის კანონებს. ნიუტონში მან გამოაქვეყნა თავისი ცნობილი ნაშრომი "", რომელშიც მან გამოავლინა კლასიკური მექანიკის სამი ფუნდამენტური კანონი (ნიუტონის ცნობილი კანონები).

ნიუტონის პირველი კანონი

მაგალითად, მექანიკის კანონები ზუსტად ისევე ხორციელდება სატვირთო მანქანის უკანა ნაწილში, როდესაც ის მოძრაობს გზის სწორი მონაკვეთის გასწვრივ მუდმივი სიჩქარით და როდესაც ის დგას. ადამიანს შეუძლია ბურთი ვერტიკალურად ზევით გადააგდოს და გარკვეული დროის შემდეგ იმავე ადგილას დაიჭიროს, მიუხედავად იმისა, სატვირთო მანქანა ერთნაირად და სწორ ხაზზე მოძრაობს თუ ისვენებს. მისთვის ბურთი სწორი ხაზით დაფრინავს. თუმცა, ადგილზე გარე დამკვირვებლისთვის ბურთის ტრაექტორია პარაბოლას ჰგავს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ბურთი ფრენის დროს მიწასთან შედარებით მოძრაობს არა მხოლოდ ვერტიკალურად, არამედ ჰორიზონტალურად ინერციით სატვირთო მანქანის მოძრაობის მიმართულებით. სატვირთო მანქანის უკან მყოფი ადამიანისთვის არ აქვს მნიშვნელობა სატვირთო მანქანა მოძრაობს გზაზე თუ სამყარომოძრაობს მუდმივი სიჩქარით შიგნით საწინააღმდეგო მიმართულება, და სატვირთო მანქანა დგას. ამრიგად, დასვენების და ერთგვაროვანი მდგომარეობა სწორხაზოვანი მოძრაობაფიზიკურად არ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან.

ნიუტონის მეორე კანონი

იმპულსის განმარტებით:

სად არის მასა, არის სიჩქარე.

თუ მატერიალური წერტილის მასა უცვლელი რჩება, მაშინ მასის დროითი წარმოებული არის ნული და განტოლება იღებს ფორმას:

ნიუტონის მესამე კანონი

ნებისმიერი ორი სხეულისთვის (მოდით დავარქვათ მათ სხეული 1 და სხეული 2), ნიუტონის მესამე კანონი ამბობს, რომ სხეულის 1-ის მოქმედების ძალა 2 სხეულზე თან ახლავს სხეულზე მოქმედი სიდიდის ტოლი, მაგრამ მიმართულების საწინააღმდეგო ძალის გამოჩენას. 1 სხეულიდან 2. მათემატიკურად კანონი ასე იწერება:

ეს კანონი ნიშნავს, რომ ძალები ყოველთვის ჩნდება მოქმედება-რეაქციის წყვილებში. თუ სხეული 1 და სხეული 2 ერთ სისტემაშია, მაშინ ამ სხეულების ურთიერთქმედების შედეგად სისტემაში მთლიანი ძალა ნულის ტოლია:

ეს ნიშნავს, რომ დახურულ სისტემაში არ არის გაუწონასწორებელი შინაგანი ძალები. ეს იწვევს მასის ცენტრს დახურული სისტემა(ანუ ის, რომელზეც გარე ძალები არ მოქმედებს) აჩქარებით ვერ მოძრაობს. სისტემის ცალკეულ ნაწილებს შეუძლიათ აჩქარება, მაგრამ მხოლოდ ისე, რომ სისტემა მთლიანობაში რჩება მოსვენების მდგომარეობაში ან ერთგვაროვან ხაზოვან მოძრაობაში. თუმცა, თუ გარე ძალები მოქმედებენ სისტემაზე, მისი მასის ცენტრი დაიწყებს მოძრაობას აჩქარებით პროპორციული გარე შედეგიანი ძალისა და უკუპროპორციული სისტემის მასის.

ფუნდამენტური ურთიერთქმედება

ბუნებაში არსებული ყველა ძალა ემყარება ოთხი ტიპის ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებას. ყველა სახის ურთიერთქმედების გავრცელების მაქსიმალური სიჩქარე უდრის სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში. ელექტრომაგნიტური ძალები მოქმედებს ელექტრულად დამუხტულ სხეულებს შორის, გრავიტაციული ძალები მოქმედებს მასიურ ობიექტებს შორის. ძლიერი და სუსტი ჩნდება მხოლოდ ძალიან მცირე დისტანციებზე, ისინი პასუხისმგებელნი არიან სუბატომურ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების წარმოქმნაზე, მათ შორის ნუკლეონებს შორის, რომელთაგან შედგება ატომური ბირთვები.

ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედების ინტენსივობა იზომება ენერგეტიკული ერთეულები(ელექტრონვოლტი), არა ძალის ერთეულებიდა, შესაბამისად, ტერმინი „ძალის“ გამოყენება მათზე აიხსნება ანტიკურ დროიდან მიღებული ტრადიციით, რათა აეხსნათ გარემომცველი სამყაროს ნებისმიერი ფენომენი თითოეული ფენომენისთვის სპეციფიკური „ძალების“ მოქმედებით.

ძალის ცნება არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას სუბატომური სამყაროს მოვლენებზე. ეს არის კონცეფცია კლასიკური ფიზიკის არსენალიდან, რომელიც დაკავშირებულია (თუნდაც მხოლოდ ქვეცნობიერად) ნიუტონის იდეებთან დისტანციაზე მოქმედი ძალების შესახებ. სუბატომურ ფიზიკაში ასეთი ძალები აღარ არსებობს: მათ ცვლის ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედება, რომელიც ხდება ველების, ანუ სხვა ნაწილაკების მეშვეობით. ამიტომ, მაღალი ენერგიის ფიზიკოსები თავს არიდებენ სიტყვის გამოყენებას ძალასიტყვით ჩაანაცვლა ურთიერთქმედება.

ურთიერთქმედების თითოეული ტიპი განპირობებულია ურთიერთქმედების შესაბამისი მატარებლების გაცვლით: გრავიტაციული - გრავიტონების გაცვლა (არსებობა არ არის დადასტურებული ექსპერიმენტულად), ელექტრომაგნიტური - ვირტუალური ფოტონები, სუსტი - ვექტორული ბოზონები, ძლიერი - გლუონები (და დიდ დისტანციებზე - მეზონები) . ამჟამად, ელექტრომაგნიტური და სუსტი ძალები გაერთიანებულია უფრო ფუნდამენტურ ელექტროსუსტ ძალაში. მზადდება ოთხივე ფუნდამენტური ურთიერთქმედების ერთში გაერთიანების მცდელობა (ე.წ. დიდი ერთიანი თეორია).

ბუნებაში გამოვლენილი ძალების მთელი მრავალფეროვნება, პრინციპში, შეიძლება დაიყვანოს ამ ოთხ ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებამდე. მაგალითად, ხახუნი არის ელექტრომაგნიტური ძალების გამოვლინება, რომელიც მოქმედებს ორი შეხების ზედაპირის ატომებს შორის და პაულის გამორიცხვის პრინციპს შორის, რაც ხელს უშლის ატომებს ერთმანეთის არეში შეღწევაში. ზამბარის დეფორმაციის შედეგად წარმოქმნილი ძალა, რომელიც აღწერილია ჰუკის კანონით, ასევე არის ელექტრომაგნიტური ძალების შედეგი ნაწილაკებს შორის და პაულის გამორიცხვის პრინციპი, რაც აიძულებს ნივთიერების კრისტალური ბადის ატომებს წონასწორობის პოზიციასთან ახლოს იყოს. .

თუმცა, პრაქტიკაში ძალთა მოქმედების საკითხის ასეთი დეტალური განხილვა პრობლემის პირობებში არა მხოლოდ შეუსაბამო, არამედ უბრალოდ შეუძლებელი გამოდის.

