Características generales del concepto "poder". Física: recuerda todo
1. Leyes de la dinámica de Newton
leyes o axiomas del movimiento (tal como los formuló el propio Newton en el libro “Principios matemáticos de la filosofía natural” de 1687): “I. Todo cuerpo continúa manteniéndose en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo hasta que las fuerzas aplicadas lo obliguen a cambiar este estado. II. El cambio de impulso es proporcional a la fuerza impulsora aplicada y se produce en la dirección de la línea recta a lo largo de la cual actúa esta fuerza. III. Una acción siempre tiene una reacción igual y opuesta; de lo contrario, las interacciones de dos cuerpos entre sí son iguales y se dirigen en direcciones opuestas”.
2. ¿Qué es la fuerza?
La fuerza se caracteriza por su magnitud y dirección. La fuerza caracteriza la acción de otros cuerpos sobre un cuerpo determinado. El resultado de una fuerza que actúa sobre un cuerpo depende no sólo de su magnitud y dirección, sino también del punto de aplicación de la fuerza. La resultante es una fuerza, cuyo resultado será el mismo que el resultado de la acción de todas las fuerzas reales. Si las fuerzas están codirigidas, la resultante es igual a su suma y está dirigida en la misma dirección. Si las fuerzas se dirigen en direcciones opuestas, entonces la resultante es igual a su diferencia y está dirigida hacia la fuerza mayor.
Gravedad y peso corporal.
La gravedad es la fuerza con la que un cuerpo es atraído hacia la Tierra debido a la gravitación universal. Todos los cuerpos del Universo se atraen entre sí y cuanto mayor es su masa y más cerca están, más fuerte es la atracción.
Para calcular la fuerza de gravedad, la masa corporal debe multiplicarse por un coeficiente denominado con la letra g, aproximadamente igual a 9,8 N/kg. Así, la fuerza de gravedad se calcula mediante la fórmula
El peso corporal es la fuerza con la que el cuerpo presiona un soporte o estira una suspensión debido a la atracción hacia la Tierra. Si un cuerpo no tiene soporte ni suspensión, entonces el cuerpo no tiene peso: está en un estado de ingravidez.
fuerza elástica
La fuerza elástica es una fuerza que surge dentro de un cuerpo como resultado de una deformación e impide un cambio de forma. Dependiendo de cómo cambie la forma del cuerpo, se distinguen varios tipos de deformación, en particular, tensión y compresión, flexión, corte y corte y torsión.
Cuanto más cambia la forma de un cuerpo, mayor es la fuerza elástica que se genera en él.
Un dinamómetro es un dispositivo para medir fuerza: la fuerza medida se compara con la fuerza elástica que surge en el resorte del dinamómetro.
Fuerza de fricción
La fuerza de fricción estática es la fuerza que impide que un cuerpo se mueva de su lugar.
La razón por la que ocurre la fricción es que cualquier superficie tiene irregularidades que se entrelazan entre sí. Si las superficies están pulidas, entonces la causa de la fricción son las fuerzas de interacción molecular. Cuando un cuerpo se mueve sobre una superficie horizontal, la fuerza de fricción va dirigida contra el movimiento y es directamente proporcional a la fuerza de gravedad:
La fuerza de fricción por deslizamiento es la fuerza de resistencia cuando un cuerpo se desliza sobre la superficie de otro. La fuerza de fricción por rodadura es la fuerza de resistencia cuando un cuerpo rueda sobre la superficie de otro; es significativamente menor que la fuerza de fricción por deslizamiento.
Si la fricción es útil, aumenta; si es perjudicial, redúzcalo.
3. LEYES DE CONSERVACIÓN
LEYES DE CONSERVACIÓN, leyes físicas según las cuales alguna propiedad de un sistema cerrado permanece sin cambios a pesar de cualquier cambio en el sistema. Los más importantes son Leyes de conservación de la materia y la energía. La ley de conservación de la materia establece que la materia ni se crea ni se destruye; Durante las transformaciones químicas, la masa total permanece sin cambios. La cantidad total de energía en el sistema tampoco cambia; la energía sólo se convierte de una forma a otra. Ambas leyes son sólo aproximadamente correctas. La masa y la energía se pueden convertir entre sí según la ecuación mi = ts 2. Sólo la cantidad total de masa y su energía equivalente permanecen sin cambios. Otra ley de conservación se refiere a la carga eléctrica: tampoco se puede crear ni destruir. Cuando se aplica a procesos nucleares, la ley de conservación se expresa en el hecho de que la carga total, el espín y otros NÚMEROS CUÁNTICOS de las partículas que interactúan deben permanecer iguales para las partículas resultantes de la interacción. En interacciones fuertes, todos los números cuánticos se conservan. En interacciones débiles se violan algunos de los requisitos de esta ley, especialmente en lo que respecta a la PARIDAD.
