Ciri-ciri umum dari konsep “kekuatan”. Fisika - ingat semuanya

1. Hukum dinamika Newton

hukum atau aksioma gerak (sebagaimana dirumuskan oleh Newton sendiri dalam buku “Prinsip Matematika Filsafat Alam” tahun 1687): “I. Setiap benda terus dipertahankan dalam keadaan diam atau gerak seragam dan lurus sampai dan kecuali jika benda tersebut dipaksa oleh gaya yang diterapkan untuk mengubah keadaan ini. II. Perubahan momentum sebanding dengan gaya penggerak yang diterapkan dan terjadi dalam arah garis lurus di mana gaya tersebut bekerja. AKU AKU AKU. Suatu aksi selalu mempunyai reaksi yang sama besar dan berlawanan arah, sebaliknya interaksi dua benda satu sama lain adalah sama besar dan arahnya berlawanan.”

2. Apa itu kekuatan?

Gaya dicirikan oleh besaran dan arah. Gaya mencirikan tindakan benda lain pada benda tertentu. Akibat gaya yang bekerja pada suatu benda tidak hanya bergantung pada besar dan arahnya, tetapi juga pada titik penerapan gaya tersebut. Resultan adalah satu gaya, yang hasilnya akan sama dengan hasil kerja semua gaya nyata. Jika gaya-gaya tersebut searah, maka resultan gaya-gaya tersebut sama dengan jumlah gaya-gaya tersebut dan arahnya searah. Jika gaya-gaya tersebut arahnya berlawanan, maka resultannya sama dengan selisih gaya-gaya tersebut dan arahnya menuju gaya yang lebih besar.

Gravitasi dan berat badan

Gravitasi adalah gaya tarik suatu benda ke bumi karena gravitasi universal. Semua benda di Alam Semesta tertarik satu sama lain, dan semakin besar massanya serta semakin dekat lokasinya, semakin kuat daya tariknya.

Untuk menghitung gaya gravitasi, massa benda harus dikalikan dengan koefisien yang dilambangkan dengan huruf g, kira-kira sama dengan 9,8 N/kg. Jadi, gaya gravitasi dihitung dengan rumus

Berat benda adalah gaya yang digunakan benda untuk menekan suatu penyangga atau meregangkan suatu suspensi akibat gaya tarik-menarik ke bumi. Jika suatu benda tidak memiliki penyangga atau suspensi, maka benda tersebut tidak mempunyai bobot - ia berada dalam keadaan tanpa bobot.

Kekuatan elastis

Gaya elastis adalah gaya yang timbul di dalam suatu benda akibat deformasi dan mencegah terjadinya perubahan bentuk. Tergantung pada bagaimana bentuk benda berubah, beberapa jenis deformasi dibedakan, khususnya tegangan dan kompresi, tekukan, geser dan geser, dan torsi.

Semakin banyak bentuk suatu benda diubah, semakin besar pula gaya elastis yang dihasilkannya.

Dinamometer adalah alat untuk mengukur gaya: gaya yang diukur dibandingkan dengan gaya elastis yang timbul pada pegas dinamometer.

Gaya gesek

Gaya gesek statis adalah gaya yang menghalangi suatu benda untuk bergerak dari tempatnya.

Alasan terjadinya gesekan adalah karena setiap permukaan mempunyai ketidakteraturan yang saling berhubungan. Jika permukaannya dipoles, maka penyebab gesekannya adalah gaya interaksi molekul. Ketika suatu benda bergerak pada permukaan horizontal, gaya gesekan berlawanan dengan gerakan dan berbanding lurus dengan gaya gravitasi:

Gaya gesekan geser adalah gaya hambatan ketika suatu benda meluncur di atas permukaan benda lain. Gaya gesekan menggelinding adalah gaya hambatan ketika suatu benda menggelinding di atas permukaan benda lain; itu jauh lebih kecil dari gaya gesekan geser.

Jika gesekan berguna, maka gesekan akan ditingkatkan; jika berbahaya, kurangi.

3. UNDANG-UNDANG KONSERVASI

HUKUM KONSERVASI, hukum fisika yang menyatakan bahwa beberapa properti sistem tertutup tetap tidak berubah meskipun ada perubahan dalam sistem. Yang paling penting adalah hukum kekekalan materi dan energi. Hukum kekekalan materi menyatakan bahwa materi tidak diciptakan dan tidak dimusnahkan; Selama transformasi kimia, massa totalnya tetap tidak berubah. Jumlah total energi dalam sistem juga tidak berubah; energi hanya diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Kedua undang-undang ini hanya kurang lebih benar. Massa dan energi dapat diubah satu sama lain sesuai dengan persamaan E = ts 2. Hanya jumlah total massa dan energi ekuivalennya yang tidak berubah. Hukum kekekalan lainnya berkaitan dengan muatan listrik: ia juga tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Ketika diterapkan pada proses nuklir, hukum kekekalan dinyatakan dalam kenyataan bahwa muatan total, putaran, dan ANGKA KUANTUM lainnya dari partikel yang berinteraksi harus tetap sama untuk partikel yang dihasilkan dari interaksi tersebut. Dalam interaksi kuat, semua bilangan kuantum kekal. Dalam interaksi yang lemah, beberapa persyaratan undang-undang ini dilanggar, terutama yang berkaitan dengan PARITAS.