გრავიტაცია

გრავიტაცია ( გრავიტაცია) - უნივერსალური ურთიერთქმედება ნებისმიერი ტიპის მატერიას შორის. კლასიკური მექანიკის ფარგლებში, იგი აღწერილია უნივერსალური გრავიტაციის კანონით, რომელიც ჩამოყალიბებულია ისააკ ნიუტონის მიერ თავის ნაშრომში „ბუნებრივი ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“. ნიუტონმა მიიღო აჩქარების სიდიდე, რომლითაც მთვარე მოძრაობს დედამიწის ირგვლივ, გამოთვლებისას ვივარაუდოთ, რომ მიზიდულობის ძალა მცირდება გრავიტაციული სხეულიდან მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულად. გარდა ამისა, მან ასევე დაადგინა, რომ აჩქარება, რომელიც გამოწვეულია ერთი სხეულის მეორის მიერ მიზიდულობით, პროპორციულია ამ სხეულების მასების ნამრავლის. ამ ორი დასკვნის საფუძველზე ჩამოყალიბდა გრავიტაციის კანონი: ნებისმიერი მატერიალური ნაწილაკი ერთმანეთისკენ იზიდავს ძალით, რომელიც პირდაპირპროპორციულია მასების ნამრავლის (და) და უკუპროპორციული მათ შორის მანძილის კვადრატისა:

აქ არის გრავიტაციული მუდმივი, რომლის მნიშვნელობა პირველად ჰენრი კავენდიშმა თავის ექსპერიმენტებში მიიღო. ამ კანონის გამოყენებით შეგიძლიათ მიიღოთ ფორმულები თვითნებური ფორმის სხეულების მიზიდულობის ძალის გამოსათვლელად. ნიუტონის გრავიტაციის თეორია კარგად აღწერს მზის სისტემის პლანეტებისა და მრავალი სხვა ციური სხეულის მოძრაობას. თუმცა, იგი ეფუძნება გრძელვადიანი მოქმედების კონცეფციას, რომელიც ეწინააღმდეგება ფარდობითობის თეორიას. Ამიტომაც კლასიკური თეორიაგრავიტაცია არ გამოიყენება სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოძრავი სხეულების მოძრაობის აღსაწერად, უკიდურესად მასიური ობიექტების გრავიტაციული ველების (მაგალითად, შავი ხვრელების), აგრეთვე ცვლადი გრავიტაციული ველების, რომლებიც წარმოიქმნება სხეულების გადაადგილებით დიდ დისტანციებზე. მათ.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება

ელექტროსტატიკური ველი (სტაციონარული მუხტების ველი)

ფიზიკის განვითარებამ ნიუტონის შემდეგ სამ ძირითად რაოდენობას (სიგრძე, მასა, დრო) დაუმატა ელექტრული მუხტი C განზომილებით. თუმცა, გაზომვის მოხერხებულობაზე დაფუძნებული პრაქტიკული მოთხოვნებიდან გამომდინარე, ხშირად იყენებდნენ I განზომილებით ელექტრო დენს მუხტის ნაცვლად. , და მე = Cთ − 1 . მუხტის რაოდენობის საზომი ერთეული არის კულონი, ხოლო დენის ერთეული არის ამპერი.

ვინაიდან მუხტი, როგორც ასეთი, არ არსებობს მისი მატარებელი სხეულისგან დამოუკიდებლად, სხეულების ელექტრული ურთიერთქმედება ვლინდება მექანიკაში განხილული იგივე ძალის სახით, რომელიც ემსახურება აჩქარების მიზეზს. ვაკუუმში ორი „წერტილი მუხტის“ ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების მიმართ გამოიყენება კულონის კანონი:

სად არის მანძილი მუხტებს შორის და ε 0 ≈ 8,854187817·10 −12 F/m. ამ სისტემის ერთგვაროვან (იზოტროპულ) ნივთიერებაში ურთიერთქმედების ძალა მცირდება ε-ჯერ, სადაც ε არის საშუალო დიელექტრიკული მუდმივი.

ძალის მიმართულება ემთხვევა წერტილოვანი მუხტების დამაკავშირებელ ხაზს. გრაფიკულად, ელექტროსტატიკური ველი ჩვეულებრივ გამოსახულია, როგორც ძალის ხაზების სურათი, რომლებიც წარმოსახვითი ტრაექტორიაა, რომლის გასწვრივ მოძრაობს დამუხტული ნაწილაკი მასის გარეშე. ეს ხაზები იწყება ერთი დამუხტვით და მთავრდება მეორეზე.

ელექტრომაგნიტური ველი (პირდაპირი დენის ველი)

მაგნიტური ველის არსებობა ჯერ კიდევ შუა საუკუნეებში აღიარეს ჩინელებმა, რომლებიც იყენებდნენ ” მოსიყვარულე ქვა- მაგნიტი, როგორც მაგნიტური კომპასის პროტოტიპი. გრაფიკულად, მაგნიტური ველი ჩვეულებრივ გამოსახულია ძალის დახურული ხაზების სახით, რომელთა სიმკვრივე (როგორც ელექტროსტატიკური ველის შემთხვევაში) განსაზღვრავს მის ინტენსივობას. ისტორიულად, ვიზუალური გზა მაგნიტური ველის ვიზუალიზაციისთვის იყო რკინის ჩირქები, რომლებიც დაასხურეს, მაგალითად, მაგნიტზე მოთავსებულ ქაღალდზე.

მიღებული ძალების ტიპები

ელასტიური ძალა- ძალა, რომელიც წარმოიქმნება სხეულის დეფორმაციის დროს და ეწინააღმდეგება ამ დეფორმაციას. ელასტიური დეფორმაციების შემთხვევაში პოტენციურია. ელასტიური ძალა ელექტრომაგნიტური ხასიათისაა და წარმოადგენს ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების მაკროსკოპულ გამოვლინებას. ელასტიური ძალა მიმართულია გადაადგილების საპირისპიროდ, ზედაპირის პერპენდიკულარულად. ძალის ვექტორი მოლეკულური გადაადგილების მიმართულების საპირისპიროა.

ხახუნის ძალა- ძალა, რომელიც წარმოიქმნება მყარი სხეულების შედარებითი მოძრაობის დროს და ეწინააღმდეგება ამ მოძრაობას. ეხება დისპაციურ ძალებს. ხახუნის ძალა ელექტრომაგნიტური ხასიათისაა და წარმოადგენს ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების მაკროსკოპულ გამოვლინებას. ხახუნის ძალის ვექტორი მიმართულია სიჩქარის ვექტორის საპირისპიროდ.

საშუალო წინააღმდეგობის ძალა- მოძრაობის დროს წარმოქმნილი ძალა მყარითხევად ან აირად გარემოში. ეხება დისპაციურ ძალებს. წინააღმდეგობის ძალა ელექტრომაგნიტური ხასიათისაა და წარმოადგენს ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების მაკროსკოპულ გამოვლინებას. წევის ძალის ვექტორი მიმართულია სიჩქარის ვექტორის საპირისპიროდ.

ნიადაგის რეაქციის ნორმალური ძალა- ელასტიური ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულზე არსებული საყრდენიდან. მიმართულია საყრდენის ზედაპირზე პერპენდიკულურად.

ზედაპირული დაძაბულობის ძალები- ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება ფაზის ინტერფეისის ზედაპირზე. მას აქვს ელექტრომაგნიტური ბუნება, არის ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების მაკროსკოპული გამოვლინება. დაჭიმვის ძალა მიმართულია ინტერფეისის მიმართ ტანგენციურად; წარმოიქმნება ფაზის საზღვარზე მდებარე მოლეკულების არაკომპენსირებული მიზიდვის შედეგად მოლეკულებით, რომლებიც არ მდებარეობს ფაზის საზღვარზე.

ოსმოსური წნევა

ვან დერ ვაალის ძალები- ელექტრომაგნიტური ინტერმოლეკულური ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება მოლეკულების პოლარიზაციისა და დიპოლების წარმოქმნის დროს. ვან დერ ვაალის ძალები სწრაფად მცირდება მანძილის მატებასთან ერთად.

ინერციის ძალა- ფიქტიური ძალა შემოტანილია არაინერციულ საცნობარო სისტემებში, რათა მათში დაკმაყოფილდეს ნიუტონის მეორე კანონი. კერძოდ, ერთნაირად აჩქარებულ სხეულთან ასოცირებულ საცნობარო ჩარჩოში, ინერციული ძალა მიმართულია აჩქარების საწინააღმდეგოდ. მოხერხებულობისთვის ცენტრიდანული ძალა და კორიოლისის ძალა შეიძლება გამოიყოს მთლიანი ინერციული ძალისგან.

შედეგიანი

სხეულის აჩქარების გამოთვლისას მასზე მოქმედი ყველა ძალა იცვლება ერთი ძალით, რომელსაც ეწოდება შედეგი. ეს არის სხეულზე მოქმედი ყველა ძალის გეომეტრიული ჯამი. უფრო მეტიც, თითოეული ძალის მოქმედება არ არის დამოკიდებული სხვების მოქმედებაზე, ანუ თითოეული ძალა სხეულს ანიჭებს იმავე აჩქარებას, რასაც სხვა ძალების მოქმედების არარსებობის შემთხვევაში. ამ განცხადებას ეწოდება ძალების მოქმედების დამოუკიდებლობის პრინციპი (სუპერპოზიციის პრინციპი).

