Låt oss avbilda den högra sidan av Hill-kurvan, som fastställer förhållandet mellan de högsta (rekord) värdena för den utvecklade kraften och hastigheten (hastigheten) för muskelrörelser, i en separat figur.
Figur 2.3
Förhållandet mellan styrka och hastighet muskelsammandragningar i vissa sporter
(efter V.L. Utkin, 1989., reviderad)
All fysisk träning på ett eller annat sätt kräver manifestation av styrka och hastighet av muskelsammandragning. Beroende på värdet av förhållandet mellan styrka och hastighet, som visas i vissa fysiska övningar, brukar dessa övningar delas in i styrke-, hastighet-styrka och snabbhetsövningar. Så tryck in stapeln tyngdlyftning refererar till styrkeövningar, kulstötning, spjutkast - till speed-power och blåser in bordtennis- till hög hastighet.
Att dra upp på stången kan hänföras till styrkeövningar, men du måste ta hänsyn till att eftersom att dra upp till stor del är förknippat med manifestationen av uthållighet, och inte styrkan i sig, kännetecknas det inte av utvecklingen av maximala ansträngningar, särskilt i den inledande perioden av övningen. Om idrottaren redan från början av pull-ups försökte visa maximal styrka i fasen av att lyfta bålen, skulle han utveckla den maximala hastigheten och flyga över ribban till bröstet (som är fallet när man utför en "force exit" "). Men eftersom idrottaren inte måste visa maximala ansträngningar under en kort tid, utan att bibehålla en viss ansträngning under lång tid, rörelsehastigheten för idrottaren i fasen av att lyfta bålen under den inledande perioden av att utföra drag. -ups är mycket mindre än det maximala möjliga (punkt A). När trötthetsprocesserna utvecklas under pull-ups, minskar idrottarens styrka, belastningen på musklerna (lika med idrottarens vikt) blir relativt högre, vilket i enlighet med regeln "ju större belastning, desto lägre hastighet ", leder till en minskning av idrottarens rörelsehastighet i lyftfasens bål (punkt B).
2.4.3 Beroende av den begränsade tiden för statiskt arbete på den absoluta och relativa muskelstyrkan.
Statisk uthållighet bestäms av den tid under vilken en konstant tryckkraft upprätthålls eller en viss vikt hålls i ett konstant läge.
Den maximala tiden för statiskt arbete är omvänt relaterad till de utvecklade muskelansträngningarna (Figur 1.8). När den erforderliga kraften är mindre än 20 % av den maximala kraften kan statiskt arbete utföras under mycket lång tid. I litteraturen finns det bevis för att i tryck(belastnings)området på 20 - 80% av den maximala kraften, minskar den begränsande tiden för statiskt arbete med en ökning av tryckkraften (belastningen) enligt följande förhållande:
(2.1)
där: - begränsa tiden för statiskt arbete;
Konstant;
Tryck (last) kraft;
Maximal styrka;
n är en exponent lika med cirka 2,5.
Det kan ses från formeln att även en liten minskning av kraften av statisk kontraktion leder till en signifikant ökning av den tid under vilken det är möjligt att upprätthålla denna kontraktion.
För att fastställa specifika parametrar för beroendet som beskrivs med formel (2.1) genomfördes ett speciellt experiment 2005, vars essens var att efter en standarduppvärmning och en standardprocedur för att behandla handflatorna och stången på stången, idrottare utförde hängande på ena armen "till misslyckande." Samtidigt registrerades hängningstiden och mängden belastning på handen. Efter en kort vila (5-10 minuter) utförde idrottaren hänget "to failure" å andra sidan. Efter 30 minuters vila utförde idrottaren återigen liknande häng, men med en annan belastning på handen - mer eller mindre (i enlighet med experimentplanen). Liknande hangouts "to failure" genomfördes varannan dag under en månad. Som en belastning användes vikter som placerades direkt på idrottarens bälte, och när de hängdes med avlastning fixerades vikterna av den erforderliga storleken i änden av kabeln som kastades över blocket och den andra änden fixerades på bältet. Tecknet på slutet av experimentet med ökande belastning var idrottarens oförmåga att utföra hängning i mer än 10 sekunder. I det här fallet togs det totala värdet av belastningen och idrottarens egen vikt, lika med 68 kg, som musklernas maximala styrka - fingrarnas böjare Fmax. I experimentet var det 129 kg för vänster hand och 117 kg för höger.
Resultaten av experimentet visas i graferna i figurerna 2.4 och 2.5. Samtidigt visar figur 2.4 den begränsande hängtidens beroende på en arm av lastens absoluta värde, och figur 2.5 visar den begränsande hängtidens beroende av lastens relativa värde.
Kurvorna för hängtidens beroende av belastningens absoluta värde för höger och vänster hand (Figur 2.4) sammanfaller inte, utan går praktiskt taget parallellt på ett visst avstånd från varandra. Detta innebär att fingrarnas böjmuskler inte är likvärdiga i sin statiska styrka förmågor... I det utförda experimentet visade sig atletens vänstra hand vara mer uthållig - den ledande. I nästan alla tillvägagångssätt med samma belastning visade sig hängningstiden på vänster hand vara längre än på höger.
Genom graden av närhet av kurvorna kan man bedöma graden av skillnad i statisk styrka uthållighet hos idrottarens händer. Så för att den begränsande hängtiden på höger och vänster hand skulle vara densamma i experimentet ovan var det nödvändigt att öka belastningen på vänster hand(eller minska till höger) med i genomsnitt 8 kg.
Försvagningen av greppet hos den mindre uthålliga - den svagare - handen under pull-ups i tävling leder ofta till för tidiga fall av ribban. För att undvika detta används i praktiken minst två metoder för att omfördela kroppsvikten mellan armarna i proportion till deras styrka. I det första fallet flyttar idrottaren, redan före starten av pull-ups, greppet från mitten av stången så att den ledande handen är något närmare det vertikala stödet. I det här fallet är den dominerande handen högre än den svagaste och bär det mesta av idrottarens kroppsvikt. I det andra fallet, i vilopausen i hängningen, flyttar idrottaren sina ben mot den ledande handen, överför en del av kroppsvikten till den och avlastar därigenom något svagaste handen för dess snabbare återhämtning och förhindrande av "försurning" av underarmens muskler.
Om vi betraktar beroendet av varaktigheten av att hänga på en arm inte av det absoluta, utan av det relativa värdet av belastningen, bör det noteras att även om det experimentella beroendet av hängningstiden "till misslyckande" av det relativa värdet av belastningen belastning sammanfaller med den som beskrivs i litteraturen, det finns kvantitativa skillnader, uppenbarligen kopplade till polyathlons särdrag. Så, om, på grundval av de experimentella data som erhållits, en graf över beroendet av den begränsande tiden för statiskt arbete på det relativa värdet av lasten i lastintervallet från 0,2 till 0,8 Fmax plottas, kommer den att ha den visade formen i figur 2.5. Exponenten i formeln för approximationskurvan, lika med 1,6, är mycket mindre än i den tidigare givna formeln (2.1), därför minskar tiden för statiskt arbete med en ökning av belastningen på handen när man hänger på tvärstången blir mindre skarp än den beskrivs i litteraturen. Tydligen erhölls kurvan som visas i c med deltagande av försökspersoner som inte var specialiserade på pull-ups, medan beroendet som visas i figur 2.5 togs för en idrottare som har varit involverad i polyathlon i många år. Naturligtvis gör energipotentialen hos de tränade fingerböjmusklerna det möjligt att bibehålla en given statisk ansträngning under längre tid i sin vanliga träning. Detta är precis vad som manifesteras i det faktum att det experimentella beroendet av den begränsande tiden för statisk spänning är plattare än den analoga klassiska kurvan.