Hukum kekekalan energi dapat dijelaskan dengan menggunakan contoh bola bermassa 1 kg yang jatuh dari ketinggian 100 m, energi total awal bola adalah energi potensialnya. Ketika energi tersebut turun, energi potensial berangsur-angsur berkurang dan energi kinetik meningkat, namun jumlah energi totalnya tetap tidak berubah sehingga terjadi kekekalan energi. A - energi kinetik meningkat dari 0 ke maksimum: B - energi potensial berkurang dari maksimum ke nol; C adalah jumlah energi total, yang sama dengan jumlah energi kinetik dan potensial. Hukum kekekalan materi menyatakan bahwa selama reaksi kimia materi tidak diciptakan atau dimusnahkan. Fenomena ini dapat dibuktikan dengan menggunakan percobaan klasik dimana sebuah lilin yang menyala di bawah lonceng kaca ditimbang (A). Pada akhir percobaan, berat tutup dan isinya tetap sama seperti awal, meskipun lilin, yang sebagian besar terdiri dari karbon dan hidrogen, “menghilang”, karena produk reaksi yang mudah menguap (air dan karbon dioksida) dilepaskan darinya. Hanya setelah para ilmuwan mengakui prinsip kekekalan materi pada akhir abad ke-18 barulah pendekatan kuantitatif terhadap kimia menjadi mungkin.

Pekerjaan mekanis terjadi ketika suatu benda bergerak di bawah pengaruh gaya yang diterapkan padanya.

Usaha mekanik berbanding lurus dengan jarak yang ditempuh dan sebanding dengan gaya:

Kekuatan

Kecepatan melakukan pekerjaan di bidang teknologi ditandai dengan kekuatan.

Daya sama dengan perbandingan kerja dengan waktu pelaksanaannya:

Energi Ini adalah besaran fisika yang menunjukkan seberapa banyak kerja yang dapat dilakukan suatu benda. Energi diukur dalam joule.

Ketika usaha selesai, energi benda diukur. Usaha yang dilakukan sama dengan perubahan energi.

Energi potensial ditentukan oleh posisi relatif dari benda-benda atau bagian-bagian tubuh yang saling berinteraksi.

E p = F h = gmh.

Dimana g = 9,8 N/kg, m adalah berat badan (kg), h adalah tinggi badan (m).

Energi kinetik memiliki tubuh sebagai akibat dari gerakannya. Semakin besar massa dan kecepatan suatu benda maka semakin besar pula energi kinetiknya.

5. hukum dasar dinamika gerak rotasi

Momen kekuasaan

1. Momen gaya relatif terhadap sumbu rotasi, (1.1) dimana proyeksi gaya pada bidang yang tegak lurus sumbu rotasi, adalah lengan gaya (jarak terpendek dari sumbu rotasi ke garis aksi kekuatan).

2. Momen gaya terhadap suatu titik tetap O (asal). (1.2) Ditentukan oleh produk vektor dari vektor jari-jari yang ditarik dari titik O ke titik penerapan gaya oleh gaya ini; - vektor semu, arahnya bertepatan dengan arah gerak translasi sekrup kanan ketika itu berputar (“aturan gimlet”). Modulus momen gaya, (1.3) dimana adalah sudut antara vektor dan lengan gaya, jarak terpendek antara garis kerja gaya dan titik penerapan gaya.

momentum

1. Momentum momentum suatu benda yang berputar terhadap sumbu, (1.4) dimana adalah momen inersia benda, adalah kecepatan sudut. Momentum sudut suatu sistem adalah jumlah vektor momentum sudut semua benda dalam sistem: . (1.5)

2. Momentum suatu titik material dengan momentum relatif terhadap titik tetap O (asal usul). (1.6) Ditentukan oleh hasil kali vektor vektor jari-jari yang ditarik dari titik O ke titik material dengan vektor momentum; - vektor semu, arahnya berimpit dengan arah gerak translasi baling-baling kanan ketika berputar menjauh ( “aturan gimlet”). Modulus vektor momentum sudut, (1.7) dimana adalah sudut antara vektor dan merupakan lengan vektor terhadap titik O.

Momen inersia terhadap sumbu rotasi

1. Momen inersia suatu titik material, (1.8) dimana massa suatu titik adalah jaraknya dari sumbu rotasi.

2. Momen inersia suatu benda tegar diskrit, (1.9) dimana adalah unsur massa benda tegar; adalah jarak unsur tersebut dari sumbu rotasi; adalah jumlah unsur benda tersebut.

3. Momen inersia pada kasus distribusi massa kontinu (benda padat). (1.10) Jika bendanya homogen, mis. massa jenisnya sama di seluruh volume, maka digunakan persamaan (1.11), di mana dan adalah volume benda.

Penting untuk mengetahui titik penerapan dan arah masing-masing gaya. Penting untuk dapat menentukan gaya mana yang bekerja pada benda dan ke arah mana. Gaya dilambangkan sebagai , diukur dalam Newton. Untuk membedakan gaya-gaya, gaya-gaya tersebut ditetapkan sebagai berikut

Di bawah ini adalah kekuatan-kekuatan utama yang bekerja di alam. Tidak mungkin menciptakan kekuatan yang tidak ada saat memecahkan masalah!

Ada banyak kekuatan di alam. Di sini kita mempertimbangkan gaya-gaya yang dipertimbangkan dalam mata pelajaran fisika sekolah ketika mempelajari dinamika. Kekuatan-kekuatan lain juga disebutkan, yang akan dibahas di bagian lain.

Gravitasi

Setiap benda di planet ini dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Kekuatan bumi menarik setiap benda ditentukan oleh rumus

Titik penerapannya adalah pada pusat gravitasi tubuh. Gravitasi selalu diarahkan secara vertikal ke bawah.

Gaya gesek

Mari berkenalan dengan gaya gesekan. Gaya ini terjadi ketika benda bergerak dan dua permukaan bersentuhan. Gaya tersebut terjadi karena permukaan jika dilihat di bawah mikroskop tidak semulus yang terlihat. Gaya gesekan ditentukan dengan rumus:

Gaya diterapkan pada titik kontak dua permukaan. Diarahkan ke arah yang berlawanan dengan gerakan.