La ley de conservación de la energía se puede explicar con el ejemplo de una pelota que pesa 1 kg que cae desde una altura de 100 m. La energía total inicial de la pelota es su energía potencial. Cuando cae, la energía potencial disminuye gradualmente y la energía cinética aumenta, pero la cantidad total de energía permanece sin cambios, por lo que se produce la conservación de la energía. A - la energía cinética aumenta de 0 al máximo: B - la energía potencial disminuye del máximo a cero; C es la cantidad total de energía, que es igual a la suma de cinética y potencia. La ley de conservación de la materia establece que durante las reacciones químicas la materia ni se crea ni se destruye. Este fenómeno se puede demostrar mediante un experimento clásico en el que se pesa una vela encendida bajo una campana de cristal (A). Al final del experimento, el peso de la tapa y su contenido se mantuvo igual que al principio, aunque la vela, cuya sustancia se compone principalmente de carbono e hidrógeno, “desapareció”, ya que los productos de reacción volátiles (agua y dióxido de carbono) fueron liberados de él. Sólo después de que los científicos reconocieran el principio de conservación de la materia a finales del siglo XVIII, se hizo posible un enfoque cuantitativo de la química.
Trabajo mecánico Ocurre cuando un cuerpo se mueve bajo la influencia de una fuerza que se le aplica.
El trabajo mecánico es directamente proporcional a la distancia recorrida y proporcional a la fuerza:
Fuerza
La velocidad de realización del trabajo en tecnología se caracteriza por fuerza.
La potencia es igual a la relación entre el trabajo y el tiempo durante el cual se realizó:
Energía Esta es una cantidad física que muestra cuánto trabajo puede realizar un cuerpo. La energía se mide en julios.
Cuando se realiza trabajo, se mide la energía de los cuerpos. El trabajo realizado es igual al cambio de energía.
Energía potencial determinado por la posición relativa de cuerpos que interactúan o partes de un mismo cuerpo.
E p = F h = gmh.
Donde g = 9,8 N/kg, m es el peso corporal (kg), h es la altura (m).
Energía cinética posee un cuerpo como resultado de su movimiento. Cuanto mayor sea la masa y la velocidad del cuerpo, mayor será su energía cinética.
5. ley básica de la dinámica del movimiento de rotación
Momento de poder
1. Momento de fuerza con respecto al eje de rotación, (1.1) donde es la proyección de la fuerza sobre un plano perpendicular al eje de rotación, es el brazo de la fuerza (la distancia más corta desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza).
2. Momento de fuerza relativo a un punto fijo O (origen). (1.2) Está determinado por el producto vectorial del radio vector trazado desde el punto O hasta el punto de aplicación de la fuerza por esta fuerza; - un pseudovector, su dirección coincide con la dirección del movimiento de traslación del tornillo derecho cuando se aleja (“regla de gimlet”). Módulo del momento de la fuerza, (1.3) donde es el ángulo entre los vectores y es el brazo de la fuerza, la distancia más corta entre la línea de acción de la fuerza y el punto de aplicación de la fuerza.
Impulso
1. Momento de impulso de un cuerpo que gira alrededor de un eje, (1.4) donde es el momento de inercia del cuerpo, es la velocidad angular. El momento angular de un sistema es la suma vectorial del momento angular de todos los cuerpos del sistema: 
.
(1.5)
2. Momento de un punto material con impulso relativo a un punto fijo O (origen). (1.6) Está determinado por el producto vectorial del vector radio trazado desde el punto O hasta el punto material por el vector momento; - pseudovector, su dirección coincide con la dirección del movimiento de traslación de la hélice derecha cuando se aleja ( “regla de la barrena”). Módulo del vector de momento angular, (1.7) donde es el ángulo entre los vectores y es el brazo del vector con respecto al punto O.
Momento de inercia respecto al eje de rotación.
1. Momento de inercia de un punto material, (1.8) donde es la masa del punto, es su distancia al eje de rotación.
2. Momento de inercia de un cuerpo rígido discreto, (1.9) donde es el elemento de masa del cuerpo rígido, es la distancia de este elemento al eje de rotación, es el número de elementos del cuerpo.
3. Momento de inercia en el caso de distribución continua de masa (cuerpo sólido sólido). (1.10) Si el cuerpo es homogéneo, es decir su densidad es la misma en todo el volumen, entonces se utiliza la expresión (1.11), donde y es el volumen del cuerpo.
Es necesario conocer el punto de aplicación y dirección de cada fuerza. Es importante poder determinar qué fuerzas actúan sobre el cuerpo y en qué dirección. La fuerza se denota como , medida en Newtons. Para distinguir entre fuerzas, se designan de la siguiente manera
A continuación se muestran las principales fuerzas que operan en la naturaleza. ¡Es imposible inventar fuerzas que no existen al resolver problemas!
Hay muchas fuerzas en la naturaleza. Aquí consideramos las fuerzas que se consideran en el curso de física escolar al estudiar dinámica. También se mencionan otras fuerzas, que se discutirán en otras secciones.
Gravedad
Todos los cuerpos del planeta se ven afectados por la gravedad de la Tierra. La fuerza con la que la Tierra atrae cada cuerpo está determinada por la fórmula
El punto de aplicación es el centro de gravedad del cuerpo. Gravedad siempre dirigido verticalmente hacia abajo.
Fuerza de fricción
Conozcamos la fuerza de fricción. Esta fuerza se produce cuando los cuerpos se mueven y dos superficies entran en contacto. La fuerza se produce porque las superficies, vistas con un microscopio, no son tan suaves como parecen. La fuerza de fricción está determinada por la fórmula:
La fuerza se aplica en el punto de contacto de dos superficies. Dirigido en dirección opuesta al movimiento.