Men i vilket fall som helst är hängtidens beroende av lastens storlek olinjärt, vilket innebär att varje förändring av lastens värde leder till en mer signifikant förändring av hängtiden.
Eftersom dragkraften hos böjmusklerna i varje hands fingrar i hänget är lika med hälften av idrottarens kroppsvikt minus friktionskraften som verkar i greppområdet, leder även en liten ökning av friktionskraften till en betydande ökning av hängtiden. Därför, för att öka tiden för ett tillförlitligt grepp, är det mycket viktigt att underlätta arbetet med fingrarnas böjmuskler så mycket som möjligt genom att öka friktionskraften mellan handflatorna och stången med användning av magnesium.
Ett experiment som genomfördes i St Petersburg i slutet av säsongen 2005 hjälper till att bedöma i vilken grad kvaliteten på greppet av händerna med stången på pull-up-resultatet. En berömd polyatlet, potentiellt kapabel att visa höga resultat i pull-ups, föll konstant från ribban mellan den andra och tredje minuten av träningen och lyckades dra upp från 30 till 42 gånger. Det måste sägas att före förbudet mot användning av lim, drog denna idrottare på kolofonium konsekvent upp cirka 50 gånger. Efter att ha bytt till magnesium, trots intensiv träning, kunde idrottaren inte komma i närheten av sina bästa resultat. Därför var det intressant att se vilket resultat en idrottare kan visa om han drar upp sig enligt de gamla reglerna – utan att ta hänsyn till tiden och använda kolofonium. Den visade sig vara väldigt hög. Utan synlig ansträngning drog sig idrottaren upp 77 gånger på 8 minuter och 10 sekunder. Och detta efter att han under hela tävlingssäsongen knappt lyckats stretcha 42 gånger på 3 minuter som bäst.
För att visuellt representera graden av påverkan av handflatornas grepp med stapeln på resultatet, visar figur 2.6 två grafer över pull-ups för denna polyathlonatlet. Den första av dem visar beroendet av den genomsnittliga tiden för pull-up-cykeln under övningen vid St. Petersburg Cup 2005, och den andra visar samma förhållande, men med en experimentell pull-up utan att ta hänsyn till tiden och använder kolofonium. Och om på den första kurvan, även med blotta ögat, en karakteristisk start är synlig, vilket indikerar en otillräcklig nivå av utveckling av statisk uthållighet, så finns det på det andra beroendet inga uppenbara tecken på statisk trötthet. Således minskade de klibbiga egenskaperna hos kolofonium den statiska belastningen på flexormusklerna i idrottarens fingrar så mycket att han kunde utföra pull-ups tills han helt uttömde reserverna av dynamisk uthållighet.
Vi vet redan att en fysisk storhet som kallas kraft används för att beskriva kroppars interaktion. I den här lektionen kommer vi att titta närmare på egenskaperna hos denna kvantitet, kraftenheterna och enheten som används för att mäta den - med en dynamometer.
Ämne: Kroppsinteraktion
Lektion: Styrkeenheter. Dynamometer
Först och främst, låt oss komma ihåg vad styrka är. När en kropp påverkas av en annan kropp, säger fysiker att en kraft verkar på den kroppen från sidan av den andra kroppen.
Kraft är en fysisk storhet som kännetecknar en kropps verkan på en annan.
Styrka indikeras med en latinsk bokstav F, och kraftenheten till den engelske fysikern Isaac Newtons ära kallas newton(vi skriver med en liten bokstav!) och betecknas med H (vi skriver en stor bokstav, eftersom enheten är uppkallad efter vetenskapsmannen). Så,
Tillsammans med Newton används multipla och bråkdelar av kraft:
kilonewton 1 kN = 1000 N;
meganewton 1 MN = 1 000 000 N;
millinewton 1 mN = 0,001 N;
mikronewton 1 μN = 0,000001 N, etc.
Under kraftens verkan förändras kroppens hastighet. Med andra ord, kroppen börjar röra sig inte jämnt, utan accelereras. Mer exakt, jämnt accelererat: under lika långa tidsperioder förändras kroppens hastighet på samma sätt. Exakt hastighetsändring kroppar under inverkan av fysikens kraft används för att bestämma kraftenheten i 1 N.
Måttenheter för nya fysiska storheter uttrycks genom de så kallade basenheterna - enheter för massa, längd, tid. I SI-systemet är dessa kilogram, meter och tvåa.
Låt, under inverkan av någon kraft, kroppens hastighet väger 1 kgändrar dess hastighet med 1 m/s för varje sekund... Det är den här typen av makt som tas för 1 newton.
En newton (1 N) är kraften under vars verkan en kropp med en massa 1 kg ändrar sin hastighet till 1 mps varje sekund.
Det har experimentellt fastställts att tyngdkraften som verkar nära jordens yta på en kropp som väger 102 g är 1 N. Massan på 102 g är ungefär 1/10 kg, eller för att vara mer exakt,
Men detta betyder att en kropp som väger 1 kg, det vill säga en kropp som är 9,8 gånger större i massa, kommer att ha en gravitationskraft på 9,8 N nära jordens yta. För att hitta gravitationen som verkar på en kropp av vilken massa som helst behöver du alltså massvärdet (i kg) multiplicerat med koefficienten, som vanligtvis betecknas med bokstaven g:
Vi ser att denna koefficient är numeriskt lika med styrka gravitation som verkar på en kropp som väger 1 kg. Den bär namnet gravitationsacceleration ... Ursprunget till namnet är nära besläktat med definitionen av en kraft på 1 newton. Faktum är att om en kropp som väger 1 kg påverkas av en kraft som inte är 1 N utan 9,8 N, kommer kroppen under inverkan av denna kraft att ändra sin hastighet (accelerera) inte med 1 m/s, utan med 9,8 m/s varje sekund. V gymnasium denna fråga kommer att behandlas mer i detalj.
Nu kan du skriva en formel som låter dig beräkna tyngdkraften som verkar på en kropp med godtycklig massa m(Figur 1).
Ris. 1. Formel för beräkning av tyngdkraften
Du bör veta att accelerationen på grund av gravitationen är 9,8 N / kg endast på jordens yta och minskar med höjden. Till exempel, på en höjd av 6400 km över jorden, är det 4 gånger mindre. Men när vi löser problem kommer vi att försumma detta beroende. Dessutom verkar gravitationen också på månen och andra himlakroppar, och på varje himlakropp har accelerationen av fritt fall sin egen betydelse.