იხილეთ ასევე

წყაროები

• გრიგორიევი V.I., Myakishev G.Ya - ”ძალები ბუნებაში”.
• ლანდაუ, ლ.დ., ლიფშიცი, ე.მ.მექანიკა - მე-5 გამოცემა, სტერეოტიპული. - M.: Fizmatlit, 2004. - 224გვ. - („თეორიული ფიზიკა“, ტომი I). - .

შენიშვნები

1. ლექსიკონი. დედამიწის ობსერვატორია. NASA. - ”სიძლიერე - ნებისმიერი გარე ფაქტორი, რაც იწვევს თავისუფალი სხეულის მოძრაობის ცვლილებას ან ფიქსირებულ სხეულში შინაგანი სტრესების წარმოქმნას“.(ინგლისური)
2. ბრონშტეინი I. N. Semendyaev K. A. მათემატიკის სახელმძღვანელო. მ.: გამომცემლობა "მეცნიერება" საცნობარო ფიზიკური და მათემატიკური ლიტერატურის რედაქცია 1964 წ.
3. ფეინმანი, რ.პ., ლეიტონი, რ.ბ., სენდსი, მ.ლექციები ფიზიკაზე, ტომი 1 - ედისონ-ვესლი, 1963 წ.(ინგლისური)

ფიზიკაში ძალიან ხშირად გამოიყენება „ძალის“ ცნება: გრავიტაციული ძალა, მოგერიების ძალა, ელექტრომაგნიტური ძალა და ა.შ. იქმნება მცდარი შთაბეჭდილება, რომ ძალა არის ის, რაც გავლენას ახდენს ობიექტებზე და არსებობს თავისით.

რეალურად საიდან მოდის ძალა და რა არის ის მაინც?

მოდით შევხედოთ ამ კონცეფციას ხმის მაგალითის გამოყენებით. როცა ვმღერით, შეგვიძლია გამოშვებული ბგერის სიძლიერე შევცვალოთ, ე.ი. მოცულობა. ამისათვის ჩვენ ვზრდით ამოსუნთქვის სიჩქარეს და ვიწროვებთ სივრცეს ხმის იოგებს შორის. Რა მოხდა? იზრდება ვოკალური იოგების მდგომარეობის ცვლილების სიჩქარე. ხმები იყოფა დაბალი და მაღალი. რით განსხვავდებიან ისინი ერთმანეთისგან? ხმა თითქოს დაბალია, როდესაც ცვლილების სისწრაფე თანდათან მცირდება და მაღალია, როცა, პირიქით, იზრდება ამოსუნთქვის ბოლოს.

ყველაფერი აგებულია იმავე პრინციპით. მუსიკალური ინსტრუმენტები. ყველა მათგანი საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ ინსტრუმენტის თანაფარდობა ისე, რომ შეცვალოთ მისი ცვლილების სიჩქარე და მიმართულება, ან დააკავშიროთ ბგერები სხვადასხვა პარამეტრებთან, როგორც სიმებიანი.

ნებისმიერ ბუნებრივ სისტემაში ხდება მდგომარეობის მუდმივი ცვლილებები. ჩვენ ვუკავშირებთ ენერგიას და ძალას მდგომარეობის ცვლილების მაღალ სიჩქარესთან, ხოლო დასვენება და სტატუსობა დაბალი ენერგიით, მაგრამ მაღალი გრავიტაციით.

ძალის ცნება ჩვენთვის აუცილებელია იმ შემთხვევაში, როდესაც განვიხილავთ ზოგიერთი ობიექტის გავლენას სხვებზე. მაგრამ თუ სისტემას მთლიანობაში განვიხილავთ, მაშინ ძალის ნაცვლად ვსაუბრობთ სისტემის მდგომარეობის ცვლილების სიჩქარეზე. მაგრამ რა იწვევს სიჩქარის ცვლილებას?

ნებისმიერი სისტემა არის რხევითი პროცესი. ჩვეულებრივ, როდესაც ვსაუბრობთ რყევაზე, ვფიქრობთ ერთი მნიშვნელობის ცვლილებაზე გარკვეული დიაპაზონის ფარგლებში. მაგალითად, გიტარის სიმების ვიბრაცია არის მისი ვიბრაცია ცენტრალური ღერძის გარშემო. მაგრამ ეს ხდება მხოლოდ იმიტომ, რომ სტრიქონის ბოლოები მკაცრად არის დაფიქსირებული, რაც ზღუდავს მას სივრცეში.

თუ ვსაუბრობთ ბუნებრივ სისტემაზე, მაშინ მასში რყევები ყოველთვის არის მინიმუმ ორი პარამეტრის ცვლილება. უფრო მეტიც, ფიზიკური პარამეტრები ერთმანეთთან ისეა დაკავშირებული, რომ ერთის ზრდა იწვევს მეორის შემცირებას. მაგალითად, წნევის შემცირება იწვევს მოცულობის გაზრდას, მაქსიმუმს ელექტრული ველიშეესაბამება მინიმალურ მაგნიტურს. ეს ციკლური უკუკავშირი იწვევს სისტემის რყევას გარკვეული სიდიდის ფარგლებში, რაც შეიძლება ჩაითვალოს სიჩქარის მუდმივად.

სწორედ ამ მუდმივის წყალობით ჩვენ ყოველთვის ვგრძნობთ მიმართულებას, რომელიც არის სისტემაში. მაგალითად, მოკლე დროში მუსიკის ნაწილიჩვენ ვგრძნობთ როგორი იქნება მისი მომავალი ხმა. ჩვენ შეგვიძლია ჩავწვდეთ ლოგიკას შემდგომი განვითარება. მათემატიკური თვალსაზრისით, ეს ნიშნავს დიფერენციალურის - სისტემის ცვლილების სიჩქარისა და მიმართულების გამოთვლას. ამ მომენტშიდრო. ეს არის ის, რაც განასხვავებს მუსიკას უბრალო ხმაურისგან.

და ის ფაქტი, რომ ეს შესაძლებელია, მიუთითებს იმაზე, რომ სამყარო მთლიანობაში არის ერთიანი სისტემა, სადაც ყველა პროცესი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. და მასში სიჩქარის ყველა ცვლილება პროგნოზირებადი და ლოგიკურად ურთიერთდაკავშირებულია.

არსებობს მთელი რიგი კანონები, რომლებიც ახასიათებს ფიზიკურ პროცესებს სხეულების მექანიკური მოძრაობის დროს.

ფიზიკაში ძალების შემდეგი ძირითადი კანონები გამოირჩევა:

• გრავიტაციის კანონი;
• კანონი უნივერსალური გრავიტაცია;
• ხახუნის ძალის კანონები;
• დრეკადობის ძალის კანონი;
• ნიუტონის კანონები.

გრავიტაციის კანონი

შენიშვნა 1

გრავიტაცია არის გრავიტაციული ძალების მოქმედების ერთ-ერთი გამოვლინება.

გრავიტაცია წარმოდგენილია როგორც ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულზე პლანეტის მხრიდან და აძლევს მას აჩქარებას მიზიდულობის გამო.

თავისუფალი ვარდნა შეიძლება ჩაითვალოს $mg = G\frac(mM)(r^2)$ სახით, საიდანაც ვიღებთ თავისუფალი ვარდნის აჩქარების ფორმულას:

$g = G\frac(M)(r^2)$.

გრავიტაციის განსაზღვრის ფორმულა ასე გამოიყურება:

$(\overline(F))_g = m\overline(g)$

გრავიტაციას აქვს განაწილების გარკვეული ვექტორი. ის ყოველთვის მიმართულია ვერტიკალურად ქვევით, ანუ პლანეტის ცენტრისკენ. სხეული მუდმივად ექვემდებარება გრავიტაციას და ეს ნიშნავს, რომ ის თავისუფალ ვარდნაშია.

სიმძიმის გავლენის ქვეშ მოძრაობის ტრაექტორია დამოკიდებულია:

• ობიექტის საწყისი სიჩქარის მოდული;
• სხეულის სიჩქარის მიმართულება.

ადამიანი ამ ფიზიკურ მოვლენას ყოველდღე ხვდება.

გრავიტაცია ასევე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ფორმულით $P = mg$. სიმძიმის გამო აჩქარებისას მხედველობაში მიიღება დამატებითი რაოდენობებიც.

თუ გავითვალისწინებთ უნივერსალური მიზიდულობის კანონს, რომელიც ჩამოაყალიბა ისააკ ნიუტონმა, ყველა სხეულს აქვს გარკვეული მასა. ისინი ძალით იზიდავენ ერთმანეთს. მას გრავიტაციულ ძალას ეძახიან.

$F = G\frac(m_1m_2)(r^2)$

ეს ძალა პირდაპირპროპორციულია ორი სხეულის მასის ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

$G = 6.7\cdot (10)^(-11)\ (H\cdot m^2)/((kg)^2\ )$, სადაც $G$ არის გრავიტაციული მუდმივი და აქვს საერთაშორისო სისტემის მიხედვით SI ზომავს მუდმივ მნიშვნელობას.