Gaya reaksi tanah

Bayangkan sebuah benda yang sangat berat tergeletak di atas meja. Meja tertekuk karena beban benda. Namun menurut hukum ketiga Newton, meja bekerja pada benda dengan gaya yang sama persis dengan gaya yang bekerja pada benda di atas meja. Gaya tersebut arahnya berlawanan dengan gaya yang digunakan benda untuk menekan meja. Artinya, naik. Gaya ini disebut reaksi dasar. Nama kekuatan "berbicara" dukungan bereaksi. Gaya ini terjadi setiap kali ada dampak pada support. Sifat kejadiannya pada tingkat molekuler. Objek tersebut tampaknya merusak posisi dan hubungan molekul-molekul yang biasa (di dalam tabel), mereka, pada gilirannya, berusaha untuk kembali ke keadaan semula, “melawan.”

Benar-benar benda apa pun, bahkan benda yang sangat ringan (misalnya, pensil yang tergeletak di atas meja), merusak bentuk penyangga pada tingkat mikro. Oleh karena itu, terjadi reaksi dasar.

Tidak ada rumus khusus untuk mencari gaya ini. Dilambangkan dengan huruf , tetapi gaya ini hanyalah salah satu jenis gaya elastisitas tersendiri, sehingga dapat juga dilambangkan sebagai

Gaya diterapkan pada titik kontak benda dengan tumpuan. Diarahkan tegak lurus terhadap penyangga.

Karena benda direpresentasikan sebagai titik material, gaya dapat direpresentasikan dari pusat

Kekuatan elastis

Gaya ini timbul akibat deformasi (perubahan keadaan awal suatu zat). Misalnya, saat kita meregangkan pegas, kita menambah jarak antar molekul bahan pegas. Saat kita menekan pegas, kita mengecilkannya. Saat kita memutar atau menggeser. Dalam semua contoh ini, timbul gaya yang mencegah deformasi - gaya elastis.

hukum Hooke

Gaya elastis berlawanan arah dengan deformasi.

Karena benda direpresentasikan sebagai titik material, gaya dapat direpresentasikan dari pusat

Saat menyambung pegas secara seri, misalnya, kekakuan dihitung menggunakan rumus

Ketika dihubungkan secara paralel, kekakuannya

Kekakuan sampel. modulus Young.

Modulus Young mencirikan sifat elastis suatu zat. Ini adalah nilai konstan yang hanya bergantung pada material dan keadaan fisiknya. Mencirikan kemampuan suatu material untuk menahan deformasi tarik atau tekan. Nilai modulus Young berbentuk tabel.

Baca lebih lanjut tentang sifat-sifat benda padat.

Berat badan

Berat badan adalah gaya yang digunakan suatu benda untuk bekerja pada suatu tumpuan. Anda bilang, inilah gaya gravitasi! Kebingungan terjadi sebagai berikut: memang, sering kali berat suatu benda sama dengan gaya gravitasi, tetapi gaya-gaya ini sama sekali berbeda. Gravitasi merupakan suatu gaya yang timbul akibat interaksi dengan Bumi. Berat adalah hasil interaksi dengan dukungan. Gaya gravitasi diterapkan pada pusat gravitasi benda, sedangkan berat adalah gaya yang diterapkan pada tumpuan (bukan pada benda)!

Tidak ada rumus untuk menentukan berat badan. Kekuatan ini ditunjukkan dengan surat itu.

Gaya reaksi tumpuan atau gaya elastis timbul sebagai akibat tumbukan suatu benda terhadap suspensi atau tumpuan, oleh karena itu berat benda secara numerik selalu sama dengan gaya elastis, tetapi arahnya berlawanan.

Gaya reaksi tumpuan dan berat adalah gaya-gaya yang sifatnya sama; menurut hukum ke-3 Newton, keduanya sama besar dan arahnya berlawanan. Berat adalah gaya yang bekerja pada tumpuan, bukan pada benda. Gaya gravitasi bekerja pada tubuh.

Berat badan mungkin tidak sama dengan gravitasi. Mungkin lebih atau kurang, atau mungkin bobotnya nol. Kondisi ini disebut tanpa bobot. Keadaan tanpa bobot adalah keadaan ketika suatu benda tidak berinteraksi dengan suatu tumpuan, misalnya keadaan terbang: ada gravitasi, tetapi beratnya nol!

Arah percepatan dapat ditentukan jika kita menentukan ke mana arah gaya resultan

Harap dicatat bahwa berat adalah gaya, diukur dalam Newton. Bagaimana menjawab pertanyaan: “Berapa berat badan Anda” dengan benar? Kami menjawab 50 kg, bukan menyebutkan berat kami, tetapi massa kami! Dalam contoh ini, berat kita sama dengan gravitasi, yaitu kira-kira 500N!

Kelebihan muatan- rasio berat terhadap gravitasi

kekuatan Archimedes

Gaya timbul sebagai akibat interaksi suatu benda dengan zat cair (gas), ketika benda tersebut dicelupkan ke dalam zat cair (atau gas). Gaya ini mendorong benda keluar dari air (gas). Oleh karena itu diarahkan secara vertikal ke atas (mendorong). Ditentukan dengan rumus:

Di udara kita mengabaikan kekuatan Archimedes.

Jika gaya Archimedes sama dengan gaya gravitasi, maka benda akan terapung. Jika gaya Archimedes lebih besar maka ia naik ke permukaan zat cair, jika lebih kecil maka ia tenggelam.

Kekuatan listrik

Ada kekuatan yang berasal dari listrik. Terjadi dengan adanya muatan listrik. Gaya-gaya tersebut seperti gaya Coulomb, gaya Ampere, gaya Lorentz dibahas secara rinci pada bagian Listrik.

Penunjukan skema gaya yang bekerja pada suatu benda

Seringkali tubuh dimodelkan sebagai titik material. Oleh karena itu, dalam diagram, berbagai titik penerapan dipindahkan ke satu titik - ke pusat, dan benda digambarkan secara skematis sebagai lingkaran atau persegi panjang.

Untuk menentukan gaya dengan benar, perlu untuk membuat daftar semua benda yang berinteraksi dengan benda yang diteliti. Tentukan apa yang terjadi sebagai akibat interaksi dengan masing-masing: gesekan, deformasi, tarik-menarik, atau mungkin tolak-menolak. Tentukan jenis gaya dan tunjukkan arahnya dengan benar. Perhatian! Besarnya gaya akan sesuai dengan jumlah benda yang mengalami interaksi.