I praktiken är det ofta nödvändigt att mäta styrka. För detta används en anordning som kallas dynamometer. Basen på en dynamometer är en fjäder på vilken en mätbar kraft appliceras. Varje dynamometer, förutom fjädern, har en skala på vilken kraftvärdena appliceras. Ena änden av fjädern är försedd med en pil som anger på skalan hur mycket kraft som appliceras på dynamometern (fig. 2).
Ris. 2. Dynamometeranordning
Beroende på de elastiska egenskaperna hos fjädern som används i dynamometern (på dess styvhet), under inverkan av samma kraft, kan fjädern förlängas mer eller mindre. Detta möjliggör tillverkning av dynamometrar med olika mätområden (Fig. 3).
Ris. 3. Dynamometrar med mätgränser på 2 N och 1 N
Det finns dynamometrar med en mätgräns på flera kilonewton och mer. De använder en fjäder med mycket hög styvhet (fig. 4).
Ris. 4. Dynamometer med en mätgräns på 2 kN
Om en last är upphängd i en dynamometer, kan lastens vikt bestämmas från dynamometerns avläsningar. Till exempel, om en dynamometer med en last upphängd från den visar en kraft på 1 N, är lastens massa 102 g.
Låt oss uppmärksamma det faktum att kraften inte bara har ett numeriskt värde utan också en riktning. Sådana storheter kallas vektor. Till exempel är hastighet en vektorkvantitet. Kraft är också en vektormängd (de säger också att kraft är en vektor).
Tänk på följande exempel:
En kropp som väger 2 kg är upphängd i en fjäder. Det är nödvändigt att skildra tyngdkraften med vilken jorden attraherar denna kropp, och kroppens vikt.
Låt oss komma ihåg att tyngdkraften verkar på kroppen, och vikten är den kraft med vilken kroppen verkar på upphängningen. Om upphängningen är stationär är viktens numeriska värde och riktning desamma som för tyngdkraften. Vikt, liksom gravitation, beräknas med hjälp av formeln som visas i fig. 1. Massan på 2 kg måste multipliceras med tyngdaccelerationen på 9,8 N / kg. Vid inte alltför exakta beräkningar tas gravitationsaccelerationen ofta lika med 10 N / kg. Då blir tyngdkraften och vikten ungefär lika med 20 N.
För att skildra gravitations- och viktvektorerna i figuren är det nödvändigt att välja och visa i figuren en skala i form av ett segment som motsvarar ett visst värde på kraften (till exempel 10 N).
Vi kommer att avbilda kroppen i figuren i form av en boll. Tillämpningspunkten för tyngdkraften är centrum för denna boll. Vi representerar kraften i form av en pil, vars ursprung ligger vid kraftens appliceringspunkt. Rikta pilen vertikalt nedåt, eftersom tyngdkraften riktas mot jordens centrum. Längden på pilen, i enlighet med den valda skalan, är lika med två segment. Bredvid pilen ritar du en bokstav som anger tyngdkraften. Eftersom vi på ritningen angav kraftens riktning, placeras en liten pil ovanför bokstaven för att understryka att vi avbildar vektor magnitud.
Eftersom kroppsvikten appliceras på suspensionen, placeras början av viktpilen i botten av suspensionen. Vi respekterar även skalan i bilden. Därefter placerar vi bokstaven som anger vikten, och glömmer inte att placera en liten pil ovanför bokstaven.
Den fullständiga lösningen på problemet kommer att se ut så här (Fig. 5).
Ris. 5. Formulerad lösning av problemet
Observera igen att i det ovannämnda problemet visade sig de numeriska värdena och riktningarna för tyngdkraften och vikten vara desamma, och tillämpningspunkterna var olika.
Vid beräkning och avbildning av någon kraft måste tre faktorer beaktas:
· Numeriskt värde (modul) av kraft;
· Kraftens riktning;
· Punkt för tillämpning av våld.
Kraft är en fysisk storhet som beskriver en kropps verkan på en annan. Det betecknas vanligtvis med bokstaven F... Måttenheten för kraft är newton. För att beräkna värdet på tyngdkraften är det nödvändigt att känna till tyngdaccelerationen, som vid jordens yta är 9,8 N / kg. Med en sådan kraft drar jorden till sig en kropp som väger 1 kg. När du avbildar en kraft är det nödvändigt att ta hänsyn till dess numeriska värde, riktning och tillämpningspunkt.
Bibliografi
- Peryshkin A.V. Fysik. 7 cl. - 14:e upplagan, Stereotyp. - M .: Bustard, 2010.
- Peryshkin A.V. Samling av problem i fysik, årskurs 7-9: 5:e upplagan, Stereotyp. - M: Förlaget "Exam", 2010.
- Lukashik V.I., Ivanova E.V. Samling av problem i fysik för årskurs 7-9 av utbildningsinstitutioner. - 17:e upplagan. - M .: Utbildning, 2004.
- En enda samling digitala utbildningsresurser ().
- En enda samling digitala utbildningsresurser ().
- En enda samling digitala utbildningsresurser ().
Läxa
- Lukashik V. I., Ivanova E. V. Samling av problem i fysik för årskurs 7-9 # 327, 335-338, 351.
Kropparnas accelerationer bestäms av krafterna som verkar på dem. Efter att vi har lärt oss hur man mäter kraft och i princip vet hur man bestämmer acceleration kan vi svara huvudfrågan: "Hur beror en kropps acceleration på krafterna som verkar på den?"
Experimentell bestämning av accelerationens beroende av kraft
Det är omöjligt att experimentellt fastställa sambandet mellan acceleration och kraft med absolut noggrannhet, eftersom varje mätning ger ett ungefärligt värde på det uppmätta värdet. Men det är möjligt att lägga märke till arten av accelerationens beroende av kraft med hjälp av enkla experiment. Även enkla observationer visar att ju större kraften är, desto snabbare förändras kroppens hastighet, det vill säga desto större acceleration. Det är naturligt att anta att accelerationen är direkt proportionell mot kraften. I princip kan givetvis accelerationens beroende av kraft vara mer komplext, men först måste vi se om det enklaste antagandet är korrekt.
Det är bäst att studera translationsrörelsen hos en kropp, till exempel en metallstång, på bordets horisontella yta, eftersom endast med translationsrörelse är accelerationen av alla punkter densamma, och vi kan tala om en viss acceleration av kroppen som helhet. Men i det här fallet är friktionskraften mot bordet stor och viktigast av allt är det svårt att mäta den exakt.
Så låt oss ta en vagn med lätta hjul och placera den på rälsen. Då är friktionskraften relativt liten, och massan
Ris. 2.14
X
F
O
Ris. 2.13 dessa hjul kan försummas i jämförelse med massan av boggin som rör sig translationellt (Fig. 2.13).
Låt en konstant kraft verka på vagnen från sidan av tråden, till vars ände en last är fäst. Kraftmodulen mäts med en fjäderdynamometer. Denna kraft är konstant, men den är under rörelse inte lika med den kraft med vilken jorden attraherar den upphängda lasten. Det är mycket svårt att mäta vagnens acceleration direkt genom att bestämma förändringen i dess hastighet över ett kort tidsintervall. Men det kan uppskattas genom att mäta tiden t det tar för vagnen att färdas vägen s.
