Մարմինների փոխազդեցության օրինակներ կյանքից. Մարմինների փոխազդեցությունը ֆիզիկայում

>> Մարմինների փոխազդեցություն

• Ինչո՞ւ է Լուսինը պտտվում Երկրի շուրջը և չի թռչում տիեզերք: Ո՞ր մարմինն է կոչվում լիցքավորված: Ինչպե՞ս են լիցքավորված մարմինները փոխազդում միմյանց հետ: Որքա՞ն հաճախ ենք մենք հանդիպում էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության: Սրանք միայն որոշ հարցեր են, որոնց հետ մենք պետք է զբաղվենք այս պարբերությունում: Եկեք սկսենք!

1. Համոզվեք, որ մարմինները փոխազդում են

Առօրյա կյանքում մենք անընդհատ հանդիպում ենք որոշ մարմինների տարբեր տեսակի ազդեցության մյուսների վրա: Դուռը բացելու համար հարկավոր է ձեռքով «գործել» դրա վրա, ոտքի հարվածից գնդակը թռչում է դեպի դարպասը, նույնիսկ երբ նստում ես աթոռին, գործում ես դրա վրա (նկ. 1.35, p. 38):

Միևնույն ժամանակ, երբ բացում ենք դուռը, զգում ենք դրա ազդեցությունը մեր ձեռքի վրա, հատկապես նկատելի է գնդակի ազդեցությունը մեր ոտքի վրա, եթե ոտաբոբիկ ֆուտբոլ եք խաղում, իսկ աթոռի ազդեցությունը խանգարում է մեզ հատակին ընկնել։ Այսինքն, գործողությունը միշտ փոխազդեցություն է. եթե մի մարմին գործում է մյուսի վրա, ապա մյուս մարմինը գործում է առաջինի վրա:

Բրինձ. 1.35. Մարմինների փոխազդեցության օրինակներ

Հստակ տեսնում եք, որ գործողությունը միակողմանի չէ։ Կատարեք մի պարզ փորձ՝ չմուշկների վրա կանգնելիս թեթևակի հրեք ձեր ընկերոջը։ Արդյունքում ոչ միայն ձեր ընկերը կսկսի շարժվել, այլ դուք ինքներդ կսկսեք շարժվել։

Այս օրինակները հաստատում են գիտնականների այն եզրակացությունը, որ բնության մեջ մենք միշտ գործ ունենք փոխազդեցության, այլ ոչ թե միակողմանի գործողության հետ։

Եկեք ավելի սերտ նայենք փոխազդեցությունների որոշ տեսակներին:

2. Հիշեք գրավիտացիոն փոխազդեցության մասին

Ինչու՞ ցանկացած առարկա՝ լինի դա ձեռքից արձակված մատիտ, ծառի տերեւ, թե անձրեւի կաթիլ, ընկնում և շարժվում դեպի ներքև (նկ. 1.36): Ինչու՞ աղեղից արձակված նետը ուղիղ չի թռչում, բայց ի վերջո ընկնում է գետնին: Ինչու է Լուսինը պտտվում Երկրի շուրջը: Այս բոլոր երևույթների պատճառն այն է, որ Երկիրը դեպի իրեն է ձգում այլ մարմիններ, և այդ մարմինները նույնպես դեպի իրենց են ձգում Երկիրը։ Օրինակ, Լուսնի ձգողականությունը մակընթացություն է առաջացնում Երկրի վրա (նկ. 1.37): Մեր մոլորակը և Արեգակնային համակարգի մյուս բոլոր մոլորակները ձգվում են դեպի Արևը և միմյանց:

Բրինձ. 1.36. Անձրևի կաթիլները վայր են ընկնում Երկրի ձգողականության ազդեցության տակ

1687 թվականին ականավոր անգլիացի ֆիզիկոս Իսահակ Նյուտոնը (Նկար 1.38) ձևակերպեց մի օրենք, ըստ որի Տիեզերքի բոլոր մարմինների միջև կա փոխադարձ ձգողականություն։

Բրինձ. 1.37. Մակընթացությունները Լուսնի ձգողականության հետևանք են

Նյութական առարկաների այս փոխադարձ ներգրավումը կոչվում է գրավիտացիոն փոխազդեցություն: Փորձերի և մաթեմատիկական հաշվարկների հիման վրա Նյուտոնը հաստատեց, որ գրավիտացիոն փոխազդեցության ինտենսիվությունը մեծանում է փոխազդող մարմինների զանգվածների աճով։ Այդ իսկ պատճառով հեշտ է համոզվել, որ ինձ և քեզ գրավում է Երկիրը, բայց մենք ընդհանրապես չենք զգում մեր գրասեղանի հարևանի գրավչությունը։