Hal utama yang perlu diingat

1) Kekuatan dan sifatnya;
2) Arah kekuatan;
3) Mampu mengidentifikasi kekuatan-kekuatan yang bertindak

Bedakan antara gesekan luar (kering) dan dalam (kental). Gesekan eksternal terjadi antara permukaan padat yang bersentuhan, gesekan internal terjadi antara lapisan cairan atau gas selama gerakan relatifnya. Ada tiga jenis gesekan luar: gesekan statis, gesekan geser, dan gesekan menggelinding.

Gesekan menggelinding ditentukan oleh rumus

Gaya hambatan terjadi ketika suatu benda bergerak dalam zat cair atau gas. Besarnya gaya hambatan bergantung pada ukuran dan bentuk benda, kecepatan geraknya, dan sifat zat cair atau gas. Pada gerak kecepatan rendah, gaya hambat sebanding dengan kecepatan benda

Pada kecepatan tinggi sebanding dengan kuadrat kecepatan

Mari kita perhatikan gaya tarik-menarik antara suatu benda dan Bumi. Di antara mereka, menurut hukum gravitasi, timbul gaya

Sekarang mari kita bandingkan hukum gravitasi dan gaya gravitasi

Besarnya percepatan gravitasi bumi bergantung pada massa bumi dan jari-jarinya! Dengan demikian, dimungkinkan untuk menghitung berapa percepatan benda di Bulan atau di planet lain akan jatuh, dengan menggunakan massa dan jari-jari planet tersebut.

Jarak pusat bumi ke kutub lebih kecil dibandingkan jarak ke khatulistiwa. Oleh karena itu, percepatan gravitasi di ekuator sedikit lebih kecil dibandingkan di kutub. Pada saat yang sama, perlu dicatat bahwa alasan utama ketergantungan percepatan gravitasi pada garis lintang suatu wilayah adalah fakta rotasi bumi pada porosnya.

Saat kita menjauh dari permukaan bumi, gaya gravitasi dan percepatan gravitasi berubah berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke pusat bumi.

Gaya adalah besaran fisika yang menjadi ukuran interaksi antar benda. Artinya, gaya adalah ukuran pengaruh suatu benda terhadap benda lain dan sebaliknya. Dalam fisika, ada banyak sekali jenis gaya yang berbeda-beda, misalnya: gaya gesekan, gaya elastis, gaya gravitasi, dan sebagainya. Namun, semua kekuatan disatukan oleh fakta bahwa mereka dicirikan oleh komponen-komponen tertentu.

Apa yang dimaksud dengan kekuatan?

Dalam fisika, gaya apa pun dijelaskan oleh tiga komponen:

• Arah. Karena gaya merupakan besaran fisika vektor, maka gaya mempunyai arah yang menunjukkan di mana gaya bekerja.
• Nilai mutlak (modulus) gaya. Setiap vektor dicirikan oleh besarnya. Modulus gaya adalah panjang vektor gaya.
• Titik penerapan kekuatan. Karena gaya merupakan suatu vektor, maka gaya hanya dapat diplot dari suatu titik tertentu pada bidang (ruang). Titik ini disebut titik penerapan gaya.

Jadi, untuk mendeskripsikan gaya apa pun yang bekerja pada suatu benda, hanya perlu menentukan tiga komponen berikut: arah, modulus, titik penerapan.

Aksi suatu gaya pada suatu benda menyebabkan perubahan kecepatan atau deformasi. Semakin besar gaya, semakin besar kecepatan perubahan benda atau semakin besar deformasinya.

Gaya adalah besaran fisis vektor yang menunjukkan bagaimana suatu benda berinteraksi dengan benda atau medan lain. Ini menunjukkan arah dan intensitas interaksi ini. Gaya adalah ukuran interaksi benda atau medan.

Gaya diukur dalam Newton.

Gaya sebesar 1 N adalah gaya yang mengubah kelajuan benda bermassa 1 kg dalam waktu 1 s sebesar 1 m/s.

1.Kekuatan- vektor kuantitas fisik, yang merupakan ukuran intensitas dampak terhadap suatu hal tubuh badan lain, serta bidang Terlampir secara besar-besaran kekuatan dalam tubuh adalah alasan perubahannya kecepatan atau kejadian di dalamnya deformasi dan tekanan.

Gaya dicirikan sebagai besaran vektor modul, arah Dan "titik" aplikasi kekuatan. Pada parameter terakhir, konsep gaya sebagai vektor dalam fisika berbeda dengan konsep vektor dalam aljabar vektor, di mana vektor-vektor yang besar dan arahnya sama, terlepas dari titik penerapannya, dianggap sebagai vektor yang sama. Dalam fisika, vektor-vektor ini disebut vektor bebas. Dalam mekanika, gagasan tentang vektor-vektor berpasangan sangat umum, yang permulaannya ditetapkan pada suatu titik tertentu dalam ruang atau dapat terletak pada suatu garis yang melanjutkan arah vektor tersebut (vektor geser).

Konsep tersebut juga digunakan garis kekuatan, yang menyatakan garis lurus yang melalui titik penerapan gaya yang dilalui gaya tersebut.

Hukum kedua Newton menyatakan bahwa dalam kerangka acuan inersia, percepatan suatu titik material dalam arahnya bertepatan dengan resultan semua gaya yang diterapkan pada benda, dan besarnya berbanding lurus dengan besarnya gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda. poin materi. Atau, secara ekuivalen, laju perubahan momentum suatu titik material sama dengan gaya yang diterapkan.

Ketika suatu gaya diterapkan pada benda berdimensi terbatas, tekanan mekanis muncul di dalamnya, disertai dengan deformasi.