Med tanke på att under inverkan av en konstant kraft är accelerationen också konstant, eftersom den bestäms unikt av kraften, kan man använda de kinematiska formlerna för likformigt accelererad rörelse. På initial hastighet lika med noll,
vid ~ 2 ~ var och ¦ Därav
start- och slutkoordinater för kroppen. 2s
(2.5.1) Direkt på ögat ser man att vagnen tar fart ju snabbare desto större kraft som verkar på den. Noggranna mätningar av kraft- och accelerationsmodulerna visar en direkt proportionalitet mellan dem:
en ~ F.
Det finns andra experiment som bekräftar detta samband. Här är en av dem. En massiv rulle (Fig. 2.14) är installerad på en plattform. Om plattformen förs i rotation, förvärvar rullen, under verkan av den sträckta tråden, centripetalacceleration, som lätt kan bestämmas av rotationsradien R och antalet varv per sekund n:
a = 4 K2n2R.
Styrkan finner vi från dynamometerns avläsningar. Genom att ändra antalet varv och jämföra F och a, ser vi till att F ~ a.
Om flera krafter verkar på kroppen samtidigt, kommer kroppens accelerationsmodul att vara proportionell mot modulen för den geometriska summan av alla dessa krafter, lika med:
F = Fj + F2 + .... (2.5.2)
->
Vektorerna a och F är riktade längs en rät linje i samma riktning:
a ~ F. (2.5.3)
Detta kan ses i experimentet med vagnen: accelerationen av vagnen längs en tråd som är fäst vid den.
Vad är tröghet?
Enligt newtonsk mekanik bestämmer kraften unikt accelerationen av en kropp, men inte dess hastighet. Detta måste förstås mycket tydligt. Det är inte hastigheten som avgör styrkan, utan hur snabbt den förändras. Därför kommer en kropp i vila att få en märkbar hastighet under kraftpåverkan endast under ett visst tidsintervall.
mm
Accelerationen sker omedelbart, samtidigt med kraftens början, men hastigheten ökar gradvis. Ännu mer bra styrka oförmögen att omedelbart kommunicera med kroppen betydande hastighet. Detta tar tid. För att återigen stoppa kroppen måste bromskraften, hur stor den än är, agera ett tag.
Det är dessa fakta som menas när de säger att kroppar är inerta. Låt oss ge exempel på enkla experiment där kropparnas tröghet är mycket tydligt manifesterad.
1. En massiv kula är upphängd på en tunn tråd, under den är bunden till exakt samma tråd (Fig. 2.15). Om du långsamt drar i botten Fig. 2.15
tråd, går övertråden av som du förväntar dig. När allt kommer omkring verkar bollens vikt på den, och kraften med vilken vi drar ner bollen. Men om du drar i undertråden väldigt snabbt, kommer den att bryta av, vilket vid första anblicken är ganska konstigt. Men detta är lätt att förklara. När vi drar i tråden långsamt, sjunker kulan gradvis och sträcker övertråden tills den går sönder.
Med ett snabbt ryck med stor kraft får bollen mycket acceleration, men dess hastighet hinner inte öka på något nämnvärt sätt under den korta tidsperioden under vilken undertråden sträcks kraftigt, därför är det hon som bryter av, och övertråden sträcks lite och förblir hel.
Ett intressant experiment med en lång pinne upphängd i pappersringar (Fig. 2.16). Om du slår pinnen skarpt med en järnstång går pinnen sönder, och pappersringarna förblir oskadda. Du försöker förklara denna upplevelse själv.
En ännu enklare upplevelse kan göras hemma. Idén med experimentet framgår tydligt av figur 2.17. Vänster sida av figuren motsvarar situationen när v = const eller a = 0. På höger sida av figuren v Ф const, det vill säga en Ф 0.
Ris. 2.16
Ris. 2.17
Äntligen den kanske mest spektakulära upplevelsen. Om du skjuter in i ett tomt plastkärl kommer kulan att lämna hål i väggarna, men kärlet förblir intakt. Om du skjuter in i samma kärl fyllt med vatten kommer kärlet att spricka i små bitar. Detta resultat av experimentet förklaras enligt följande. Vatten är mycket lite komprimerbart, och en liten förändring i dess volym leder till en kraftig ökning av trycket. När en kula kommer in i vattnet mycket snabbt och bryter igenom kärlets väggar, ökar trycket kraftigt. På grund av vattnets tröghet hinner dess nivå inte stiga och det ökade trycket sliter isär kärlet.
Det sägs ibland att kroppen på grund av tröghet "motstår" försök att ändra sin hastighet. Detta är inte helt sant. Kroppen ändrar alltid hastighet under påverkan av kraft, men att ändra hastighet tar tid. Som J. Maxwell betonade är det lika fel att tala om kroppens motstånd mot försök att ändra dess hastighet, som att säga att te "motstår" att bli sött. Det tar bara ett tag för sockret att lösas upp.
Mekanikens lagar och vardagsupplevelsen
Mekanikens grundläggande uttalande är tillräckligt tydligt och inte svårt. Det passar in i våra sinnen utan större svårighet. När allt kommer omkring, från födseln lever vi i en värld av kroppar, vars rörelse lyder lagarna i Newtons mekanik.
Men ibland förvärvat från livserfarenhet visningar kan misslyckas. Så tanken att en kropps hastighet är riktad i samma riktning som kraften som appliceras på den är för inrotad. I själva verket bestämmer kraften inte hastigheten, utan kroppens acceleration, och riktningen för hastigheten och kraften kanske inte sammanfaller. Detta syns tydligt i figur 2.18.
När en kropp som kastas i en vinkel mot horisonten rör sig, riktas tyngdkraften nedåt hela tiden, och hastigheten som tangerar banan bildar med kraft en viss vinkel, som förändras under kroppens flykt.
Kraftens riktning sammanfaller med hastighetens riktning endast i det speciella fallet med rätlinjig rörelse med hastighet som ökar i absolut värde.
Huvudfaktumet för dynamik har fastställts: accelerationen av en kropp är direkt proportionell mot kraften som verkar på den.
1. Tråden på vilken kulan är upphängd avböjdes i en viss vinkel och släpptes. Var riktas resultanten av de krafter som verkar på kulan i det ögonblick då tråden är vertikal?
2. Rita en liten cirkel på golvet och ställ upp en tävling. Varje deltagare går snabbt i en rak linje mot cirkeln och håller i handen tennis boll... Uppgiften är att få bollen fri från händerna till en cirkel. Den här tävlingen kommer att visa vem av er som bättre förstår essensen av Newtons mekanik. Ris. 2.18
Mer om ämnet § 2.5. RELATION MELLAN ACCELERATION OCH KRAFT:
- Författarna till deklarationen såg ett nära samband mellan "naturliga och oförytterliga mänskliga rättigheter",
- Forskare påpekar med rätta att utfodringen stärkte banden mellan härskare och deras vasaller och bidrog till
- § 6. Orsakssamband mellan en samhällsfarlig handling ( passivitet) och socialt farliga konsekvenser som har inträffat
Du måste känna till appliceringspunkten och riktningen för varje kraft. Det är viktigt att kunna avgöra vilka krafter som verkar på kroppen och i vilken riktning. Kraft betecknas som, mätt i Newton. För att skilja mellan krafter betecknas de enligt följande
Nedan är de viktigaste krafterna som verkar i naturen. Det är omöjligt att uppfinna icke-existerande krafter när man löser problem!