განმარტება 1

წონა არის ძალა, რომლითაც სხეული მოქმედებს პლანეტის ზედაპირზე გრავიტაციის გაჩენის შემდეგ.

იმ შემთხვევებში, როდესაც სხეული მოსვენებულ მდგომარეობაშია ან ერთნაირად მოძრაობს ჰორიზონტალურ ზედაპირზე, მაშინ წონა ტოლი იქნება დამხმარე რეაქციის ძალისა და სიდიდით დაემთხვევა სიმძიმის ძალის სიდიდეს:

ზე ერთნაირად აჩქარებული მოძრაობავერტიკალურად, წონა განსხვავდება გრავიტაციისგან, აჩქარების ვექტორის მიხედვით. როდესაც აჩქარების ვექტორი მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით, ხდება გადატვირთვის მდგომარეობა. იმ შემთხვევებში, როდესაც სხეული და საყრდენი $a = g$ აჩქარებით მოძრაობენ, მაშინ წონა ნულის ტოლი იქნება. ნულოვანი წონის მდგომარეობას უწონადობა ეწოდება.

გრავიტაციული ველის სიძლიერე გამოითვლება შემდეგნაირად:

$g = \frac(F)(m)$

რაოდენობა $F$ არის გრავიტაციული ძალა, რომელიც მოქმედებს $m$ მასის მატერიალურ წერტილზე.

სხეული მოთავსებულია მინდვრის გარკვეულ წერტილში.

ორი მატერიალური წერტილის გრავიტაციული ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია $m_1$ და $m_2$ მასებით უნდა იყოს $r$ მანძილზე ერთმანეთისგან.

გრავიტაციული ველის პოტენციალი შეგიძლიათ იხილოთ ფორმულის გამოყენებით:

$\varphi = \Pi / m$

აქ $П$ არის $m$ მასის მქონე მატერიალური წერტილის პოტენციური ენერგია. ის მოთავსებულია მინდვრის გარკვეულ წერტილში.

ხახუნის კანონები

შენიშვნა 2

ხახუნის ძალა წარმოიქმნება მოძრაობის დროს და მიმართულია სხეულის სრიალის წინააღმდეგ.

სტატიკური ხახუნის ძალა ნორმალური რეაქციის პროპორციული იქნება. სტატიკური ხახუნის ძალა არ არის დამოკიდებული ხახუნის ზედაპირების ფორმასა და ზომაზე. ხახუნის სტატიკური კოეფიციენტი დამოკიდებულია სხეულების მასალაზე, რომლებიც შედიან კონტაქტში და წარმოქმნიან ხახუნის ძალას. ამასთან, ხახუნის კანონებს არ შეიძლება ვუწოდოთ სტაბილური და ზუსტი, რადგან კვლევის შედეგებში ხშირად შეინიშნება სხვადასხვა გადახრები.

ხახუნის ძალის ტრადიციული ჩაწერა მოიცავს ხახუნის კოეფიციენტის გამოყენებას ($\eta$), $N$ არის ნორმალური წნევის ძალა.

ასევე გამოირჩევა გარე ხახუნი, მოძრავი ხახუნის ძალა, მოცურების ხახუნის ძალა, ბლანტი ხახუნის ძალა და ხახუნის სხვა ტიპები.

ელასტიური ძალის კანონი

დრეკადობის ძალა უდრის სხეულის სიმტკიცეს, რომელიც მრავლდება დეფორმაციის რაოდენობაზე:

$F = k \cdot \დელტა l$

დრეკადობის ძალის ძიების ჩვენს კლასიკურ ძალის ფორმულაში მთავარი ადგილი უკავია სხეულის სიმყარის ($k$) და სხეულის დეფორმაციის ($\Delta l$) მნიშვნელობებს. ძალის ერთეულია ნიუტონი (N).

მსგავს ფორმულას შეუძლია აღწეროს დეფორმაციის უმარტივესი შემთხვევა. მას ჩვეულებრივ ჰუკის კანონს უწოდებენ. მასში ნათქვამია, რომ თუ ვინმე ეცდება ხელმისაწვდომი გზითსხეულის დეფორმაცია, ელასტიური ძალა მიდრეკილია დაუბრუნოს ობიექტის ფორმა პირვანდელ ფორმას.

პროცესის გასაგებად და ზუსტად აღწერისთვის ფიზიკური ფენომენიდამატებითი ცნებების დანერგვა. ელასტიურობის კოეფიციენტი აჩვენებს დამოკიდებულებას:

• მასალის თვისებები;
• ღეროების ზომები.

კერძოდ, განასხვავებენ დამოკიდებულებას ღეროს ზომაზე ან განივი კვეთის ფართობზე და სიგრძეზე. შემდეგ სხეულის ელასტიურობის კოეფიციენტი იწერება სახით:

$k = \frac(ES)(L)$

ამ ფორმულაში, რაოდენობა $E$ არის პირველი სახის ელასტიურობის მოდული. მას ასევე უწოდებენ იანგის მოდულს. იგი ასახავს გარკვეული მასალის მექანიკურ მახასიათებლებს.

სწორი ღეროების გამოთვლების შესრულებისას ჰუკის კანონი იწერება ფარდობითი ფორმით:

$\დელტა l = \frac(FL)(ES)$

აღნიშნულია, რომ ჰუკის კანონის გამოყენება ეფექტური იქნება მხოლოდ შედარებით მცირე დეფორმაციებისთვის. თუ პროპორციულობის ლიმიტის დონე გადააჭარბებს, მაშინ კავშირი დაძაბულობასა და ძაბვას შორის ხდება არაწრფივი. ზოგიერთი მედიისთვის ჰუკის კანონი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მცირე დეფორმაციისთვისაც კი.

1. ნიუტონის დინამიკის კანონები

მოძრაობის კანონები ან აქსიომები (როგორც თავად ნიუტონმა ჩამოაყალიბა 1687 წლის წიგნში „ბუნებრივი ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“): „ი. ყოველი სხეული აგრძელებს შენარჩუნების მდგომარეობაში ან ერთგვაროვან და სწორხაზოვან მოძრაობაში მანამ, სანამ და თუ იგი არ აიძულებს ძალების მიერ შეცვალოს ეს მდგომარეობა. II. იმპულსის ცვლილება გამოყენებული მამოძრავებელი ძალის პროპორციულია და ხდება იმ სწორი ხაზის მიმართულებით, რომლის გასწვრივაც ეს ძალა მოქმედებს. III. მოქმედებას ყოველთვის აქვს თანაბარი და საპირისპირო რეაქცია, თორემ ორი სხეულის ურთიერთქმედება ერთმანეთზე თანაბარია და მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით“.

2. რა არის ძალა?

ძალას ახასიათებს სიდიდე და მიმართულება. ძალა ახასიათებს სხვა სხეულების მოქმედებას მოცემულ სხეულზე. სხეულზე მოქმედი ძალის შედეგი დამოკიდებულია არა მხოლოდ მის სიდიდესა და მიმართულებაზე, არამედ ძალის გამოყენების წერტილზეც. შედეგი არის ერთი ძალა, რომლის შედეგი იგივე იქნება, რაც ყველა რეალური ძალის მოქმედების შედეგი. თუ ძალები თანამიმართულია, შედეგი უდრის მათ ჯამს და მიმართულია იმავე მიმართულებით. თუ ძალები მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით, მაშინ შედეგი უდრის მათ სხვაობას და მიმართულია უფრო დიდი ძალისკენ.

სიმძიმე და სხეულის წონა

გრავიტაცია არის ძალა, რომლითაც სხეული იზიდავს დედამიწას უნივერსალური მიზიდულობის გამო. სამყაროს ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს და რაც უფრო დიდია მათი მასა და რაც უფრო ახლოს არიან ისინი, მით უფრო ძლიერია მიზიდულობა.

მიზიდულობის ძალის გამოსათვლელად, სხეულის მასა უნდა გავამრავლოთ კოეფიციენტზე, რომელიც აღინიშნება ასო გ-ით, დაახლოებით 9,8 ნ/კგ-ის ტოლი. ამრიგად, სიმძიმის ძალა გამოითვლება ფორმულით

სხეულის წონა არის ძალა, რომლითაც სხეული აჭერს საყრდენს ან ჭიმავს სუსპენზიას დედამიწისადმი მიზიდულობის გამო. თუ სხეულს არც საყრდენი აქვს და არც შეჩერება, მაშინ სხეულს წონა არ აქვს - ის უწონად მდგომარეობაშია.