3. Ծանոթանալ մակրոմագնիսական փոխազդեցությանը

Կան այլ տեսակի փոխազդեցություններ: Օրինակ, եթե փուչիկը քսեք մետաքսի կտորով, այն կսկսի գրավել տարբեր լուսային առարկաներ՝ մանրաթելեր, բրնձի հատիկներ, թղթի կտորներ (նկ. 1.39): Ասում են, որ նման գնդակը էլեկտրիֆիկացված է կամ լիցքավորված:

Լիցքավորված մարմինները փոխազդում են միմյանց հետ, սակայն նրանց փոխազդեցության բնույթը կարող է տարբեր լինել՝ դրանք կա՛մ ձգում են, կա՛մ վանում (նկ. 1.40):

Բրինձ. 1.38. Հայտնի անգլիացի գիտնական Իսահակ Նյուտոնը (1643-1727)

Այս երեւույթի առաջին լուրջ ուսումնասիրությունները 16-րդ դարի վերջին կատարել է անգլիացի գիտնական Ուիլյամ Գիլբերտը (1544-1603):

Բրինձ. 1.39. Էլեկտրականացված գնդակը ձգում է թղթի թերթիկը

Բրինձ. 1.40. Երկու լիցքավորված գնդակներ փոխազդում են միմյանց հետ. ա - ձգում; բ - վանում

Գիլբերտը լիցքավորված մարմինների փոխազդեցությունն անվանել է էլեկտրական (հունարեն elektron - սաթ բառից), քանի որ հին հույները նկատել են, որ սաթը, եթե քսվում է, սկսում է փոքր առարկաներ գրավել դեպի իրեն:

Դուք լավ գիտեք, որ կողմնացույցի ասեղը, եթե թույլատրվում է ազատ պտտվել, միշտ կանգ է առնում մի ծայրով դեպի հյուսիս, իսկ մյուսը դեպի հարավ (նկ. 1.41): Դա պայմանավորված է նրանով, որ կողմնացույցի սլաքը մագնիս է, մեր Երկիր մոլորակը նույնպես մագնիս է, և հսկայական, և երկու մագնիսները միշտ փոխազդում են միմյանց հետ: Վերցրեք ցանկացած երկու մագնիս, և հենց որ փորձեք դրանք մոտեցնել միմյանց, անմիջապես գրավչություն կամ վանողություն կզգաք։ Այս փոխազդեցությունը կոչվում է մագնիսական:

Ֆիզիկոսները պարզել են, որ էլեկտրական և մագնիսական փոխազդեցությունները նկարագրող օրենքները նույնն են։ Ուստի գիտության մեջ ընդունված է խոսել մեկ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության մասին։

Մենք բախվում ենք էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություններին բառացիորեն ամեն քայլափոխի. ի վերջո, երբ քայլում ենք, մենք փոխազդում ենք ճանապարհի մակերեսի հետ (մենք հրում ենք), և այս փոխազդեցության բնույթը էլեկտրամագնիսական է: Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների շնորհիվ մենք շարժվում ենք, նստում և գրում: Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության օգնությամբ մենք տեսնում ենք, լսում, հոտառություն և շոշափում ենք (նկ. 1.42): Ժամանակակից սարքերի և կենցաղային տեխնիկայի մեծ մասի շահագործումը հիմնված է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության վրա:

Ասենք ավելին. ֆիզիկական մարմինների գոյությունը, այդ թվում՝ ես և դու, անհնար կլիներ առանց էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության: Բայց ի՞նչ կապ ունի լիցքավորված գնդակների ու մագնիսների փոխազդեցությունը այս ամենի հետ։ -հարցնում ես։ Մի շտապեք՝ ուսումնասիրելով ֆիզիկա՝ անպայման կհամոզվեք, որ այդ կապը կա։

4. Մենք կանգնած ենք չլուծված խնդիրների առաջ

Մեր նկարագրությունը թերի կլինի, եթե չնշենք ևս երկու տեսակի փոխազդեցություններ, որոնք հայտնաբերվեցին միայն անցյալ դարի կեսերին։

Բրինձ. 1.41 Կողմնացույցի սլաքը միշտ ուղղված է դեպի հյուսիս

Բրինձ. 1.42 Մենք տեսնում ենք, լսում, հասկանում ենք էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության շնորհիվ

Դրանք կոչվում են ուժեղ և թույլ փոխազդեցություններ և գործում են միայն միկրոտիեզերքի ներսում: Այսպիսով, կան չորս տարբեր տեսակի փոխազդեցություններ. Շա՞տ է դա։ Իհարկե, շատ ավելի հարմար կլինի գործ ունենալ փոխգործակցության մեկ ունիվերսալ տեսակի հետ: Ավելին, արդեն կա տարբեր փոխազդեցությունների՝ էլեկտրական և մագնիսական, միավորելու օրինակ մեկ էլեկտրամագնիսականի մեջ։