Det finns många krafter i naturen. Här betraktas de krafter som beaktas i skolans fysikkurs i studiet av dynamik. Andra krafter nämns också, vilka kommer att diskuteras i andra avsnitt.
Allvar
Varje kropp på planeten påverkas av jordens gravitation. Den kraft med vilken jorden attraherar varje kropp bestäms av formeln
Appliceringspunkten är i kroppens tyngdpunkt. Allvar pekar alltid rakt ner.
Friktionskraft
Låt oss bekanta oss med friktionskraften. Denna kraft uppstår när kroppar rör sig och två ytor kommer i kontakt. Kraften uppstår av att ytorna, när de ses i mikroskop, inte är så släta som de ser ut. Friktionskraften bestäms av formeln:
Kraften appliceras vid kontaktpunkten mellan de två ytorna. Riktad i motsatt riktning mot rörelsen.
Stöd reaktionskraften
Föreställ dig ett mycket tungt föremål som ligger på ett bord. Bordet böjer sig under tyngden av föremålet. Men enligt Newtons tredje lag verkar ett bord på ett föremål med exakt samma kraft som ett föremål på ett bord. Kraften är motsatt den kraft med vilken föremålet trycker mot bordet. Det vill säga upp. Denna kraft kallas stödreaktionen. Namnet på kraften "talar" supporten reagerar... Denna kraft uppstår alltid när det sker en påverkan på stödet. Arten av dess förekomst på molekylär nivå. Objektet, som det var, deformerade den vanliga positionen och bindningarna av molekyler (inuti bordet), de tenderar i sin tur att återgå till sitt ursprungliga tillstånd, "motstå".
Absolut vilken kropp som helst, även en mycket lätt (till exempel en penna som ligger på bordet), deformerar stödet på mikronivå. Därför uppstår en stödreaktion.
Det finns ingen speciell formel för att hitta denna kraft. Den betecknas med en bokstav, men denna kraft är bara en separat typ av elastisk kraft, därför kan den betecknas som
Kraften appliceras vid kontaktpunkten för föremålet med stödet. Riktad vinkelrätt mot stödet.
Eftersom kroppen representeras som en materiell punkt kan kraften avbildas från mitten
Elastisk kraft
Denna kraft uppstår som ett resultat av deformation (förändring i materiens initiala tillstånd). När vi till exempel sträcker en fjäder ökar vi avståndet mellan fjädermaterialets molekyler. När vi trycker ihop fjädern minskar vi den. När vi vrider eller skiftar. I alla dessa exempel uppstår en kraft som förhindrar deformation - den elastiska kraften.
Hookes lag
Den elastiska kraften är riktad motsatt deformationen.
Eftersom kroppen representeras som en materiell punkt kan kraften avbildas från mitten
Vid seriekoppling av fjädrar, till exempel, beräknas styvheten med formeln
Parallellkopplingsstyvhet
Provets styvhet. Youngs modul.
Youngs modul kännetecknar de elastiska egenskaperna hos ett ämne. Detta är ett konstant värde som bara beror på materialet, dess psykiskt tillstånd... Det kännetecknar ett materials förmåga att motstå drag- eller tryckdeformation. Youngs modul är tabellformig.
Lär dig mer om egenskaper hos fasta ämnen.
Kroppsvikt
Kroppsvikt är den kraft med vilken ett föremål verkar på ett stöd. Du säger, det är gravitationen! Förvirringen är som följer: visserligen är kroppens vikt ofta lika med tyngdkraften, men dessa krafter är helt olika. Tyngdkraften är en kraft som är resultatet av interaktion med jorden. Vikt är resultatet av interaktion med stödet. Tyngdkraften appliceras i föremålets tyngdpunkt, medan vikten är kraften som appliceras på stödet (inte på föremålet)!
Det finns ingen formel för att bestämma vikt. Denna kraft betecknas med en bokstav.
Stödets reaktionskraft eller den elastiska kraften uppstår som svar på föremålets verkan på upphängningen eller stödet, därför är kroppens vikt alltid numeriskt densamma som den elastiska kraften, men har motsatt riktning.
Stödets och viktens reaktionskraft är krafter av samma natur, enligt Newtons 3 lag är de lika och motsatt riktade. Vikt är en kraft som verkar på stödet, inte på kroppen. Tyngdkraften verkar på kroppen.
Kroppsvikten kanske inte är lika med gravitationen. Det kan vara antingen mer eller mindre, eller så kan det vara så att vikten är noll. Detta tillstånd kallas tyngdlöshet... Viktlöshet är ett tillstånd när ett föremål inte interagerar med ett stöd, till exempel ett flygtillstånd: det finns gravitation och vikten är noll!
Det är möjligt att bestämma accelerationsriktningen om vi bestämmer vart den resulterande kraften är riktad
Observera att vikt är kraft, mätt i Newton. Hur man korrekt svarar på frågan: "Hur mycket väger du"? Vi svarar 50 kg och nämner inte vikten utan vår egen massa! I det här exemplet är vår vikt lika med gravitationen, vilket är ungefär 500N!
Överbelastning- förhållandet mellan vikt och gravitation
Arkimedes styrka
Kraft uppstår som ett resultat av en kropps interaktion med en vätska (gas), när den är nedsänkt i en vätska (eller gas). Denna kraft trycker ut kroppen ur vattnet (gasen). Därför är den riktad vertikalt uppåt (skjuter). Bestäms av formeln:
Vi försummar Archimedes kraft i luften.
Om Arkimedes kraft är lika med tyngdkraften flyter kroppen. Om kraften hos Arkimedes är större, stiger den till vätskans yta, om mindre, sjunker den.
Elektriska krafter
Det finns krafter av elektriskt ursprung. Uppstår när det finns en elektrisk laddning. Dessa krafter, såsom Coulomb-styrkan, Ampere-styrkan, Lorentz-styrkan, diskuteras i detalj i avsnittet Elektricitet.
Schematisk beteckning av krafter som verkar på en kropp
Kroppen är ofta modellerad med en materiell spets. Därför, i diagrammen, överförs olika applikationspunkter till en punkt - till mitten, och kroppen avbildas schematiskt som en cirkel eller rektangel.
För att korrekt beteckna styrkorna är det nödvändigt att lista alla de kroppar som den undersökta kroppen interagerar med. Bestäm vad som händer som ett resultat av interaktion med var och en: friktion, deformation, attraktion eller kanske repulsion. Bestäm typen av kraft, ange riktningen korrekt. Uppmärksamhet! Antalet krafter kommer att sammanfalla med antalet kroppar med vilka interaktionen äger rum.