ელასტიური ძალა

ელასტიური ძალა არის ძალა, რომელიც წარმოიქმნება სხეულის შიგნით დეფორმაციის შედეგად და ხელს უშლის ფორმის შეცვლას. იმისდა მიხედვით, თუ როგორ იცვლება სხეულის ფორმა, განასხვავებენ დეფორმაციის რამდენიმე ტიპს, კერძოდ, დაჭიმულობას და შეკუმშვას, ღუნვას, ცვლასა და ცვლას და ბრუნვას.

რაც უფრო მეტად იცვლება სხეულის ფორმა, მით მეტია მასში წარმოქმნილი დრეკადობის ძალა.

დინამომეტრი არის ძალის საზომი მოწყობილობა: გაზომილი ძალა შედარებულია დინამომეტრის გაზაფხულზე წარმოქმნილ დრეკად ძალასთან.

ხახუნის ძალა

სტატიკური ხახუნის ძალა არის ძალა, რომელიც ხელს უშლის სხეულს თავისი ადგილიდან გადაადგილებას.

ხახუნის წარმოქმნის მიზეზი არის ის, რომ ნებისმიერ ზედაპირს აქვს დარღვევები, რომლებიც ერთმანეთს ერევა. თუ ზედაპირები გაპრიალებულია, მაშინ ხახუნის მიზეზი არის მოლეკულური ურთიერთქმედების ძალები. როდესაც სხეული მოძრაობს ჰორიზონტალურ ზედაპირზე, ხახუნის ძალა მიმართულია მოძრაობის წინააღმდეგ და პირდაპირპროპორციულია მიზიდულობის ძალისა:

მოცურების ხახუნის ძალა არის წინააღმდეგობის ძალა, როდესაც ერთი სხეული სრიალებს მეორის ზედაპირზე. მოძრავი ხახუნის ძალა არის წინააღმდეგობის ძალა, როდესაც ერთი სხეული ტრიალებს მეორის ზედაპირზე; ის მნიშვნელოვნად ნაკლები ძალამოცურების ხახუნის.

თუ ხახუნი სასარგებლოა, ის იზრდება; თუ ეს საზიანოა, შეამცირეთ იგი.

3. კონსერვაციის კანონები

კონსერვაციის კანონები, ფიზიკური კანონები, რომლის მიხედვითაც დახურული სისტემის ზოგიერთი თვისება უცვლელი რჩება სისტემაში რაიმე ცვლილების მიუხედავად. ყველაზე მნიშვნელოვანი არის მატერიისა და ენერგიის შენარჩუნების კანონები.მატერიის შენარჩუნების კანონი ამბობს, რომ მატერია არც იქმნება და არც ნადგურდება; ქიმიური გარდაქმნების დროს მთლიანი მასა უცვლელი რჩება. სისტემაში ენერგიის მთლიანი რაოდენობა ასევე უცვლელი რჩება; ენერგია მხოლოდ ერთი ფორმიდან მეორეში გარდაიქმნება. ორივე ეს კანონი მხოლოდ დაახლოებით სწორია. მასა და ენერგია შეიძლება ერთმანეთში გარდაიქმნას განტოლების მიხედვით E = ც 2. მხოლოდ მასის მთლიანი რაოდენობა და მისი ეკვივალენტური ენერგია რჩება უცვლელი. კიდევ ერთი კონსერვაციის კანონი ეხება ელექტრულ მუხტს: ის ასევე არ შეიძლება შეიქმნას და არ შეიძლება განადგურდეს. ბირთვულ პროცესებზე გამოყენებისას, კონსერვაციის კანონი გამოიხატება იმაში, რომ მთლიანი მუხტი, სპინი და ურთიერთმოქმედი ნაწილაკების სხვა კვანტური რიცხვები იგივე უნდა დარჩეს ურთიერთქმედების შედეგად წარმოქმნილი ნაწილაკებისთვის. ძლიერი ურთიერთქმედებით, ყველაფერი კვანტური რიცხვებიშენახულები არიან. სუსტი ურთიერთქმედებისას ირღვევა ამ კანონის ზოგიერთი მოთხოვნა, განსაკუთრებით PARITY-სთან დაკავშირებით.

ენერგიის შენარჩუნების კანონი შეიძლება აიხსნას 1 კგ წონის ბურთის ვარდნის მაგალითით, ბურთის საწყისი მთლიანი ენერგია არის მისი პოტენციური ენერგია. როდესაც ის ეცემა, პოტენციური ენერგია თანდათან მცირდება და კინეტიკური ენერგია იზრდება, მაგრამ ენერგიის მთლიანი რაოდენობა უცვლელი რჩება. A - კინეტიკური ენერგია იზრდება 0-დან მაქსიმუმამდე: B - პოტენციური ენერგია მცირდება მაქსიმალურიდან ნულამდე; C არის ენერგიის მთლიანი რაოდენობა, რომელიც უდრის კინეტიკური და პოტენციის ჯამს. მატერიის კონსერვაციის კანონი ამბობს, რომ ქიმიური რეაქციების დროს მატერია არც იქმნება და არც ნადგურდება. ამ ფენომენის დემონსტრირება შესაძლებელია კლასიკური ექსპერიმენტის გამოყენებით, რომელშიც შუშის ზარის ქვეშ ანთებული სანთელი იწონება (A). ექსპერიმენტის ბოლოს თავსახურის წონა და მისი შიგთავსი იგივე დარჩა, რაც თავიდან იყო, თუმცა სანთელი, რომლის ნივთიერება ძირითადად ნახშირბადისა და წყალბადისგან შედგება, "გაქრა", რადგან არასტაბილური რეაქციის პროდუქტები (წყალი) და ნახშირორჟანგი) გამოიყოფა მისგან. მხოლოდ მას შემდეგ, რაც გვიანი XVIIIროდესაც მეცნიერებმა აღიარეს მატერიის კონსერვაციის პრინციპი, შესაძლებელი გახდა ქიმიის რაოდენობრივი მიდგომა.

მექანიკური მუშაობახდება მაშინ, როდესაც სხეული მოძრაობს მასზე მიყენებული ძალის გავლენის ქვეშ.

მექანიკური მუშაობა პირდაპირპროპორციულია გავლილი მანძილისა და პროპორციულია ძალის:

Ძალა

ტექნოლოგიაში სამუშაოს შესრულების სიჩქარე ხასიათდება ძალა.

სიმძლავრე უდრის სამუშაოს თანაფარდობას იმ დროს, რომლის დროსაც იგი შესრულდა:

ენერგიაეს ფიზიკური რაოდენობა, გვიჩვენებს, თუ რამდენი სამუშაო შეუძლია სხეულს. ენერგია იზომება ჯოულები.

როდესაც სამუშაო კეთდება, სხეულების ენერგია იზომება. შესრულებული სამუშაო უდრის ენერგიის ცვლილებას.

Პოტენციური ენერგიაგანისაზღვრება ურთიერთმოქმედი სხეულების ან იმავე სხეულის ნაწილების შედარებითი პოზიციით.

E p = F h = gmh.

სადაც g = 9,8 ნ/კგ, m არის სხეულის წონა (კგ), h არის სიმაღლე (მ).

Კინეტიკური ენერგიაფლობს სხეულს მისი მოძრაობის შედეგად. რაც უფრო დიდია სხეულის მასა და სიჩქარე, მით მეტია მისი კინეტიკური ენერგია.

5. ბრუნვის მოძრაობის დინამიკის ძირითადი კანონი

ძალაუფლების მომენტი

1. ძალის მომენტი ბრუნვის ღერძთან მიმართებაში, (1.1), სადაც არის ძალის პროექცია ბრუნვის ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე, არის ძალის მკლავი (უმოკლესი მანძილი ბრუნვის ღერძიდან ხაზამდე. ძალის მოქმედების).

2. ძალის მომენტი ფიქსირებულ O წერტილთან მიმართებაში (წარმოშობა). (1.2) იგი განისაზღვრება O წერტილიდან ამ ძალის გამოყენების წერტილამდე გამოყვანილი რადიუსის ვექტორის ნამრავლით - ფსევდოვექტორი, მისი მიმართულება ემთხვევა მარჯვენა ხრახნის გადამყვანი მოძრაობის მიმართულებას; ის ბრუნავს მოშორებით ("გიმლეტის წესი"). ძალის მომენტის მოდული, (1.3) სადაც არის კუთხე ვექტორებს შორის და არის ძალის მკლავი, უმოკლესი მანძილი ძალის მოქმედების ხაზსა და ძალის გამოყენების წერტილს შორის.