Fuerza de reacción del suelo
Imaginemos un objeto muy pesado sobre una mesa. La mesa se dobla bajo el peso del objeto. Pero según la tercera ley de Newton, la mesa actúa sobre el objeto exactamente con la misma fuerza que el objeto que está sobre la mesa. La fuerza tiene dirección opuesta a la fuerza con la que el objeto presiona la mesa. Es decir, arriba. Esta fuerza se llama reacción del suelo. El nombre de la fuerza "habla" el apoyo reacciona. Esta fuerza se produce siempre que hay un impacto sobre el soporte. La naturaleza de su aparición a nivel molecular. El objeto parecía deformar la posición habitual y las conexiones de las moléculas (dentro de la mesa), ellas, a su vez, se esfuerzan por volver a su estado original, "resistir".
Absolutamente cualquier cuerpo, incluso uno muy ligero (por ejemplo, un lápiz sobre una mesa), deforma el soporte a nivel micro. Por tanto, se produce una reacción del suelo.
No existe una fórmula especial para encontrar esta fuerza. Se denota con la letra , pero esta fuerza es simplemente un tipo separado de fuerza de elasticidad, por lo que también se puede denotar como
La fuerza se aplica en el punto de contacto del objeto con el soporte. Dirigido perpendicular al soporte.
Dado que el cuerpo se representa como un punto material, la fuerza se puede representar desde el centro.
fuerza elástica
Esta fuerza surge como resultado de la deformación (cambio en el estado inicial de la sustancia). Por ejemplo, cuando estiramos un resorte, aumentamos la distancia entre las moléculas del material del resorte. Cuando comprimimos un resorte, lo disminuimos. Cuando giramos o cambiamos. En todos estos ejemplos surge una fuerza que impide la deformación: la fuerza elástica.
ley de Hooke
La fuerza elástica se dirige en sentido opuesto a la deformación.
Dado que el cuerpo se representa como un punto material, la fuerza se puede representar desde el centro.
Al conectar resortes en serie, por ejemplo, la rigidez se calcula usando la fórmula
Cuando se conecta en paralelo, la rigidez
Rigidez de la muestra. El módulo de Young.
El módulo de Young caracteriza las propiedades elásticas de una sustancia. Este es un valor constante que depende únicamente del material y su estado físico. Caracteriza la capacidad de un material para resistir deformaciones por tracción o compresión. El valor del módulo de Young es tabular.
Lea más sobre las propiedades de los sólidos.
Peso corporal
El peso corporal es la fuerza con la que un objeto actúa sobre un soporte. ¡Dices que esta es la fuerza de la gravedad! La confusión surge de la siguiente manera: de hecho, a menudo el peso de un cuerpo es igual a la fuerza de gravedad, pero estas fuerzas son completamente diferentes. La gravedad es una fuerza que surge como resultado de la interacción con la Tierra. El peso es el resultado de la interacción con el apoyo. ¡La fuerza de gravedad se aplica en el centro de gravedad del objeto, mientras que el peso es la fuerza que se aplica al soporte (no al objeto)!
No existe una fórmula para determinar el peso. Esta fuerza está designada por la letra.
La fuerza de reacción del apoyo o fuerza elástica surge en respuesta al impacto de un objeto sobre la suspensión o soporte, por lo tanto el peso del cuerpo siempre es numéricamente igual a la fuerza elástica, pero tiene dirección opuesta.
La fuerza de reacción del soporte y el peso son fuerzas de la misma naturaleza; según la tercera ley de Newton, son iguales y tienen direcciones opuestas. El peso es una fuerza que actúa sobre el soporte, no sobre el cuerpo. La fuerza de gravedad actúa sobre el cuerpo.
El peso corporal puede no ser igual a la gravedad. Puede ser más o menos, o puede ser que el peso sea cero. Esta condición se llama ingravidez. La ingravidez es un estado en el que un objeto no interactúa con un soporte, por ejemplo, el estado de vuelo: ¡hay gravedad, pero el peso es cero!
Es posible determinar la dirección de la aceleración si determinas hacia dónde se dirige la fuerza resultante.
Tenga en cuenta que el peso es fuerza, medida en Newtons. ¿Cómo responder correctamente a la pregunta: “¿Cuánto pesas”? Respondemos 50 kg, sin nombrar nuestro peso, ¡sino nuestra masa! En este ejemplo, nuestro peso es igual a la gravedad, es decir, ¡aproximadamente 500 N!
Sobrecarga- relación entre peso y gravedad
La fuerza de Arquímedes
La fuerza surge como resultado de la interacción de un cuerpo con un líquido (gas), cuando se sumerge en un líquido (o gas). Esta fuerza empuja al cuerpo fuera del agua (gas). Por tanto, se dirige verticalmente hacia arriba (empuja). Determinado por la fórmula:
En el aire descuidamos el poder de Arquímedes.
Si la fuerza de Arquímedes es igual a la fuerza de gravedad, el cuerpo flota. Si la fuerza de Arquímedes es mayor, entonces sube a la superficie del líquido, si es menor, se hunde.
Fuerzas electricas
Hay fuerzas de origen eléctrico. Ocurre en presencia de una carga eléctrica. Estas fuerzas, como la fuerza de Coulomb, la fuerza de Ampere y la fuerza de Lorentz, se analizan en detalle en la sección Electricidad.
Designación esquemática de fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
A menudo se modela un cuerpo como un punto material. Por lo tanto, en los diagramas, varios puntos de aplicación se transfieren a un punto, al centro, y el cuerpo se representa esquemáticamente como un círculo o un rectángulo.