Det viktigaste att komma ihåg
1) Krafter och deras natur;
2) Krafternas riktning;
3) Kunna identifiera de verkande krafterna
Skilj mellan extern (torr) och intern (viskös) friktion. Extern friktion uppstår mellan vidrörande fasta ytor, internt - mellan lager av vätska eller gas under deras relativa rörelse. Det finns tre typer av yttre friktion: statisk friktion, glidfriktion och rullfriktion.
Rullfriktion bestäms av formeln
Motståndskraften uppstår när en kropp rör sig i en vätska eller gas. Storleken på motståndskraften beror på kroppens storlek och form, hastigheten på dess rörelse och vätskans eller gasens egenskaper. Vid låga rörelsehastigheter är motståndskraften proportionell mot kroppens hastighet
Vid höga hastigheter är den proportionell mot kvadraten på hastigheten
Tänk på den ömsesidiga attraktionen mellan ett objekt och jorden. Mellan dem finns, enligt tyngdlagen, en kraft 
Låt oss nu jämföra tyngdlagen och tyngdkraften 
Storleken på accelerationen på grund av gravitationen beror på jordens massa och dess radie! Således kan du beräkna med vilken acceleration objekt kommer att falla på månen eller på någon annan planet, med hjälp av planetens massa och radie.
Avståndet från jordens centrum till polerna är mindre än till ekvatorn. Därför är tyngdaccelerationen vid ekvatorn något mindre än vid polerna. Samtidigt bör det noteras att huvudorsaken till tyngdaccelerationens beroende av områdets latitud är det faktum att jorden roterar runt sin axel.
Med avstånd från jordens yta förändras tyngdkraften och tyngdaccelerationen i omvänd proportion till kvadraten på avståndet till jordens centrum.
fortis(stark). Den viktigaste fysiska lagen, som inkluderar kraft, är Newtons andra lag. Den säger att i tröghetsreferenssystem sammanfaller accelerationen av en materialpunkt i riktning med den applicerade kraften, och i modulen är proportionell mot kraftmodulen och är omvänt proportionell mot materialpunktens massa.
Ordet "makt" på ryska är tvetydigt och används ofta (ensamt eller i kombinationer, i vetenskap och vardagliga situationer) i betydelser som skiljer sig från den fysiska definitionen av termen.
Collegiate YouTube
1 / 5
✪ Fysisk styrka av abstinens. Muskelmassa med abstinens.
✪ ABSOLUT FYSISK STYRKA träning med hjälp av tillgängliga medel
✪ Fysisk styrka och energins kraft | Trance tips
✪ Webbseminarium / Nick Harvey - Specialist på fysisk kondition Englands landslag
✪ BEHÖVER PIANISTEN FYSISK STYRKA? STARKA PIANISTER.
undertexter
allmän information
Styrkeegenskaper
Utöver indelningen enligt typen av fundamentala interaktioner finns det andra klassificeringar av krafter, inklusive: extern-inre (det vill säga satt utifrån och reaktioner av bindningar), potential och inte (om fältet för de studerade krafterna är potentiell), elastisk-avledande, koncentrerad-fördelad (fäst i en eller flera punkter), konstant eller variabel i tid.
Kraftens dimension
Begreppets historia
Begreppet kraft användes av antikens vetenskapsmän i deras arbeten om statik och rörelse. Han studerade krafter i processen att designa enkla mekanismer på 300-talet. före Kristus NS. Arkimedes.
Newtonsk mekanik
Newton bestämde sig för att beskriva föremåls rörelser med hjälp av begreppen tröghet och kraft. Efter att ha gjort detta konstaterade han samtidigt att alla mekaniska rörelser följer allmänna bevarandelagar. I Newton publicerade hans berömda verk "", där han beskrev tre grundläggande lagar för klassisk mekanik (Newtons lagar).
Newtons första lag
Till exempel utförs mekanikens lagar på exakt samma sätt bak på en lastbil när den färdas längs en rak vägavsnitt med konstant hastighet och när den står stilla. En person kan kasta bollen vertikalt uppåt och fånga den efter en stund på samma plats, oavsett om lastbilen rör sig jämnt och i en rak linje eller i vila. För honom flyger bollen i en rak linje. Men för en utomstående observatör på marken ser bollens bana ut som en parabel. Detta beror på det faktum att bollen i förhållande till marken rör sig under flygningen inte bara vertikalt utan också horisontellt av tröghet i riktning mot lastbilen. För en person bakom en lastbil spelar det ingen roll om den senare rör sig längs vägen, eller om världen runt den rör sig med konstant hastighet i motsatt riktning, och lastbilen står stilla. Således är vilotillstånden och enhetlig rätlinjig rörelse fysiskt omöjliga att skilja från varandra.
Newtons andra lag
Per definition av momentum:
dp → dt = d (mv →) dt, (\ displaystyle (\ frac (d (\ vec (p))) (dt)) = (\ frac (d (m (\ vec (v))))) (dt )),)var m (\ displaystil m)- vikt, v → (\ displaystil (\ vec (v)))- fart.
I klassisk mekanik, vid hastigheter mycket mindre än ljusets hastighet, anses massan av en materialpunkt vara oförändrad, vilket gör att den kan tas ut under dessa förhållanden utanför differentialtecknet:
m d v → d t = F →. (\ displaystil m (\ frac (d (\ vec (v))) (dt)) = (\ vec (F)).)Eftersom accelerationen av en kropp i varje tröghetsreferensram är densamma och inte ändras när den passerar från en ram till en annan, är kraften också invariant med avseende på en sådan övergång.
I alla naturfenomen tvinga, oavsett deras ursprung, yttrar sig endast i mekanisk mening, det vill säga som orsaken till kränkningen av kroppens enhetliga och rätlinjiga rörelse i tröghetskoordinatsystemet. Den motsatta situationen, nämligen upprättandet av faktumet av en sådan rörelse, vittnar inte om frånvaron av krafter som verkar på kroppen, utan bara om det faktum att dessa krafters handlingar är ömsesidigt balanserade. Annars: deras vektorsumma är en vektor med modul lika med noll.
Newtons andra lag spelar inte rollen som att bestämma kraften, utan låter dig hitta dess storlek. Att till exempel känna till en planets massa och dess centripetalacceleration när den rör sig i omloppsbana gör det möjligt att beräkna storleken på gravitationskraften som verkar på denna planet från solens riktning.