იმპულსი

1. ღერძის გარშემო მბრუნავი სხეულის იმპულსი, (1.4) სადაც არის სხეულის ინერციის მომენტი, არის კუთხური სიჩქარე. სისტემის კუთხური იმპულსი არის სისტემის ყველა სხეულის კუთხური იმპულსის ვექტორული ჯამი: . (1.5)

2. მატერიალური წერტილის იმპულსი იმპულსით ფიქსირებულ O წერტილთან მიმართებაში (წარმოშობა). (1.6) იგი განისაზღვრება O წერტილიდან მატერიალურ წერტილამდე გამოყვანილი რადიუსის ვექტორის ნამრავლით იმპულსის ვექტორით, მისი მიმართულება ემთხვევა მარჯვენა პროპელერის გადამყვანი მოძრაობის მიმართულებას, როდესაც ის ბრუნავს (; "გიმლეტის წესი"). კუთხური იმპულსის ვექტორის მოდული, (1.7), სადაც არის კუთხე ვექტორებს შორის და არის ვექტორის მკლავი O წერტილის მიმართ.

ინერციის მომენტი ბრუნვის ღერძის მიმართ

1. მატერიალური წერტილის ინერციის მომენტი, (1.8) სადაც არის წერტილის მასა, არის მისი მანძილი ბრუნვის ღერძიდან.

2. დისკრეტული ხისტი სხეულის ინერციის მომენტი, სადაც არის ხისტი სხეულის მასის ელემენტი, არის ამ ელემენტის მანძილი ბრუნვის ღერძიდან;

3. ინერციის მომენტი მასის უწყვეტი განაწილების შემთხვევაში (მყარი მყარი სხეული). (1.10) თუ სხეული ერთგვაროვანია, ე.ი. მისი სიმკვრივე ერთნაირია მთელ მოცულობაში, შემდეგ გამოიყენება გამოხატულება (1.11), სადაც და არის სხეულის მოცულობა.

1.ძალა- ვექტორი ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც მოცემულზე ზემოქმედების ინტენსივობის საზომიასხეული სხვა ორგანოები, ასევეველები მიმაგრებულია მასიური სხეულში არსებული ძალა მისი ცვლილების მიზეზიასიჩქარე ან მასში გაჩენადეფორმაციები და სტრესები.

ძალა, როგორც ვექტორული სიდიდე ხასიათდება მოდული, მიმართულებადა განაცხადის "პუნქტი".ძალა. ბოლო პარამეტრით, ძალის, როგორც ვექტორის ცნება ფიზიკაში განსხვავდება ვექტორის ცნებისაგან ვექტორულ ალგებრაში, სადაც სიდიდითა და მიმართულების ტოლი ვექტორები, განურჩევლად მათი გამოყენების წერტილისა, განიხილება იგივე ვექტორად. ფიზიკაში ამ ვექტორებს თავისუფალ ვექტორებს უწოდებენ. მექანიკაში უკიდურესად გავრცელებულია დაწყვილებული ვექტორების იდეა, რომლის დასაწყისი ფიქსირდება სივრცის გარკვეულ წერტილში ან შეიძლება განთავსდეს ხაზზე, რომელიც აგრძელებს ვექტორის მიმართულებას (მოცურების ვექტორები).

კონცეფცია ასევე გამოიყენება ძალის ხაზი, აღნიშნავს სწორ ხაზს, რომელიც გადის იმ ძალის გამოყენების წერტილში, რომელზედაც მიმართულია ძალა.

ნიუტონის მეორე კანონი ამბობს, რომ ინერციულ საცნობარო სისტემებში მატერიალური წერტილის აჩქარება მიმართულებით ემთხვევა სხეულზე მიმართული ყველა ძალის შედეგს, ხოლო სიდიდე პირდაპირპროპორციულია ძალის სიდიდეზე და უკუპროპორციულია ძალის მასაზე. მატერიალური წერტილი. ან, ექვივალენტურად, მატერიალური წერტილის იმპულსის ცვლილების სიჩქარე უდრის გამოყენებული ძალის.

როდესაც ძალა გამოიყენება სასრული განზომილებების სხეულზე, მასში წარმოიქმნება მექანიკური დაძაბულობა, რომელსაც თან ახლავს დეფორმაციები.

ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელის თვალსაზრისით, ფუნდამენტური ურთიერთქმედება (გრავიტაციული, სუსტი, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი) ხორციელდება ე.წ. 70-80-იან წლებში ჩატარებული ექსპერიმენტები მაღალი ენერგიის ფიზიკაში. XX საუკუნე დაადასტურა ვარაუდი, რომ სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება უფრო ფუნდამენტური ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების გამოვლინებაა.

ძალის განზომილებაა LMT −2, საზომი ერთეული ში საერთაშორისო სისტემაერთეული (SI) არის ნიუტონი (N, N), CGS სისტემაში ის არის dyne.

2.ნიუტონის პირველი კანონი.

ნიუტონის პირველ კანონში ნათქვამია, რომ არსებობს მითითების ჩარჩოები, რომლებშიც სხეულები ინარჩუნებენ დასვენების მდგომარეობას ან ერთგვაროვან სწორხაზოვან მოძრაობას სხვა სხეულებისგან მათზე მოქმედების არარსებობის შემთხვევაში ან ამ გავლენის ურთიერთკომპენსაციის შემთხვევაში. ასეთ საცნობარო სისტემებს ინერციული ეწოდება. ნიუტონმა თქვა, რომ ყველა მასიურ ობიექტს აქვს ინერციის გარკვეული რეზერვი, რომელიც ახასიათებს ამ ობიექტის მოძრაობის „ბუნებრივ მდგომარეობას“. ეს იდეა უარყოფს არისტოტელეს შეხედულებას, რომელიც დასვენებას ობიექტის „ბუნებრივ მდგომარეობად“ მიიჩნევდა. ნიუტონის პირველი კანონი ეწინააღმდეგება არისტოტელესურ ფიზიკას, რომლის ერთ-ერთი დებულებაა განცხადება, რომ სხეულს შეუძლია მუდმივი სიჩქარით მოძრაობა მხოლოდ ძალის გავლენის ქვეშ. ის ფაქტი, რომ ნიუტონის მექანიკაში ინერციულ საცნობარო სისტემაში დასვენება ფიზიკურად არ განსხვავდება ერთიანი სწორხაზოვანი მოძრაობისგან, არის გალილეოს ფარდობითობის პრინციპის დასაბუთება. სხეულთა ერთობლიობას შორის ფუნდამენტურად შეუძლებელია იმის დადგენა, თუ რომელი მათგანია „მოძრაობაში“ და რომელი „მოსვენებაში“. ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ მოძრაობაზე მხოლოდ ზოგიერთ საცნობარო სისტემასთან შედარებით. მექანიკის კანონები ყველა ინერციულ მიმართვის სისტემაში თანაბრად კმაყოფილდება, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი ყველა მექანიკურად ექვივალენტურია. ეს უკანასკნელი ე.წ. გალილეის გარდაქმნებიდან გამომდინარეობს.

3.ნიუტონის მეორე კანონი.

ნიუტონის მეორე კანონი მისი თანამედროვე ფორმულირებით ასე ჟღერს: ინერციული ათვლის სისტემაში მატერიალური წერტილის იმპულსის ცვლილების სიჩქარე უდრის ამ წერტილზე მოქმედი ყველა ძალის ვექტორულ ჯამს.

სადაც არის მატერიალური წერტილის იმპულსი, არის მატერიალურ წერტილზე მოქმედი მთლიანი ძალა. ნიუტონის მეორე კანონი ამბობს, რომ გაუწონასწორებელი ძალების მოქმედება იწვევს მატერიალური წერტილის იმპულსის ცვლილებას.

იმპულსის განმარტებით:

სად არის მასა, არის სიჩქარე.

კლასიკურ მექანიკაში, სინათლის სიჩქარეზე გაცილებით დაბალი სიჩქარით, მატერიალური წერტილის მასა ითვლება უცვლელად, რაც საშუალებას აძლევს მას გამოვიდეს დიფერენციალური ნიშნიდან ამ პირობებში:

წერტილის აჩქარების განმარტებიდან გამომდინარე, ნიუტონის მეორე კანონი იღებს ფორმას:

იგი ითვლება "მეორე ყველაზე ცნობილ ფორმულად ფიზიკაში", თუმცა თავად ნიუტონს არასოდეს დაუწერია თავისი მეორე კანონი ამ ფორმით. კანონის ეს ფორმა პირველად გვხვდება კ. მაკლარინისა და ლ. ეილერის ნაშრომებში.

ვინაიდან ნებისმიერ ინერციულ საცნობარო სისტემაში სხეულის აჩქარება ერთნაირია და არ იცვლება ერთი ჩარჩოდან მეორეზე გადასვლისას, მაშინ ძალა უცვლელია ასეთ გადასვლასთან მიმართებაში.