Para designar correctamente las fuerzas, es necesario enumerar todos los cuerpos con los que interactúa el cuerpo en estudio. Determina qué sucede como resultado de la interacción con cada uno: fricción, deformación, atracción o tal vez repulsión. Determinar el tipo de fuerza e indicar correctamente la dirección. ¡Atención! La cantidad de fuerzas coincidirá con el número de cuerpos con los que se produce la interacción.
Lo principal para recordar.
1) Fuerzas y su naturaleza;
2) Dirección de fuerzas;
3) Ser capaz de identificar las fuerzas actuantes.
Hay fricción externa (seca) e interna (viscosa). La fricción externa ocurre entre superficies sólidas en contacto, la fricción interna ocurre entre capas de líquido o gas durante su movimiento relativo. Hay tres tipos de fricción externa: fricción estática, fricción por deslizamiento y fricción por rodadura.
La fricción de rodadura está determinada por la fórmula.
La fuerza de resistencia ocurre cuando un cuerpo se mueve en un líquido o gas. La magnitud de la fuerza de resistencia depende del tamaño y la forma del cuerpo, la velocidad de su movimiento y las propiedades del líquido o gas. A bajas velocidades de movimiento, la fuerza de arrastre es proporcional a la velocidad del cuerpo.
A altas velocidades es proporcional al cuadrado de la velocidad.
Consideremos la atracción mutua de un objeto y la Tierra. Entre ellos, según la ley de la gravedad, surge una fuerza. 
Ahora comparemos la ley de la gravedad y la fuerza de gravedad. 
¡La magnitud de la aceleración debida a la gravedad depende de la masa de la Tierra y de su radio! Así, es posible calcular con qué aceleración caerán los objetos en la Luna o en cualquier otro planeta, utilizando la masa y el radio de ese planeta.
La distancia desde el centro de la Tierra a los polos es menor que al ecuador. Por tanto, la aceleración de la gravedad en el ecuador es ligeramente menor que en los polos. Al mismo tiempo, cabe señalar que la razón principal de la dependencia de la aceleración de la gravedad de la latitud de la zona es el hecho de la rotación de la Tierra alrededor de su eje.
A medida que nos alejamos de la superficie de la Tierra, la fuerza de gravedad y la aceleración de la gravedad cambian en proporción inversa al cuadrado de la distancia al centro de la Tierra.
La fuerza es una cantidad física que es una medida de la interacción entre cuerpos. Es decir, la fuerza es una medida de la influencia de un cuerpo sobre otro y viceversa. En física, hay una gran cantidad de diferentes tipos de fuerzas, por ejemplo: fuerza de fricción, fuerza elástica, fuerza de gravedad, etc. Sin embargo, todas las fuerzas están unidas por el hecho de que se caracterizan por ciertos componentes.
¿Por qué se caracteriza la fuerza?
En física, cualquier fuerza se describe mediante tres componentes:
- Dirección. Como la fuerza es una cantidad física vectorial, tiene una dirección que muestra dónde actúa la fuerza.
- Valor absoluto (módulo) de fuerza. Cualquier vector se caracteriza por una magnitud. El módulo de fuerza es la longitud del vector de fuerza.
- Punto de aplicación de la fuerza. Dado que la fuerza es un vector, sólo se puede representar desde un determinado punto del plano (espacio). Este punto se llama punto de aplicación de la fuerza.
Así, para describir cualquier fuerza que actúa sobre un cuerpo, es necesario especificar sólo estos tres componentes: dirección, módulo y punto de aplicación.
La acción de una fuerza sobre un cuerpo provoca un cambio en su velocidad o una deformación. Cuanto mayor es la fuerza, más cambia la velocidad del cuerpo o mayor es su deformación.
La fuerza es una cantidad física vectorial que muestra cómo un cuerpo interactúa con otro cuerpo o campo. Muestra la dirección y la intensidad de esta interacción. La fuerza es una medida de la interacción de cuerpos o campos.
La fuerza se mide en Newtons.
Una fuerza de 1 N es la fuerza que cambia la rapidez de un cuerpo que pesa 1 kg en 1 s en 1 m/s.
1.Fuerza- vector cantidad física, que es una medida de la intensidad del impacto en un determinado cuerpo otros órganos, así como campos Adjunto a masivo La fuerza en el cuerpo es la razón de su cambio. velocidad o ocurrencia en él deformaciones y tensiones.
La fuerza como cantidad vectorial se caracteriza. módulo, dirección Y "punto" de la aplicación fortaleza. Por el último parámetro, el concepto de fuerza como vector en física difiere del concepto de vector en álgebra vectorial, donde los vectores iguales en magnitud y dirección, independientemente del punto de su aplicación, se consideran el mismo vector. En física, estos vectores se denominan vectores libres. En mecánica es sumamente común la idea de vectores acoplados, cuyo comienzo se fija en un determinado punto del espacio o puede ubicarse en una línea que continúa la dirección del vector (vectores deslizantes).
También se utiliza el concepto línea de fuerza, que denota la línea recta que pasa por el punto de aplicación de la fuerza a lo largo del cual se dirige la fuerza.
La segunda ley de Newton establece que en los sistemas de referencia inerciales, la aceleración de un punto material en dirección coincide con la resultante de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo, y en magnitud es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a la masa del punto material. O, de manera equivalente, la tasa de cambio del impulso de un punto material es igual a la fuerza aplicada.