Newtons tredje lag
För två kroppar (låt oss kalla dem kropp 1 och kropp 2) säger Newtons tredje lag att kraften av kropp 1 på kropp 2 åtföljs av uppkomsten av en kraft som är lika stor men motsatt i riktning, som verkar på kropp 1 från kropp 2. Matematiskt skrivs lagen så här:
F → 1, 2 = - F → 2, 1. (\ displaystyle (\ vec (F)) _ (1,2) = - (\ vec (F)) _ (2,1).)Denna lag innebär att krafter alltid uppstår i handling-reaktionspar. Om kropp 1 och kropp 2 är i samma system, är den totala kraften i systemet på grund av växelverkan mellan dessa kroppar lika med noll:
F → 1, 2 + F → 2, 1 = 0. (\ displaystil (\ vec (F)) _ (1,2) + (\ vec (F)) _ (\ mathrm (2,1)) = 0 .)Detta innebär att i ett slutet system finns det inga obalanserade inre krafter... Detta leder till att ett slutet systems masscentrum (det vill säga ett som inte påverkas av yttre krafter) inte kan röra sig med acceleration. Enskilda delar av systemet kan accelereras, men bara på ett sådant sätt att systemet som helhet förblir i vila eller i enhetlig rätlinjig rörelse. Men om yttre krafter verkar på systemet kommer dess masscentrum att börja röra sig med en acceleration som är proportionell mot den externa resulterande kraften och omvänt proportionell mot systemets massa.
Dessutom, eftersom växelverkanskrafterna alltid är riktade längs den räta linjen som förbinder de interagerande punkterna, är det lika med noll och det totala momentet för dessa krafter (relativt till vilken punkt som helst):
(r → 1 - r → 0) × F → 1, 2 + (r → 2 - r → 0) × F → 2, 1 = (r → 1 - r → 2) × F → 1, 2 = 0 ( \ displaystyle ((\ vec (r)) _ (1) - (\ vec (r)) _ (0)) \ gånger (\ vec (F)) _ (1,2) + ((\ vec (r)) ) _ (2) - (\ vec (r)) _ (0)) \ gånger (\ vec (F)) _ (\ mathrm (2,1)) = ((\ vec (r)) _ (1) - (\ vec (r)) _ (2)) \ gånger (\ vec (F)) _ (1,2) = 0)Grundläggande interaktioner
Alla krafter i naturen är baserade på fyra typer av grundläggande interaktioner. Maxhastighet utbredning av alla typer av interaktion är lika med ljusets hastighet i ett vakuum. Elektromagnetiska krafter verkar mellan elektriskt laddade kroppar, gravitationskrafter mellan massiva föremål. De starka och svaga manifesterar sig endast på mycket små avstånd, de är ansvariga för förekomsten av interaktioner mellan subatomära partiklar, inklusive nukleonerna som utgör atomkärnor.
Intensiteten av starka och svaga interaktioner mäts i energienheter(elektronvolt), inte kraftenheter, och därför förklaras tillämpningen av termen "kraft" på dem av traditionen som existerade sedan antiken för att förklara alla fenomen i omvärlden genom inverkan av "krafter" specifika för varje fenomen.
Begreppet kraft kan inte appliceras på fenomenen i den subatomära världen. Detta koncept kommer från den klassiska fysikens arsenal, förknippat (även om det bara är undermedvetet) med Newtonska idéer om krafter som verkar på avstånd. I subatomär fysik är sådana krafter inte längre: de ersätts av interaktioner mellan partiklar som uppstår genom fält, det vill säga några andra partiklar. Därför undviker högenergifysiker att använda ordet tvinga ersätter det med ordet samspel .
Interaktionen mellan varje typ beror på utbytet av motsvarande "bärare": elektromagnetiska - virtuella fotoner, svaga - vektorbosoner, starka - gluoner (och på stora avstånd - mesoner). När det gäller gravitationsinteraktionen finns det teoretiska antaganden (till exempel inom strängteorin eller M-teorin) att dess bärarboson, kallad graviton, också kan associeras med den, men dess existens har ännu inte bevisats. Högenergifysikexperiment utförda på 70- och 80-talen av XX-talet bekräftade idén att de svaga och elektromagnetiska interaktionerna är manifestationer av en mer global elektrosvag interaktion. För närvarande görs försök att kombinera alla fyra grundläggande interaktioner till en (den så kallade grand unification theory).
Hela mångfalden av krafter som manifesterar sig i naturen kan i princip reduceras till dessa fyra grundläggande interaktioner. Till exempel är friktion en manifestation av elektromagnetiska krafter som verkar mellan atomer av två kontaktytor, och Paulis uteslutningsprincip, som förhindrar atomer från att tränga in i varandras område. Kraften som härrör från deformationen av fjädern, beskriven av Hookes lag, är också resultatet av verkan av elektromagnetiska krafter mellan partiklar och Pauli uteslutningsprincipen, vilket tvingar atomerna i kristallgittret i ett ämne att hållas nära jämviktspositionen .
Men i praktiken visar det sig att det inte bara är olämpligt, utan också helt enkelt omöjligt enligt villkoren för problemet, en så detaljerad undersökning av frågan om krafternas verkan.
Allvar
Gravity ( allvar) är en universell interaktion mellan alla typer av materia. Inom ramen för den klassiska mekaniken beskrivs den av lagen om universell gravitation, formulerad av Newton i det redan nämnda verket "Mathematical Principles of Natural Philosophy". Newton fick storleken på den acceleration med vilken månen rör sig runt jorden, förutsatt i beräkningen att gravitationskraften minskar i omvänd proportion till kvadraten på avståndet från den graviterande kroppen. Dessutom fann han också att accelerationen som orsakas av attraktionen av en kropp till en annan är proportionell mot produkten av dessa kroppars massor. Baserat på dessa två slutsatser formulerades gravitationslagen: alla materialpartiklar attraheras mot varandra med en kraft F (\ displaystil F) direkt proportionell mot produkten av massorna ( m 1 (\ displaystyle m_ (1)) och m 2 (\ displaystyle m_ (2))) och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet r (\ displaystyle r) mellan dem:
F = G m 1 m 2 R 2. (\ displaystil F = G (\ frac (m_ (1) m_ (2)) (R ^ (2))).)Här G (\ displaystil G)- gravitationskonstanten, vars värde först mottogs i hans experiment av Henry Cavendish. Med hjälp av denna lag är det möjligt att få formler för att beräkna gravitationskraften hos kroppar med godtycklig form. Newtons gravitationsteori beskriver väl rörelsen hos solsystemets planeter och många andra himlakroppar. Den bygger dock på begreppet långdistanshandling, vilket strider mot relativitetsteorin. Därför är den klassiska gravitationsteorin otillämplig för att beskriva rörelsen hos kroppar som rör sig med en hastighet nära ljusets hastighet, gravitationsfält för extremt massiva föremål (till exempel svarta hål), såväl som variabla gravitationsfält skapade av rörliga kroppar på stora avstånd från dem.
Elektromagnetisk interaktion
Elektrostatiskt fält (fält för stationära laddningar)Fysikens utveckling efter Newton lade till de tre grundstorheterna (längd, massa, tid) en elektrisk laddning med dimensionen "coulomb" (C). Men baserat på praktikens krav började de inte använda en laddningsenhet, utan en enhet för elektrisk ström som huvudenhet för mätning. Så i SI-systemet är grundenheten ampere, och laddningsenheten, coulomb, är dess derivata.