Dari sudut pandang Model Standar fisika partikel, interaksi fundamental (gravitasi, lemah, elektromagnetik, kuat) dilakukan melalui pertukaran yang disebut boson pengukur. Eksperimen fisika energi tinggi dilakukan pada tahun 70−80an. abad XX membenarkan asumsi bahwa interaksi lemah dan elektromagnetik adalah manifestasi dari interaksi elektrolemah yang lebih mendasar.

Dimensi gaya adalah LMT −2, satuan besaran dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah newton (N, N), dalam sistem GHS adalah dyne.

2.Hukum pertama Newton.

Hukum pertama Newton menyatakan bahwa ada kerangka acuan di mana benda-benda mempertahankan keadaan diam atau gerak lurus beraturan tanpa adanya tindakan dari benda lain atau dalam kasus saling kompensasi dari pengaruh-pengaruh ini. Sistem referensi seperti ini disebut inersia. Newton mengusulkan bahwa setiap benda masif mempunyai cadangan inersia tertentu, yang mencirikan “keadaan alami” gerak benda tersebut. Gagasan ini menolak pandangan Aristoteles yang menganggap istirahat sebagai “keadaan alami” suatu benda. Hukum pertama Newton bertentangan dengan fisika Aristotelian, yang salah satu ketentuannya adalah pernyataan bahwa suatu benda dapat bergerak dengan kecepatan konstan hanya di bawah pengaruh gaya. Fakta bahwa dalam mekanika Newton dalam kerangka acuan inersia diam secara fisik tidak dapat dibedakan dari gerak lurus beraturan adalah alasan prinsip relativitas Galileo. Di antara sekumpulan benda, pada dasarnya tidak mungkin untuk menentukan mana yang “bergerak” dan mana yang “diam”. Kita hanya dapat berbicara tentang gerak relatif terhadap suatu sistem referensi. Hukum mekanika dipenuhi secara merata di semua kerangka acuan inersia, dengan kata lain, semuanya setara secara mekanis. Yang terakhir ini mengikuti apa yang disebut transformasi Galilea.

3.Hukum kedua Newton.

Hukum kedua Newton dalam rumusan modernnya berbunyi seperti ini: dalam kerangka acuan inersia, laju perubahan momentum suatu titik material sama dengan jumlah vektor semua gaya yang bekerja pada titik tersebut.

dimana adalah momentum titik material, adalah gaya total yang bekerja pada titik material. Hukum kedua Newton menyatakan bahwa aksi gaya-gaya yang tidak seimbang menyebabkan perubahan momentum suatu titik material.

Menurut definisi momentum:

di mana massa, adalah kecepatan.

Dalam mekanika klasik, pada kecepatan yang jauh lebih rendah daripada kecepatan cahaya, massa suatu titik material dianggap tidak berubah, yang memungkinkannya dikeluarkan dari tanda diferensial dalam kondisi berikut:

Mengingat definisi percepatan suatu titik, hukum kedua Newton berbentuk:

Rumus ini dianggap sebagai "rumus paling terkenal kedua dalam fisika", meskipun Newton sendiri tidak pernah secara eksplisit menulis hukum keduanya dalam bentuk ini. Bentuk hukum ini pertama kali ditemukan dalam karya K. Maclaurin dan L. Euler.

Karena dalam kerangka acuan inersia mana pun percepatan benda adalah sama dan tidak berubah ketika berpindah dari satu kerangka ke kerangka lainnya, maka gaya adalah invarian terhadap transisi tersebut.

Dalam semua fenomena alam memaksa, terlepas dari asal Anda, hanya muncul dalam arti mekanis, yaitu sebagai penyebab terjadinya pelanggaran gerak beraturan dan lurus suatu benda pada sistem koordinat inersia. Pernyataan sebaliknya, yaitu menetapkan fakta adanya gerakan tersebut, tidak menunjukkan tidak adanya gaya yang bekerja pada benda, tetapi hanya bahwa kerja gaya-gaya tersebut saling seimbang. Jika tidak: jumlah vektornya adalah vektor dengan modulus sama dengan nol. Hal ini menjadi dasar untuk mengukur besarnya suatu gaya ketika gaya tersebut dikompensasi oleh suatu gaya yang besarnya diketahui.

Hukum kedua Newton memungkinkan kita mengukur besarnya suatu gaya. Misalnya, pengetahuan tentang massa suatu planet dan percepatan sentripetalnya ketika bergerak dalam orbit memungkinkan kita menghitung besarnya gaya tarik gravitasi Matahari yang bekerja pada planet tersebut.

4.Hukum ketiga Newton.

Untuk dua benda apa pun (sebut saja benda 1 dan benda 2), hukum ketiga Newton menyatakan bahwa gaya kerja benda 1 pada benda 2 disertai dengan munculnya gaya yang sama besarnya, tetapi berlawanan arah, yang bekerja pada benda tersebut. 1 dari badan 2. Secara matematis hukumnya ditulis Jadi:

Hukum ini berarti bahwa gaya selalu terjadi dalam pasangan aksi-reaksi. Jika benda 1 dan benda 2 berada dalam sistem yang sama, maka gaya total dalam sistem akibat interaksi benda-benda tersebut adalah nol:

Artinya tidak ada gaya dalam yang tidak seimbang dalam sistem tertutup. Hal ini mengarah pada fakta bahwa pusat massa suatu sistem tertutup (yaitu, sistem yang tidak dipengaruhi oleh gaya luar) tidak dapat bergerak dengan percepatan. Masing-masing bagian sistem dapat mengalami percepatan, tetapi hanya sedemikian rupa sehingga sistem secara keseluruhan tetap dalam keadaan diam atau gerak linier beraturan. Namun, jika gaya luar bekerja pada sistem, pusat massanya akan mulai bergerak dengan percepatan yang sebanding dengan gaya resultan luar dan berbanding terbalik dengan massa sistem.