Cuando se aplica una fuerza a un cuerpo de dimensiones finitas, surgen en él tensiones mecánicas, acompañadas de deformaciones.
Desde el punto de vista del modelo estándar de física de partículas, las interacciones fundamentales (gravitacionales, débiles, electromagnéticas, fuertes) se llevan a cabo mediante el intercambio de los llamados bosones de calibre. Experimentos en física de altas energías realizados en los años 70 y 80. Siglo XX Confirmó la suposición de que las interacciones débiles y electromagnéticas son manifestaciones de la interacción electrodébil más fundamental.
La dimensión de la fuerza es LMT −2, la unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el newton (N, N), en el sistema GHS es la dina.
2.Primera ley de Newton.
La primera ley de Newton establece que existen sistemas de referencia en los que los cuerpos mantienen un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme en ausencia de acciones sobre ellos de otros cuerpos o en el caso de compensación mutua de estas influencias. Estos sistemas de referencia se denominan inerciales. Newton propuso que todo objeto masivo tiene una cierta reserva de inercia, que caracteriza el "estado natural" de movimiento de ese objeto. Esta idea rechaza la visión de Aristóteles, quien consideraba el reposo como el “estado natural” de un objeto. La primera ley de Newton contradice la física aristotélica, una de cuyas disposiciones es la afirmación de que un cuerpo puede moverse a velocidad constante sólo bajo la influencia de una fuerza. El hecho de que en la mecánica newtoniana en sistemas de referencia inerciales el reposo sea físicamente indistinguible del movimiento rectilíneo uniforme es la razón fundamental del principio de relatividad de Galileo. Entre un conjunto de cuerpos, es fundamentalmente imposible determinar cuáles de ellos están "en movimiento" y cuáles están "en reposo". Podemos hablar de movimiento sólo en relación con algún sistema de referencia. Las leyes de la mecánica se cumplen por igual en todos los sistemas de referencia inerciales, es decir, todos son mecánicamente equivalentes. Esto último se deriva de las llamadas transformaciones galileanas.
3.Segunda ley de Newton.
La segunda ley de Newton en su formulación moderna suena así: en un sistema de referencia inercial, la tasa de cambio del impulso de un punto material es igual a la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre este punto.
donde es el momento del punto material, es la fuerza total que actúa sobre el punto material. La segunda ley de Newton establece que la acción de fuerzas desequilibradas provoca un cambio en el impulso de un punto material.
Por definición de impulso:
donde está la masa, es la velocidad.
En mecánica clásica, a velocidades muy inferiores a la velocidad de la luz, la masa de un punto material se considera inalterada, lo que permite sacarla del signo diferencial en estas condiciones:
Dada la definición de aceleración de un punto, la segunda ley de Newton toma la forma:
Se considera "la segunda fórmula más famosa de la física", aunque el propio Newton nunca escribió explícitamente su segunda ley en esta forma. Por primera vez se puede encontrar esta forma de ley en los trabajos de K. Maclaurin y L. Euler.
Dado que en cualquier sistema de referencia inercial la aceleración del cuerpo es la misma y no cambia al pasar de un sistema de referencia a otro, entonces la fuerza es invariante con respecto a dicha transición.
En todos los fenómenos naturales fuerza, independientemente de su origen, aparece sólo en un sentido mecánico, es decir, como motivo de la violación del movimiento uniforme y rectilíneo de un cuerpo en un sistema de coordenadas inercial. La afirmación contraria, es decir, establecer el hecho de tal movimiento, no indica la ausencia de fuerzas que actúen sobre el cuerpo, sino sólo que las acciones de estas fuerzas están mutuamente equilibradas. De lo contrario: su suma vectorial es un vector con módulo igual a cero. Ésta es la base para medir la magnitud de una fuerza cuando es compensada por una fuerza cuya magnitud se conoce.
La segunda ley de Newton nos permite medir la magnitud de una fuerza. Por ejemplo, el conocimiento de la masa de un planeta y su aceleración centrípeta cuando se mueve en órbita nos permite calcular la magnitud de la fuerza de atracción gravitacional que actúa sobre este planeta desde el Sol.
4.Tercera ley de Newton.
Para dos cuerpos cualesquiera (llamémoslos cuerpo 1 y cuerpo 2), la tercera ley de Newton establece que la fuerza de acción del cuerpo 1 sobre el cuerpo 2 va acompañada de la aparición de una fuerza igual en magnitud, pero de dirección opuesta, que actúa sobre el cuerpo. 1 del cuerpo 2. Matemáticamente, la ley se escribe Entonces:
Esta ley significa que las fuerzas siempre ocurren en pares de acción-reacción. Si el cuerpo 1 y el cuerpo 2 están en el mismo sistema, entonces la fuerza total en el sistema debido a la interacción de estos cuerpos es cero:
Esto significa que no existen fuerzas internas desequilibradas en un sistema cerrado. Esto lleva al hecho de que el centro de masa de un sistema cerrado (es decir, uno sobre el que no actúan fuerzas externas) no puede moverse con aceleración. Las partes individuales del sistema pueden acelerarse, pero sólo de tal manera que el sistema en su conjunto permanezca en un estado de reposo o de movimiento lineal uniforme. Sin embargo, si sobre el sistema actúan fuerzas externas, su centro de masa comenzará a moverse con una aceleración proporcional a la fuerza externa resultante e inversamente proporcional a la masa del sistema.