ყველა ბუნებრივ მოვლენაში ძალათქვენი წარმომავლობის მიუხედავად, ჩნდება მხოლოდ მექანიკური გაგებით, ანუ, როგორც სხეულის ერთგვაროვანი და სწორხაზოვანი მოძრაობის დარღვევის მიზეზი ინერციულ კოორდინატულ სისტემაში. საპირისპირო განცხადება, ანუ ასეთი მოძრაობის ფაქტის დადგენა, არ მიუთითებს სხეულზე მოქმედი ძალების არარსებობაზე, არამედ მხოლოდ იმაზე, რომ ამ ძალების მოქმედებები ურთიერთდაბალანსებულია. წინააღმდეგ შემთხვევაში: მათი ვექტორული ჯამი არის ვექტორი მოდულით ნულის ტოლი. ეს არის ძალის სიდიდის გაზომვის საფუძველი, როდესაც ის კომპენსირდება ძალით, რომლის სიდიდე ცნობილია.

ნიუტონის მეორე კანონი საშუალებას გვაძლევს გავზომოთ ძალის სიდიდე. მაგალითად, პლანეტის მასის და მისი ცენტრიდანული აჩქარების ცოდნა ორბიტაზე გადაადგილებისას საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ მზისგან ამ პლანეტაზე მოქმედი გრავიტაციული მიზიდულობის ძალის სიდიდე.

4.ნიუტონის მესამე კანონი.

ნებისმიერი ორი სხეულისთვის (მოდით დავარქვათ მათ სხეული 1 და სხეული 2), ნიუტონის მესამე კანონი ამბობს, რომ სხეულის 1-ის მოქმედების ძალა 2 სხეულზე თან ახლავს სხეულზე მოქმედი სიდიდის ტოლი, მაგრამ მიმართულების საწინააღმდეგო ძალის გამოჩენას. 1 სხეულიდან 2. მათემატიკურად კანონი ასე იწერება:

ეს კანონი ნიშნავს, რომ ძალები ყოველთვის ჩნდება მოქმედება-რეაქციის წყვილებში. თუ სხეული 1 და სხეული 2 ერთ სისტემაშია, მაშინ ამ სხეულების ურთიერთქმედების შედეგად სისტემაში მთლიანი ძალა ნულის ტოლია:

ეს ნიშნავს, რომ დახურულ სისტემაში არ არის გაუწონასწორებელი შინაგანი ძალები. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ დახურული სისტემის მასის ცენტრი (ანუ ის, რომელზეც არ მოქმედებს გარე ძალები) ვერ მოძრაობს აჩქარებით. სისტემის ცალკეულ ნაწილებს შეუძლიათ აჩქარება, მაგრამ მხოლოდ ისე, რომ სისტემა მთლიანობაში რჩება მოსვენების მდგომარეობაში ან ერთგვაროვან ხაზოვან მოძრაობაში. თუმცა, თუ გარე ძალები მოქმედებენ სისტემაზე, მისი მასის ცენტრი დაიწყებს მოძრაობას აჩქარებით პროპორციული გარე შედეგიანი ძალისა და უკუპროპორციული სისტემის მასის.

5. გრავიტაცია.

გრავიტაცია ( გრავიტაცია) - უნივერსალური ურთიერთქმედება ნებისმიერი ტიპის მატერიას შორის. კლასიკური მექანიკის ფარგლებში, იგი აღწერილია უნივერსალური გრავიტაციის კანონით, რომელიც ჩამოყალიბებულია ისააკ ნიუტონის მიერ თავის ნაშრომში „ბუნებრივი ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“. ნიუტონმა მიიღო აჩქარების სიდიდე, რომლითაც მთვარე მოძრაობს დედამიწის ირგვლივ, მის გამოთვლაში ვარაუდით, რომ მიზიდულობის ძალა მცირდება გრავიტაციული სხეულიდან მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულად. გარდა ამისა, მან ასევე დაადგინა, რომ აჩქარება, რომელიც გამოწვეულია ერთი სხეულის მეორის მიერ მიზიდულობით, პროპორციულია ამ სხეულების მასების ნამრავლის. ამ ორი დასკვნის საფუძველზე ჩამოყალიბდა გრავიტაციის კანონი: ნებისმიერი მატერიალური ნაწილაკი ერთმანეთისკენ იზიდავს ძალით, რომელიც პირდაპირპროპორციულია მასების ნამრავლის (და) და უკუპროპორციული მათ შორის მანძილის კვადრატისა:

აქ არის გრავიტაციული მუდმივი, რომლის მნიშვნელობა პირველად ჰენრი კავენდიშმა მიიღო თავის ექსპერიმენტებში. ამ კანონის გამოყენებით შეგიძლიათ მიიღოთ ფორმულები თვითნებური ფორმის სხეულების მიზიდულობის ძალის გამოსათვლელად. ნიუტონის გრავიტაციის თეორია კარგად აღწერს პლანეტების მოძრაობას მზის სისტემადა მრავალი სხვა ციური სხეული. თუმცა, იგი ეფუძნება გრძელვადიანი მოქმედების კონცეფციას, რომელიც ეწინააღმდეგება ფარდობითობის თეორიას. მაშასადამე, გრავიტაციის კლასიკური თეორია არ გამოიყენება სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოძრავი სხეულების მოძრაობის, უკიდურესად მასიური ობიექტების გრავიტაციული ველების (მაგალითად, შავი ხვრელების) და ასევე ცვლადი გრავიტაციული ველების აღსაწერად. მოძრავი სხეულები მათგან დიდ მანძილზე.

გრავიტაციის უფრო ზოგადი თეორიაა ზოგადი თეორიაალბერტ აინშტაინის ფარდობითობა. მასში გრავიტაციას არ ახასიათებს საცნობარო ჩარჩოსგან დამოუკიდებელი უცვლელი ძალა. სამაგიეროდ, სხეულების თავისუფალი მოძრაობა გრავიტაციულ ველში, რომელიც დამკვირვებლის მიერ აღიქმება, როგორც მოძრაობა სამგანზომილებიან სივრცე-დროში მრუდი ტრაექტორიების გასწვრივ ცვლადი სიჩქარით, განიხილება, როგორც ინერციული მოძრაობა გეოდეზიური ხაზის გასწვრივ მრუდე ოთხგანზომილებიან სივრცე-დროში. , რომელშიც დრო სხვადასხვა წერტილში განსხვავებულად მიედინება . უფრო მეტიც, ეს ხაზი გარკვეულწილად არის "ყველაზე პირდაპირი" - ის ისეთია, რომ სივრცე-დროის ინტერვალი ( საკუთარი დრო) ორ სივრცე-დროის პოზიციას შორის მოცემული სხეულიმაქსიმუმ სივრცის გამრუდება დამოკიდებულია სხეულების მასაზე, ასევე სისტემაში არსებულ ყველა სახის ენერგიაზე.

6.ელექტროსტატიკური ველი (სტაციონარული მუხტების ველი).

ფიზიკის განვითარებამ მას შემდეგ, რაც ნიუტონმა სამ ძირითად რაოდენობას (სიგრძე, მასა, დრო) დაამატა ელექტრული მუხტი C განზომილებით. თუმცა, პრაქტიკის მოთხოვნებიდან გამომდინარე, მათ დაიწყეს არა მუხტის, არამედ ელექტრული ერთეულის გამოყენება. დენი, როგორც საზომი ძირითადი ერთეული. ამრიგად, SI სისტემაში ძირითადი ერთეული არის ამპერი, ხოლო მუხტის ერთეული, კულონი, არის მისი წარმოებული.

ვინაიდან მუხტი, როგორც ასეთი, არ არსებობს მისი მატარებელი სხეულისგან დამოუკიდებლად, სხეულების ელექტრული ურთიერთქმედება ვლინდება მექანიკაში განხილული იგივე ძალის სახით, რომელიც ემსახურება აჩქარების მიზეზს. ვაკუუმში მდებარე სიდიდის ორი წერტილის მუხტის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების მიმართ გამოიყენება კულონის კანონი. SI სისტემის შესაბამისი ფორმით, ასე გამოიყურება:

სად არის ძალა, რომლითაც მუხტი 1 მოქმედებს მუხტ 2-ზე, არის ვექტორი მიმართული მუხტი 1-დან 2-მდე და სიდიდით უდრის მუხტებს შორის მანძილს და არის ელექტრული მუდმივი ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . როდესაც მუხტები მოთავსებულია ერთგვაროვან და იზოტროპულ გარემოში, ურთიერთქმედების ძალა მცირდება ε-ჯერ, სადაც ε არის დიელექტრიკული მუდმივიგარემო.

ძალა მიმართულია წერტილოვანი მუხტების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ. გრაფიკულად, ელექტროსტატიკური ველი ჩვეულებრივ გამოსახულია, როგორც ძალის ხაზების სურათი, რომლებიც წარმოსახვითი ტრაექტორიაა, რომლის გასწვრივ მოძრაობს დამუხტული ნაწილაკი მასის გარეშე. ეს ხაზები იწყება ერთი და მთავრდება მეორე დატენვით.