5. Gravitasi.

Gravitasi ( gravitasi) - interaksi universal antara semua jenis materi. Dalam kerangka mekanika klasik dijelaskan oleh hukum gravitasi universal yang dirumuskan oleh Isaac Newton dalam karyanya “Prinsip Matematika Filsafat Alam”. Newton memperoleh besarnya percepatan pergerakan Bulan mengelilingi Bumi, dengan asumsi dalam perhitungannya bahwa gaya gravitasi berkurang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari benda gravitasi. Selain itu, ia juga menemukan bahwa percepatan yang disebabkan oleh gaya tarik-menarik suatu benda terhadap benda lain sebanding dengan hasil kali massa benda-benda tersebut. Berdasarkan dua kesimpulan tersebut, maka dirumuskan hukum gravitasi: setiap partikel material tertarik satu sama lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan hasil kali massa ( dan ) dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya:

Berikut adalah konstanta gravitasi yang nilainya pertama kali diperoleh Henry Cavendish dalam eksperimennya. Dengan menggunakan hukum ini, Anda dapat memperoleh rumus untuk menghitung gaya gravitasi benda yang bentuknya berubah-ubah. Teori gravitasi Newton dengan baik menggambarkan pergerakan planet-planet di tata surya dan banyak benda langit lainnya. Namun, hal ini didasarkan pada konsep aksi jangka panjang, yang bertentangan dengan teori relativitas. Oleh karena itu, teori gravitasi klasik tidak dapat diterapkan untuk menggambarkan gerak benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, medan gravitasi benda yang sangat masif (misalnya lubang hitam), serta medan gravitasi variabel yang diciptakan olehnya. memindahkan benda pada jarak yang jauh darinya.

Teori gravitasi yang lebih umum adalah teori relativitas umum Albert Einstein. Di dalamnya, gravitasi tidak dicirikan oleh gaya invarian yang tidak bergantung pada kerangka acuan. Sebaliknya, gerak bebas suatu benda dalam medan gravitasi, yang dianggap oleh pengamat sebagai gerak sepanjang lintasan lengkung dalam ruang-waktu tiga dimensi dengan kecepatan yang bervariasi, dianggap sebagai gerak inersia sepanjang garis geodesik dalam ruang-waktu empat dimensi yang melengkung. , di mana waktu mengalir secara berbeda pada titik yang berbeda. Terlebih lagi, garis ini dalam artian “yang paling langsung” - garis ini sedemikian rupa sehingga interval ruang-waktu (waktu yang tepat) antara dua posisi ruang-waktu dari suatu benda adalah maksimum. Kelengkungan ruang bergantung pada massa benda, serta semua jenis energi yang ada dalam sistem.

6. Medan elektrostatik (bidang muatan stasioner).

Perkembangan ilmu fisika setelah Newton menambahkan pada tiga besaran pokok (panjang, massa, waktu) muatan listrik berdimensi C. Namun berdasarkan syarat praktek, mereka mulai menggunakan bukan satuan muatan, melainkan satuan listrik. arus sebagai satuan pengukuran utama. Jadi, dalam sistem SI, satuan dasarnya adalah ampere, dan satuan muatan, coulomb, adalah turunannya.

Karena muatan, dengan demikian, tidak ada secara independen dari benda yang membawanya, interaksi listrik benda memanifestasikan dirinya dalam bentuk gaya yang sama seperti yang dipertimbangkan dalam mekanika, yang menyebabkan percepatan. Sehubungan dengan interaksi elektrostatik dua muatan titik yang besarnya dan terletak dalam ruang hampa, digunakan hukum Coulomb. Dalam bentuk yang sesuai dengan sistem SI, tampilannya seperti:

dimana adalah gaya yang bekerja pada muatan 1 pada muatan 2, adalah vektor yang diarahkan dari muatan 1 ke muatan 2 dan besarnya sama dengan jarak antar muatan, dan merupakan konstanta listrik sama dengan ≈ 8.854187817 10 −12 F/m . Ketika muatan ditempatkan dalam media homogen dan isotropik, gaya interaksi berkurang sebesar ε, di mana ε adalah konstanta dielektrik medium.

Gaya diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan muatan titik. Secara grafis, medan elektrostatik biasanya digambarkan sebagai gambaran garis-garis gaya, yang merupakan lintasan imajiner yang dilalui oleh partikel bermuatan tanpa massa. Garis-garis ini dimulai pada satu muatan dan berakhir pada muatan lainnya.

7. Medan elektromagnetik (medan arus searah).

Keberadaan medan magnet diakui pada Abad Pertengahan oleh orang Cina, yang menggunakan “batu cinta” - magnet, sebagai prototipe kompas magnet. Secara grafis, medan magnet biasanya digambarkan sebagai garis gaya tertutup, yang kerapatannya (seperti dalam kasus medan elektrostatis) menentukan intensitasnya. Secara historis, cara visual untuk memvisualisasikan medan magnet adalah dengan menaburkan serbuk besi, misalnya pada selembar kertas yang diletakkan di atas magnet.

Oersted menetapkan bahwa arus yang mengalir melalui konduktor menyebabkan pembelokan jarum magnet.

Faraday sampai pada kesimpulan bahwa medan magnet tercipta di sekitar konduktor pembawa arus.

Ampere mengajukan hipotesis, yang dikenal dalam fisika, sebagai model proses munculnya medan magnet, yang terdiri dari adanya arus tertutup mikroskopis dalam material, yang bersama-sama memberikan efek magnetisme alami atau induksi.

Ampere menetapkan bahwa dalam kerangka acuan yang terletak dalam ruang hampa, dalam kaitannya dengan muatan yang bergerak, yaitu berperilaku seperti arus listrik, timbul medan magnet, yang intensitasnya ditentukan oleh vektor induksi magnet yang terletak di sebuah bidang yang letaknya tegak lurus terhadap arah pergerakan muatan.