5.Gravedad.
gravedad ( gravedad) - interacción universal entre cualquier tipo de materia. En el marco de la mecánica clásica, se describe mediante la ley de gravitación universal, formulada por Isaac Newton en su obra “Principios matemáticos de la filosofía natural”. Newton obtuvo la magnitud de la aceleración con la que la Luna se mueve alrededor de la Tierra, suponiendo en su cálculo que la fuerza de gravedad disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia al cuerpo gravitante. Además, también estableció que la aceleración provocada por la atracción de un cuerpo sobre otro es proporcional al producto de las masas de estos cuerpos. A partir de estas dos conclusiones se formuló la ley de la gravitación: cualquier partícula material se atrae entre sí con una fuerza directamente proporcional al producto de las masas ( y ) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas:
Aquí está la constante gravitacional, cuyo valor fue obtenido por primera vez por Henry Cavendish en sus experimentos. Utilizando esta ley, puede obtener fórmulas para calcular la fuerza gravitacional de cuerpos de forma arbitraria. La teoría de la gravedad de Newton describe bien el movimiento de los planetas del sistema solar y de muchos otros cuerpos celestes. Sin embargo, se basa en el concepto de acción de largo alcance, lo que contradice la teoría de la relatividad. Por lo tanto, la teoría clásica de la gravedad no es aplicable para describir el movimiento de cuerpos que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, los campos gravitacionales de objetos extremadamente masivos (por ejemplo, los agujeros negros), así como los campos gravitacionales variables creados por cuerpos en movimiento a grandes distancias de ellos.
Una teoría más general de la gravedad es la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. En él, la gravedad no se caracteriza por una fuerza invariante independiente del sistema de referencia. En cambio, el libre movimiento de los cuerpos en un campo gravitacional, percibido por el observador como un movimiento a lo largo de trayectorias curvas en un espacio-tiempo tridimensional con velocidad variable, se considera como un movimiento inercial a lo largo de una línea geodésica en un espacio-tiempo curvo de cuatro dimensiones. , en el que el tiempo fluye de manera diferente en diferentes puntos . Además, esta línea es, en cierto sentido, "la más directa": es tal que el intervalo espacio-temporal (tiempo propio) entre dos posiciones espacio-temporales de un cuerpo determinado es máximo. La curvatura del espacio depende de la masa de los cuerpos, así como de todos los tipos de energía presentes en el sistema.
6.Campo electrostático (campo de cargas estacionarias).
El desarrollo de la física después de Newton añadió a las tres cantidades principales (longitud, masa, tiempo) una carga eléctrica de dimensión C. Sin embargo, basándose en los requisitos de la práctica, comenzaron a utilizar no una unidad de carga, sino una unidad de energía eléctrica. La corriente como principal unidad de medida. Así, en el sistema SI, la unidad básica es el amperio y la unidad de carga, el culombio, es una derivada del mismo.
Dado que la carga, como tal, no existe independientemente del cuerpo que la lleva, la interacción eléctrica de los cuerpos se manifiesta en forma de la misma fuerza considerada en mecánica, que sirve como causa de la aceleración. En relación a la interacción electrostática de dos cargas puntuales de magnitud y ubicadas en el vacío, se utiliza la ley de Coulomb. En la forma correspondiente al sistema SI, queda así:
donde es la fuerza con la que la carga 1 actúa sobre la carga 2, es el vector dirigido de la carga 1 a la carga 2 y es igual en magnitud a la distancia entre las cargas, y es la constante eléctrica igual a ≈ 8,854187817 10 −12 F/m . Cuando las cargas se colocan en un medio homogéneo e isotrópico, la fuerza de interacción disminuye en un factor de ε, donde ε es la constante dieléctrica del medio.
La fuerza se dirige a lo largo de la línea que conecta las cargas puntuales. Gráficamente, el campo electrostático suele representarse como una imagen de líneas de fuerza, que son trayectorias imaginarias a lo largo de las cuales se movería una partícula cargada y sin masa. Estas líneas comienzan con una carga y terminan con otra.
7.Campo electromagnético (campo de corriente continua).
La existencia de un campo magnético fue reconocida en la Edad Media por los chinos, que utilizaban la "piedra del amor", un imán, como prototipo de brújula magnética. Gráficamente, un campo magnético suele representarse en forma de líneas de fuerza cerradas, cuya densidad (como en el caso de un campo electrostático) determina su intensidad. Históricamente, una forma visual de visualizar un campo magnético era con limaduras de hierro esparcidas, por ejemplo, sobre un trozo de papel colocado sobre un imán.
Oersted estableció que la corriente que fluye a través de un conductor provoca una desviación de la aguja magnética.
Faraday llegó a la conclusión de que se crea un campo magnético alrededor de un conductor por el que circula corriente.
Ampere propuso una hipótesis, reconocida en física, como modelo del proceso de aparición de un campo magnético, que consiste en la existencia en materiales de corrientes microscópicas cerradas, que en conjunto proporcionan el efecto del magnetismo natural o inducido.
Ampere estableció que en un sistema de referencia ubicado en el vacío, respecto del cual la carga está en movimiento, es decir, se comporta como una corriente eléctrica, surge un campo magnético, cuya intensidad está determinada por el vector de inducción magnética que se encuentra en un plano ubicado perpendicular a la dirección del movimiento de la carga.