7.ელექტრომაგნიტური ველი (პირდაპირი დენის ველი).

მაგნიტური ველის არსებობა ჯერ კიდევ შუა საუკუნეებში აღიარეს ჩინელებმა, რომლებმაც გამოიყენეს "მოსიყვარულე ქვა" - მაგნიტი, როგორც მაგნიტური კომპასის პროტოტიპი. გრაფიკულად, მაგნიტური ველი ჩვეულებრივ გამოსახულია ძალის დახურული ხაზების სახით, რომელთა სიმკვრივე (როგორც ელექტროსტატიკური ველის შემთხვევაში) განსაზღვრავს მის ინტენსივობას. ისტორიულად, ვიზუალური გზა მაგნიტური ველის ვიზუალიზაციისთვის იყო რკინის ჩირქები, რომლებიც დაასხურეს, მაგალითად, მაგნიტზე მოთავსებულ ქაღალდზე.

ერსტედმა დაადგინა, რომ დირიჟორში გამავალი დენი იწვევს მაგნიტური ნემსის გადახრას.

ფარადეი მივიდა დასკვნამდე, რომ მაგნიტური ველი იქმნება დენის გამტარის გარშემო.

ამპერმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომელიც აღიარებულია ფიზიკაში, როგორც მაგნიტური ველის გაჩენის პროცესის მოდელი, რომელიც შედგება მიკროსკოპული დახურული დენების მასალებში, რომლებიც ერთად უზრუნველყოფენ ბუნებრივი ან ინდუცირებული მაგნეტიზმის ეფექტს.

ამპერმა დაადგინა, რომ ვაკუუმში მდებარე საცნობარო ჩარჩოში, რომლის მიმართაც მუხტი მოძრაობს, ანუ ის იქცევა როგორც ელექტრული დენი, წარმოიქმნება მაგნიტური ველი, რომლის ინტენსივობა განისაზღვრება მაგნიტური ინდუქციის ვექტორით, რომელიც მდებარეობს. თვითმფრინავი, რომელიც მდებარეობს მუხტის მოძრაობის მიმართულების პერპენდიკულარულად.

მაგნიტური ინდუქციის საზომი ერთეულია ტესლა: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
პრობლემა რაოდენობრივად გადაჭრა ამპერმა, რომელმაც გაზომა ორი პარალელური გამტარის ურთიერთქმედების ძალა მათში გამავალი დენებით. ერთ-ერთმა გამტარმა შექმნა მაგნიტური ველი თავის გარშემო, მეორემ რეაგირება მოახდინა ამ ველზე გაზომვადი ძალით მიახლოებით ან მოშორებით, იცოდა რომელი და დენის სიდიდე შესაძლებელი იყო მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის მოდულის დადგენა.

ძალის ურთიერთქმედება ელექტრულ მუხტებს შორის, რომლებიც არ მოძრაობენ ერთმანეთთან შედარებით, აღწერილია კულონის კანონით. თუმცა, მოძრაობაში მუხტები ერთმანეთთან შედარებით ქმნის მაგნიტური ველები, რომლის მეშვეობითაც მუხტების მოძრაობით შექმნილი დენები ზოგად შემთხვევაში მოდიან ძალთა ურთიერთქმედების მდგომარეობაში.

ფუნდამენტური განსხვავება ძალას, რომელიც წარმოიქმნება მუხტების ფარდობითი მოძრაობის დროს და მათი სტაციონარული განლაგების შემთხვევას შორის არის განსხვავება ამ ძალების გეომეტრიაში. ელექტროსტატიკის შემთხვევაში, ორ მუხტს შორის ურთიერთქმედების ძალები მიმართულია მათ შემაერთებელი ხაზის გასწვრივ. მაშასადამე, პრობლემის გეომეტრია ორგანზომილებიანია და განხილვა ხორციელდება ამ ხაზში გამავალ სიბრტყეში.

დენების შემთხვევაში, დენის მიერ შექმნილი მაგნიტური ველის დამახასიათებელი ძალა განლაგებულია დენის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. ამიტომ ფენომენის სურათი სამგანზომილებიანი ხდება. პირველი დენის უსასრულოდ მცირე ელემენტის მიერ შექმნილი მაგნიტური ველი, რომელიც ურთიერთქმედებს მეორე დენის იმავე ელემენტთან, ზოგადად ქმნის მასზე მოქმედ ძალას. უფრო მეტიც, ორივე დინებისთვის ეს სურათი სრულიად სიმეტრიულია იმ გაგებით, რომ დენების ნუმერაცია თვითნებურია.

დენების ურთიერთქმედების კანონი გამოიყენება პირდაპირი ელექტრული დენის სტანდარტიზაციისთვის.

8.ძლიერი ურთიერთქმედება.

ძლიერი ძალა არის ფუნდამენტური მოკლე დიაპაზონის ურთიერთქმედება ჰადრონებსა და კვარკებს შორის. ატომის ბირთვში, ძლიერი ძალა აერთიანებს დადებითად დამუხტულ პროტონებს (ელექტროსტატიკური მოგერიება) ნუკლეონებს შორის პი მეზონების გაცვლის გზით (პროტონები და ნეიტრონები). პი მეზონები ცხოვრობენ ძალიან ხანმოკლე ცხოვრებით; ბირთვული ძალებიბირთვის რადიუსში, რის გამოც ბირთვულ ძალებს უწოდებენ მოკლე დიაპაზონს. ნეიტრონების რაოდენობის ზრდა „აზავებს“ ბირთვს, ამცირებს ელექტროსტატიკური ძალებს და ზრდის ბირთვულ ძალებს, მაგრამ დიდი რაოდენობითნეიტრონები, ისინი თავად არიან ფერმიონები, იწყებენ მოგერიებას პაულის პრინციპის გამო. ასევე, როდესაც ნუკლეონები ძალიან ახლოს მიდიან, იწყება W ბოზონების გაცვლა, რაც იწვევს მოგერიებას, რის წყალობითაც ატომის ბირთვები არ "იშლება".

თავად ჰადრონებში ძლიერი ურთიერთქმედება აერთიანებს კვარკებს - ჰადრონების შემადგენელ ნაწილებს. ძლიერი ველის კვანტები გლუონებია. თითოეულ კვარკს აქვს სამი „ფერადი“ მუხტიდან ერთ-ერთი, თითოეული გლუონი შედგება „ფერი“-„ანტიკოლორი“ წყვილისაგან. გლუონები კვარკებს აკავშირებენ ე.წ. „შეზღუდვა“, რის გამოც თავისუფალი კვარკები ამ დროისთვის ექსპერიმენტში არ დაფიქსირებულა. როდესაც კვარკები შორდებიან ერთმანეთს, გლუონური ბმების ენერგია იზრდება და არ მცირდება, როგორც ბირთვული ურთიერთქმედებისას. დიდი ენერგიის დახარჯვით (ამაჩქარებელში ჰადრონების შეჯახებით) შეგიძლიათ დაარღვიოთ კვარკ-გლუონის ბმა, მაგრამ ამავე დროს გამოიყოფა ახალი ჰადრონების ჭავლი. თუმცა, თავისუფალი კვარკები შეიძლება არსებობდნენ სივრცეში: თუ ზოგიერთმა კვარკმა მოახერხა დაკავების თავიდან აცილება დიდი აფეთქება, მაშინ შესაბამისი ანტიკვარკით განადგურების ან ასეთი კვარკისთვის უფერო ჰადრონად გადაქცევის ალბათობა ქრება მცირეა.

9.სუსტი ურთიერთქმედება.

სუსტი ურთიერთქმედება არის ფუნდამენტური მოკლე დიაპაზონის ურთიერთქმედება. დიაპაზონი 10 −18 მ სიმეტრიული სივრცითი ინვერსიისა და მუხტის კონიუგაციის ერთობლიობის მიმართ. სუსტ ურთიერთქმედებაში ჩართულია ყველა ფუნდამენტური ელემენტი.ფერმიონები (ლეპტონებიდა კვარკები). ეს არის ერთადერთი ურთიერთქმედება, რომელიც მოიცავსნეიტრინო(რომ არაფერი ვთქვათ გრავიტაცია, ლაბორატორიულ პირობებში უმნიშვნელო), რაც ხსნის ამ ნაწილაკების კოლოსალურ შეღწევადობას. სუსტი ურთიერთქმედება ლეპტონებს, კვარკებს და მათ საშუალებას აძლევსანტინაწილაკებიგაცვლა ენერგია, მასა, ელექტრული მუხტიდა კვანტური რიცხვები- ანუ გადაიქცნენ ერთმანეთში. ერთ-ერთი გამოვლინებააბეტა დაშლა.