Satuan ukuran induksi magnet adalah tesla: 1 T = 1 T kg s −2 A −2
Masalahnya diselesaikan secara kuantitatif oleh Ampere, yang mengukur kekuatan interaksi dua konduktor paralel dengan arus yang mengalir melaluinya. Salah satu konduktor menciptakan medan magnet di sekelilingnya, konduktor kedua bereaksi terhadap medan ini dengan mendekati atau menjauh dengan gaya yang dapat diukur, mengetahui yang mana dan besarnya arus yang memungkinkan untuk menentukan modulus vektor induksi magnet.

Interaksi gaya antara muatan listrik yang tidak bergerak relatif satu sama lain dijelaskan oleh hukum Coulomb. Namun, muatan yang bergerak relatif satu sama lain menciptakan medan magnet, yang melaluinya arus yang diciptakan oleh pergerakan muatan umumnya masuk ke dalam interaksi gaya.

Perbedaan mendasar antara gaya yang timbul selama gerak relatif muatan dan ketika muatan diam terletak adalah perbedaan geometri gaya-gaya tersebut. Untuk kasus elektrostatika, gaya interaksi antara dua muatan diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan keduanya. Oleh karena itu, geometri masalahnya adalah dua dimensi dan pertimbangannya dilakukan pada bidang yang melalui garis tersebut.

Dalam kasus arus, gaya yang menjadi ciri medan magnet yang diciptakan oleh arus terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap arus. Oleh karena itu, gambaran fenomena tersebut menjadi tiga dimensi. Medan magnet yang diciptakan oleh elemen arus pertama yang sangat kecil, berinteraksi dengan elemen yang sama dari arus kedua, umumnya menciptakan gaya yang bekerja padanya. Selain itu, untuk kedua arus, gambaran ini sepenuhnya simetris dalam arti bahwa penomoran arus dapat berubah-ubah.

Hukum interaksi arus digunakan untuk membakukan arus listrik searah.

8. Interaksi yang kuat.

Gaya kuat adalah interaksi mendasar jangka pendek antara hadron dan quark. Dalam inti atom, gaya kuat menyatukan proton-proton yang bermuatan positif (mengalami tolakan elektrostatis) melalui pertukaran pi meson antar nukleon (proton dan neutron). Pi meson mempunyai umur yang sangat pendek; umurnya hanya cukup untuk menghasilkan gaya nuklir dalam radius inti, itulah sebabnya gaya nuklir disebut jarak pendek. Peningkatan jumlah neutron “mencairkan” inti, mengurangi gaya elektrostatis dan meningkatkan gaya nuklir, tetapi dengan jumlah neutron yang banyak, mereka sendiri, sebagai fermion, mulai mengalami tolakan karena prinsip Pauli. Selain itu, ketika nukleon terlalu dekat, pertukaran boson W dimulai, menyebabkan tolakan, sehingga inti atom tidak “runtuh”.

Di dalam hadron itu sendiri, interaksi yang kuat menyatukan quark - bagian penyusun hadron. Kuanta medan kuat adalah gluon. Setiap quark memiliki salah satu dari tiga muatan “warna”, setiap gluon terdiri dari pasangan “warna” – “antiwarna”. Gluon mengikat quark dalam apa yang disebut. “kurungan”, yang menyebabkan quark bebas belum teramati dalam percobaan saat ini. Ketika quark menjauh satu sama lain, energi ikatan gluon meningkat, dan tidak berkurang seperti pada interaksi nuklir. Dengan menghabiskan banyak energi (dengan menumbuk hadron dalam akselerator), ikatan quark-gluon dapat diputus, tetapi pada saat yang sama semburan hadron baru dilepaskan. Namun, quark bebas bisa ada di luar angkasa: jika beberapa quark berhasil menghindari pengurungan selama Big Bang, maka kemungkinan pemusnahan dengan antiquark yang sesuai atau berubah menjadi hadron tak berwarna untuk quark tersebut semakin kecil.

9. Interaksi yang lemah.

Interaksi lemah merupakan interaksi jangka pendek yang mendasar. Rentang 10 −18 m.Simetris terhadap kombinasi inversi spasial dan konjugasi muatan. Semua elemen fundamental terlibat dalam interaksi lemah.fermion (lepton Dan quark). Ini adalah satu-satunya interaksi yang melibatkanneutrino(apalagi gravitasi, dapat diabaikan dalam kondisi laboratorium), yang menjelaskan kemampuan penetrasi partikel-partikel ini yang sangat besar. Interaksi yang lemah memungkinkan lepton, quark dan sejenisnyaantipartikel menukarkan energi, massa, muatan listrik Dan bilangan kuantum- yaitu, berubah menjadi satu sama lain. Salah satu manifestasinya adalahpeluruhan beta.

Interaksi mekanis merupakan salah satu jenis interaksi materi yang dapat menyebabkan perubahan gerak mekanis suatu benda material.

Gaya mencirikan sisi kuantitatif interaksi mekanis. Jadi, ketika mereka mengatakan bahwa gaya bekerja pada suatu benda, ini berarti benda lain (atau medan fisik) bekerja padanya. Namun, tidak selalu gaya benar-benar menyebabkan perubahan pada pergerakan tubuh; perubahan seperti itu dapat dihalangi oleh tindakan kekuatan lain. Dengan mengingat hal ini, mari kita menulis:

Gaya (Newtonian) – ukuran pengaruh mekanis pada suatu benda material dari benda material lain (atau medan fisik); itu mencirikan intensitas dan arah dampak ini. Tentu saja ini bukanlah suatu definisi, melainkan hanya penjelasan tentang konsep gaya. Karena konsep gaya adalah hal yang mendasar, makna sebenarnya dari gaya tersebut terungkap dalam aksioma mekanika.

Untuk saat ini, kami akan mencatatnya. Klausa “Newtonian” dibuat karena dalam dinamika kita akan menjumpai besaran lain, disebut juga gaya, namun bukan merupakan ukuran interaksi mekanis. Pada semester yang sama ini kita akan berbicara secara khusus tentang gaya-gaya Newton, dan untuk singkatnya kita akan menyebutnya gaya-gaya.