Eftersom laddningen som sådan inte existerar oberoende av kroppen som bär den, manifesterar den elektriska interaktionen mellan kroppar sig i form av en kraft som betraktas i mekaniken, som fungerar som orsaken till accelerationen. Som tillämpas på den elektrostatiska interaktionen av tvåpunktsladdningar med kvantiteter q 1 (\ displaystyle q_ (1)) och q 2 (\ displaystyle q_ (2)) belägen i ett vakuum används Coulombs lag. I den form som motsvarar SI-systemet har den formen:
F → 12 = 1 4 π ε 0 ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 r → 12 r 12, (\ displaystyle (\ vec (F)) _ (12) = (\ frac (1) (4 \ pi \ varepsilon _ (0))) \ cdot (\ frac (q_ (1) \ cdot q_ (2)) (r_ (12) ^ (2))) (\ frac ((\ vec (r))) _ (12) ) (r_ (12))),)var F → 12 (\ displaystil (\ vec (F)) _ (12))- den kraft med vilken laddning 1 verkar på laddning 2, r → 12 (\ displaystil (\ vec (r)) _ (12))är en vektor riktad från laddning 1 till laddning 2 och är lika i absolut värde med avståndet mellan laddningar, och ε 0 (\ displaystyle \ varepsilon _ (0))- elektrisk konstant lika med ≈ 8,854187817 10 −12 / m. När laddningar placeras i ett homogent och isotropiskt medium minskar interaktionskraften med en faktor ε, där ε är mediets dielektriska konstant.
Kraften riktas längs linjen som förbinder punktladdningar. Grafiskt avbildas det elektrostatiska fältet vanligtvis som en bild av kraftlinjer, som är imaginära banor längs vilka en laddad partikel utan massa skulle röra sig. Dessa rader börjar på en och slutar på en annan laddning.
Magnetostatiskt fält (likströmsfält)
Förekomsten av ett magnetfält erkändes redan på medeltiden av kineserna som använde en "kärleksfull sten" - en magnet som en prototyp av en magnetisk kompass. Grafiskt avbildas vanligtvis ett magnetfält i form av slutna kraftlinjer, vars täthet (som i fallet med ett elektrostatiskt fält) bestämmer dess intensitet. Historiskt sett var ett visuellt sätt att visualisera ett magnetfält järnspån, till exempel, hälld på ett pappersark placerat på en magnet.
Oersted fann att en ström som flyter genom en ledare orsakar en avböjning av den magnetiska nålen.
Faraday kom fram till att ett magnetfält skapas runt en ledare med ström.
Ampere lade fram en hypotes, erkänd inom fysiken som en modell av processen för uppkomsten av ett magnetiskt fält, som antar förekomsten av mikroskopiska slutna strömmar i material som tillsammans ger effekten av naturlig eller inducerad magnetism.
Dessutom fann Ampere att i en referensram i ett vakuum, i förhållande till vilken laddningen är i rörelse, det vill säga den beter sig som en elektrisk ström, uppstår ett magnetfält, vars intensitet bestäms av magnetisk vektor. induktion B → (\ displaystil (\ vec (B))) liggande i ett plan vinkelrätt mot laddningens rörelseriktning.
Samma Ampere mätte för första gången samverkanskraften hos två parallella ledare med strömmar som flödade genom dem. En av ledarna skapade ett magnetfält runt sig, den andra reagerade på detta fält genom att närma sig eller förflytta sig iväg med en mätbar kraft, att veta vilken och storleken på strömmen det var möjligt att bestämma den magnetiska induktionsvektorns modul.
Kraftsamverkan mellan elektriska laddningar som inte är i rörelse i förhållande till varandra beskrivs av Coulombs lag. Men laddningarna i en sådan rörelse genererar också magnetiska fält, genom vilka de strömmar som skapas av laddningarnas rörelse i allmänhet kommer in i ett tillstånd av kraftväxelverkan.
Den grundläggande skillnaden mellan kraften som uppstår från den relativa rörelsen av laddningar från fallet med deras stationära placering är skillnaden i geometrin hos dessa krafter. När det gäller elektrostatik riktas kraften av interaktion mellan två laddningar längs linjen som förbinder dem. Därför är geometrin för problemet tvådimensionell och övervägandet utförs i ett plan som går genom denna linje.
När det gäller strömmar är kraften som kännetecknar magnetfältet som genereras av strömmen placerad i ett plan vinkelrätt mot strömmen. Därför blir bilden av fenomenet tredimensionell. Det magnetiska fältet som skapas av elementet i den första strömmen, oändligt litet i längd, interagerar med samma element i den andra strömmen, i det allmänna fallet skapar en kraft som verkar på den. Dessutom, för båda strömmarna, är denna bild helt symmetrisk i den meningen att numreringen av strömmarna är godtycklig.
Lagen om växelverkan mellan strömmar används för att standardisera elektrisk likström.
Stark interaktion
Starka interaktioner är grundläggande kortdistansinteraktioner mellan hadroner och kvarkar. I en atomkärna håller en stark interaktion ihop positivt laddade (upplever elektrostatisk repulsion) protoner, detta sker genom utbyte av pi-mesoner mellan nukleoner (protoner och neutroner). Pi-mesoner lever väldigt lite, deras livstid räcker bara för att tillhandahålla kärnkrafter i kärnans radie, därför kallas kärnkrafter kortdistans. En ökning av antalet neutroner "späder ut" kärnan, minskar de elektrostatiska krafterna och ökar kärnkrafterna, men med ett stort antal neutroner börjar de själva, som är fermioner, uppleva repulsion på grund av Pauli-principen. Dessutom, när nukleonerna kommer för nära, börjar utbytet av W-bosoner, vilket orsakar repulsion, på grund av vilket atomkärnorna inte "kollapsar".
Inom själva hadronerna håller en stark växelverkan samman kvarkarna - de ingående delarna av hadronerna. Det starka fältets kvanta är gluoner. Varje kvark har en av tre "färg" laddningar, varje gluon består av ett par "färg" - "anti-färg". Gluoner binder kvarkar till den så kallade "inneslutningen", på grund av vilken fria kvarkar för närvarande inte har observerats i experimentet. Med kvarkarnas avstånd från varandra ökar energin hos gluonbindningar och minskar inte som i kärnväxelverkan. Efter att ha spenderat mycket energi (genom att kollidera med hadroner i en accelerator) är det möjligt att bryta kvark-gluonbindningen, men en stråle av nya hadroner stöts ut. Fria kvarkar kan dock existera i rymden: om någon kvark lyckades undvika instängdhet under Big Bang, så är sannolikheten att förinta med motsvarande antikvark eller förvandlas till en färglös hadron för en sådan kvark försvinnande liten.
Svag interaktion
Svag interaktion är en grundläggande interaktion på kort räckvidd. Verkningsradien är 10 −18 m. Symmetrisk med avseende på kombinationen av rumslig inversion och laddningskonjugering. Alla fundamentala fermioner (leptoner och kvarkar) är involverade i den svaga interaktionen. Detta är den enda interaktionen där neutriner deltar (förutom gravitationen, som är försumbar i laboratorieförhållanden), vilket förklarar dessa partiklars kolossala penetreringsförmåga. Svag interaktion gör att leptoner, kvarkar och deras antipartiklar kan utbyta energi, massa, elektrisk laddning och kvanttal – det vill säga omvandlas till varandra. En av manifestationerna är