La unidad de medida de la inducción magnética es tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
El problema lo resolvió cuantitativamente Ampere, quien midió la fuerza de interacción de dos conductores paralelos con las corrientes que los atravesaban. Uno de los conductores creó un campo magnético a su alrededor, el segundo reaccionó a este campo acercándose o alejándose con una fuerza mensurable, sabiendo cuál y la magnitud de la corriente fue posible determinar el módulo del vector de inducción magnética.
La interacción de fuerzas entre cargas eléctricas que no están en movimiento entre sí se describe mediante la ley de Coulomb. Sin embargo, las cargas en movimiento entre sí crean campos magnéticos, a través de los cuales las corrientes creadas por el movimiento de las cargas generalmente entran en un estado de interacción de fuerzas.
La diferencia fundamental entre la fuerza que surge durante el movimiento relativo de las cargas y el caso de su ubicación estacionaria es la diferencia en la geometría de estas fuerzas. En el caso de la electrostática, las fuerzas de interacción entre dos cargas se dirigen a lo largo de la línea que las conecta. Por tanto, la geometría del problema es bidimensional y la consideración se realiza en un plano que pasa por esta recta.
En el caso de las corrientes, la fuerza que caracteriza el campo magnético creado por la corriente se sitúa en un plano perpendicular a la corriente. Por tanto, la imagen del fenómeno se vuelve tridimensional. El campo magnético creado por un elemento infinitamente pequeño de la primera corriente, al interactuar con el mismo elemento de la segunda corriente, generalmente crea una fuerza que actúa sobre él. Además, para ambas corrientes esta imagen es completamente simétrica en el sentido de que la numeración de las corrientes es arbitraria.
La ley de interacción de corrientes se utiliza para estandarizar la corriente eléctrica continua.
8.Fuerte interacción.
La fuerza fuerte es la interacción fundamental de corto alcance entre hadrones y quarks. En el núcleo atómico, la fuerza fuerte mantiene unidos los protones cargados positivamente (experimentando repulsión electrostática) mediante el intercambio de mesones pi entre nucleones (protones y neutrones). Los mesones pi tienen una vida útil muy corta; su vida útil sólo es suficiente para proporcionar fuerzas nucleares dentro del radio del núcleo, razón por la cual las fuerzas nucleares se denominan fuerzas nucleares de corto alcance. Un aumento en el número de neutrones "diluye" el núcleo, reduciendo las fuerzas electrostáticas y aumentando las nucleares, pero con una gran cantidad de neutrones, ellos mismos, al ser fermiones, comienzan a experimentar repulsión debido al principio de Pauli. Además, cuando los nucleones se acercan demasiado, comienza un intercambio de bosones W, provocando una repulsión, gracias a la cual los núcleos atómicos no “colapsan”.
Dentro de los propios hadrones, la interacción fuerte mantiene unidos a los quarks, las partes constituyentes de los hadrones. Los cuantos de campo fuertes son gluones. Cada quark tiene una de las tres cargas de “color”, cada gluón consta de un par “color”-“anticolor”. Los gluones se unen a los quarks en el llamado. “confinamiento”, por lo que hasta el momento no se han observado quarks libres en el experimento. A medida que los quarks se alejan unos de otros, la energía de los enlaces de gluones aumenta y no disminuye como en la interacción nuclear. Al gastar mucha energía (al hacer colisionar hadrones en un acelerador), se puede romper el enlace quark-gluón, pero al mismo tiempo se libera un chorro de nuevos hadrones. Sin embargo, los quarks libres pueden existir en el espacio: si algún quark logró evitar el confinamiento durante el Big Bang, entonces la probabilidad de que dicho quark sea aniquilado por el antiquark correspondiente o de que se convierta en un hadrón incoloro es extremadamente pequeña.
9.Interacción débil.
La interacción débil es una interacción fundamental de corto alcance. Rango 10 −18 m) Simétrico con respecto a la combinación de inversión espacial y conjugación de carga. Todos los elementos fundamentales están involucrados en la interacción débil.fermiones (leptones Y quarks). Esta es la única interacción que implicaneutrino(por no mencionar gravedad, insignificante en condiciones de laboratorio), lo que explica la colosal capacidad de penetración de estas partículas. La interacción débil permite que los leptones, los quarks y susantipartículas intercambio energía, masa, carga eléctrica Y números cuánticos- es decir, convertirse el uno en el otro. Una de las manifestaciones esdesintegración beta.
La interacción mecánica es uno de los tipos de interacción de la materia que puede provocar un cambio en el movimiento mecánico de los cuerpos materiales.
La fuerza caracteriza el lado cuantitativo de la interacción mecánica. Así, cuando dicen que sobre un cuerpo actúan fuerzas, quiere decir que sobre él actúan otros cuerpos (o campos físicos). Sin embargo, no siempre la fuerza conduce realmente a un cambio en el movimiento del cuerpo; tal cambio puede ser bloqueado por la acción de otras fuerzas. Teniendo esto en cuenta, escribamos:
Fuerza (newtoniana) – una medida de la influencia mecánica sobre un determinado cuerpo material por parte de otro cuerpo material (o campo físico); caracteriza la intensidad y dirección de este impacto. Esto, por supuesto, no es una definición, sino sólo una explicación del concepto de fuerza. Dado que el concepto de fuerza es fundamental, su significado exacto se revela en los axiomas de la mecánica.