Lebih lanjut, kata “ukuran” dalam mekanika dan fisika dipahami sebagai besaran fisis yang berfungsi untuk menggambarkan suatu sifat atau hubungan secara kuantitatif. Dalam hal ini, kita berbicara tentang mendeskripsikan interaksi mekanis secara tepat (dan, seperti yang Anda ketahui, ada juga interaksi lain - termal, kimia, dan lainnya).

Dalam fisika partikel, ada empat interaksi mendasar: kuat, elektromagnetik, lemah, dan gravitasi. Keempat interaksi ini mendasari semua fenomena yang dapat diamati - baik dalam mekanika maupun cabang ilmu pengetahuan alam lainnya.

Namun, dalam makrokosmos, interaksi fundamental, sebagai suatu peraturan, memanifestasikan dirinya secara tidak langsung, dan kita harus berurusan dengan daftar interaksi yang jauh lebih luas (tidak lagi harus bersifat fundamental). Jika kita berbicara tentang interaksi mekanis, maka kita dapat berbicara tentang gaya-gaya yang asal usulnya berbeda-beda.

Contoh gaya: gravitasi, elastisitas, gaya Archimedean, gaya resistensi lingkungan, dll. Namun, dalam sebagian besar permasalahan mekanika, sifat fisik gaya tertentu biasanya tidak diperhatikan.

Sambil menjelaskan konsep gaya, kita juga membahas tentang intensitas dan arah pengaruh. Artinya gaya merupakan besaran vektor. Yaitu, vektor yang diterapkan pada titik tertentu pada suatu benda material. Oleh karena itu, kita dapat membicarakan ciri-ciri gaya seperti itu.

Kekuatan ditandai dengan:

1) ukuran (modulus);

3) titik aplikasi.

Sayangnya, selama ujian Anda sering kali mengabaikan aturan ini. Dalam skenario kasus terbaik, pemeriksa dalam situasi ini akan melakukan hal berikut: ia akan menghela nafas dan meminta siswa untuk segera meletakkan sebutan vektor pada teks jawaban pertanyaan yang diajukan. Jika seorang siswa gagal menuliskan notasi dengan benar, ini adalah langkah pertama untuk mendapatkan nilai “D”. Oleh karena itu, mohon jangan mengabaikan baris dalam catatan Anda jika itu tertulis di papan tulis.

Tanda kurung dengan koma di tengah menunjukkan hasil kali skalar vektor (koma memisahkan faktor). Harap diperhatikan: di banyak buku, perkalian titik dilambangkan secara berbeda - dengan titik di antara vektor, dan titik biasanya dapat dihilangkan.

Namun kami akan tetap berpegang pada notasi seperti itu (notasi tersebut juga cukup umum). Antara lain, mereka menghindari kebingungan (bagaimanapun juga, produk skalar vektor harus dibedakan dari produk biasa dua skalar).

Sejauh ini kita hanya membahas tentang vektor gaya. Namun konsep gaya tidak direduksi menjadi konsep vektornya. Titik penerapan gaya juga penting: lagi pula, jika vektor gaya dengan besaran dan arah yang sama diterapkan pada titik lain pada benda, maka pergerakannya dapat berubah.

Terminologi berikut diterima dalam geometri. Vektor bebas (atau sederhananya vektor) adalah vektor yang hanya dicirikan oleh besar dan arahnya. Vektor terhubung adalah vektor yang dicirikan oleh titik penerapannya. Terkadang sebutan seperti itu digunakan.

Dengan u---.A kita nyatakan vektor terkait yang diperoleh jika vektor bebas u--- diterapkan di titik A. Perlu diperhatikan: di sini titik tidak ditulis di tengah garis (seperti pada perkalian bilangan), tetapi pada intinya. Dengan demikian, kita dapat menarik kesimpulan sebagai berikut. Jadi gaya adalah vektor terikat (notasi lengkap: F----.A).

Apabila kita perlu menekankan adanya suatu gaya pada titik penerapan tertentu, kita akan menggunakan sebutan lengkap ini. Jika titik penerapan gaya telah ditentukan sebelumnya, kita akan menggunakan notasi singkat, yang menyatakan gaya sebagai F---- (yakni sama dengan vektor gaya). Hal berikut harus dikatakan mengenai titik penerapan gaya: Jika suatu gaya bekerja pada suatu titik material, maka titik tersebut sendiri yang berfungsi sebagai titik penerapannya.

Jika suatu gaya bekerja pada suatu benda material, maka titik penerapannya adalah titik benda tersebut (dapat berubah seiring waktu). Dalam kasus umum, titik penerapan gaya tidak bisa terletak di luar benda. Jika bodinya benar-benar kokoh, maka batasan ini bisa dihilangkan; tapi kita akan membicarakannya nanti.

Timbul pertanyaan: bagaimana seseorang dapat menentukan titik penerapan kekerasan dalam praktiknya? Setiap titik dapat ditentukan, misalnya dengan vektor jari-jarinya yang ditarik dari suatu kutub tertentu. Kutub adalah titik yang dipilih secara sewenang-wenang (posisinya biasanya dianggap diketahui).

Karena tertulis “biasanya”, Anda dapat mengabaikan teks dalam tanda kurung sepenuhnya. Sering terjadi seperti ini: mereka mengambil suatu titik dan menyatakannya sebagai tiang (dan mulai sekarang akan dianggap demikian). Namun untuk mengatur posisi titik penerapan gaya, kita hanya perlu mengetahui posisi tiangnya. Dimungkinkan - tetapi tidak perlu - untuk mengambil asal mula sistem koordinat sebagai kutub.

Kedua sebutan tersebut digunakan, tetapi yang pertama lebih disukai: vektor dilambangkan dengan satu huruf, dan huruf “r” mengingatkan kita bahwa kita berbicara tentang vektor radius, atau enam skalar (Fx, Fy, Fz, xA, yA, zA). Ini nyaman dan sering dilakukan. Namun Anda juga dapat mengatur gaya dengan cara lain, yang akan kita bahas di paragraf berikutnya.