Por ahora, tomaremos nota de esto. La cláusula “newtoniana” se hizo porque en dinámica encontraremos otras cantidades, también llamadas fuerzas, que, sin embargo, no son medidas de interacción mecánica. En este mismo semestre hablaremos específicamente de las fuerzas newtonianas, y por brevedad las llamaremos simplemente fuerzas.
Además, la palabra "medida" en mecánica y física se entiende como una cantidad física que sirve para describir cuantitativamente una propiedad o relación. En este caso, estamos hablando de describir precisamente la interacción mecánica (y, como saben, también existen otras interacciones: térmica, química y otras).
En física de partículas existen cuatro interacciones fundamentales: fuerte, electromagnética, débil y gravitacional. Estas cuatro interacciones subyacen a todos los fenómenos observables, tanto en la mecánica como en otras ramas de las ciencias naturales.
Sin embargo, en el macrocosmos, las interacciones fundamentales se manifiestan, por regla general, de forma indirecta, y tenemos que lidiar con una lista mucho más amplia de interacciones (ya no necesariamente fundamentales). Si hablamos de interacciones mecánicas, entonces podemos hablar de fuerzas de diversos orígenes.
Ejemplos de fuerzas: gravedad, elasticidad, fuerzas de Arquímedes, fuerzas de resistencia ambiental, etc. Sin embargo, en la mayoría de los problemas de mecánica, la naturaleza física de ciertas fuerzas no suele ser de interés.
Mientras explicamos el concepto de fuerza, también hablamos sobre la intensidad y dirección de la influencia. Esto significa que la fuerza es una cantidad vectorial. Es decir, se trata de un vector aplicado a un determinado punto de un cuerpo material. Por tanto, podemos hablar de tales características de la fuerza.
La fuerza se caracteriza por:
1) tamaño (módulo);
3) punto de aplicación.
Desafortunadamente, durante el examen a menudo se encuentra con un total desprecio de esta regla. En el mejor de los casos, el examinador en esta situación hará lo siguiente: suspirará y pedirá al estudiante que escriba rápidamente designaciones de vectores en el texto de la respuesta a la pregunta planteada. Si un estudiante no logra escribir las anotaciones correctamente, este es el primer paso para obtener una "D". Por lo tanto, no ignore la línea de sus notas si está escrita en la pizarra.
Los paréntesis con una coma en el medio indican el producto escalar de vectores (la coma separa los factores). Tenga en cuenta: en muchos libros, el producto escalar se denota de manera diferente: mediante un punto entre los vectores, y el punto generalmente se puede omitir.
Pero nos limitaremos a esas notaciones (también son bastante comunes). Entre otras cosas, evitan confusiones (después de todo, el producto escalar de vectores debe distinguirse del producto habitual de dos escalares).
Hasta ahora sólo hemos hablado del vector de fuerza. Pero el concepto de fuerza no se reduce al concepto de su vector. El punto de aplicación de la fuerza también es importante: después de todo, si se aplica un vector de fuerza de la misma magnitud y dirección en otro punto del cuerpo, entonces su movimiento puede cambiar.
La siguiente terminología se acepta en geometría. Un vector libre (o simplemente un vector) es un vector que se caracteriza únicamente por su magnitud y dirección. Un vector conexo es un vector caracterizado por su punto de aplicación. A veces se utilizan tales designaciones.
Por u---.A denotamos el vector asociado obtenido si el vector libre u--- se aplica en el punto A. Tenga en cuenta: aquí el punto no está escrito en el medio de la línea (como cuando se multiplican números), sino en su resultado final. Así, podemos sacar la siguiente conclusión. Entonces la fuerza es un vector ligado (notación completa: F----.A).
Cuando necesitemos enfatizar la presencia de una fuerza en un cierto punto de aplicación, usaremos esta designación completa. Cuando el punto de aplicación de la fuerza esté predeterminado, usaremos notación abreviada, denotando la fuerza simplemente como F---- (es decir, lo mismo que el vector de fuerza). Sobre el punto de aplicación de la fuerza hay que decir lo siguiente: si una fuerza actúa sobre un punto material, entonces este punto sirve como punto de aplicación.
Si una fuerza actúa sobre un cuerpo material, entonces el punto de aplicación es el punto del cuerpo (puede cambiar con el tiempo). En general, el punto de aplicación de la fuerza no puede estar fuera del cuerpo. Si el cuerpo es absolutamente sólido, entonces esta limitación puede eliminarse; pero hablaremos de esto más adelante.
Surge la pregunta: ¿cómo se puede fijar el punto de aplicación de la fuerza en la práctica? Cualquier punto puede especificarse, por ejemplo, mediante su vector de radio extraído de un determinado polo. Un polo es un punto seleccionado arbitrariamente (cuya posición generalmente se supone conocida).
Como dice "normalmente", puedes ignorar por completo el texto entre paréntesis. Suele suceder así: tomaron un punto determinado y lo declararon polo (y de ahora en adelante será considerado como tal). Pero para fijar la posición del punto de aplicación de la fuerza, basta con conocer la posición del polo. Es posible, pero no necesario, tomar el origen del sistema de coordenadas como polo.
Se utilizan ambas designaciones, pero es preferible la primera: el vector se denota con una letra y la letra "r" nos recuerda que estamos hablando de un vector de radio o seis escalares (Fx, Fy, Fz, xA, yA, zA). Esto es conveniente y se hace con frecuencia. Pero también puedes configurar la fuerza de otra manera, lo que veremos en el siguiente párrafo.