Շատ տասնամյակներ շարունակ գիտնականները փորձում են ստեղծել նման միավորման տեսություն։ Որոշ քայլեր արդեն արվել են։ 20-րդ դարի 60-ական թվականներին հնարավոր եղավ ստեղծել այսպես կոչված էլեկտրաթույլ փոխազդեցության տեսություն, որի շրջանակներում համակցվեցին էլեկտրամագնիսական և թույլ փոխազդեցությունները։ Բայց բոլոր տեսակի փոխգործակցության ամբողջական («մեծ») միավորումը դեռ հեռու է: Ուստի ձեզանից յուրաքանչյուրը հնարավորություն ունի համաշխարհային նշանակության գիտական ​​բացահայտում անելու։

• Եկեք ամփոփենք այն

Ֆիզիկայի մեջ փոխազդեցությունը մարմինների կամ մասնիկների ազդեցությունն է միմյանց վրա։ Մենք համառոտ նկարագրեցինք գիտությանը հայտնի չորսից երկու տեսակի փոխազդեցություն՝ գրավիտացիոն և էլեկտրամագնիսական:

Մարմինների ձգումը դեպի Երկիր, մոլորակները դեպի Արեգակ և հակառակը գրավիտացիոն փոխազդեցության դրսևորման օրինակներ են։

Էլեկտրական փոխազդեցության օրինակ է էլեկտրականացված օդապարիկի փոխազդեցությունը թղթի կտորների հետ: Մագնիսական փոխազդեցության օրինակ է կողմնացույցի ասեղի փոխազդեցությունը Երկրի հետ, որը նույնպես մագնիս է, որի արդյունքում ասեղի մի ծայրը միշտ ուղղված է դեպի հյուսիս, իսկ մյուսը՝ հարավ։

Էլեկտրական և մագնիսական փոխազդեցությունները մեկ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության դրսևորումներ են:

• Վերահսկիչ հարցեր

1. Բերե՛ք մարմինների փոխազդեցության օրինակներ:

2. Ի՞նչ տեսակի փոխազդեցություններ կան բնության մեջ:

3. Բերե՛ք գրավիտացիոն փոխազդեցության օրինակներ:

4. Ո՞վ է հայտնաբերել այն օրենքը, ըստ որի Տիեզերքի բոլոր մարմինների միջև կա փոխադարձ ձգողականություն:

5. Բերե՛ք էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության օրինակներ:

• Զորավարժություններ

Գրեք կարճ շարադրություն «Իմ փորձը, որը հաստատում է մարմինների փոխազդեցությունը» թեմայով (դա կարող է լինել նույնիսկ պոեզիա):

• Ֆիզիկա և տեխնոլոգիա Ուկրաինայում

Լև Վասիլևիչ Շուբնիկովը (1901-1945) իր կարճատև կյանքի զգալի մասը ապրել է Խարկովում, որտեղ ղեկավարել է ցածր ջերմաստիճանի լաբորատորիան։ Լաբորատորիայում շատ չափումների ճշգրտության մակարդակը չէր զիջում ժամանակակիցներին։ Լաբորատորիայում 30-ական թվականներին թթվածին, ազոտ և այլ գազեր ստացվել են հեղուկ վիճակում։ Շուբնիկովը մետաղների ուսումնասիրության հիմնադիրն էր այսպես կոչված գերհաղորդիչ վիճակում, երբ նյութի էլեկտրական դիմադրությունը զրոյական է։ Գիտնականի համար ամենաբարձր պարգևն այն է, երբ նրա հայտնաբերած ֆենոմենի անվանումն օգտագործվում է հենց գիտնականի անվան տեխնիկական տերմինի փոխարեն: «Շուբնիկով-դե Հաասի էֆեկտ»; «Շուբնիկովի փուլ»; «Օբրեյմով-Շուբնիկովի մեթոդը» ուկրաինացի հայտնի գիտնականի ներդրման ընդամենը մի քանի օրինակներ են ժամանակակից ֆիզիկայի կառուցման գործում:

Ֆիզիկա. 7-րդ դասարան. Դասագիրք / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Հրատարակչություն «Ranok», 2007. - 192 p.: ill.

Որպեսզի մարմինը հանգստանա կամ շարժվի միատեսակ և ուղղագիծ, դրա վրա կամ ընդհանրապես պետք չէ գործել, կամ պետք է այնպես անել, որ բոլոր մարմինների ընդհանուր գործողությունը փոխհատուցվի։ Եկել է ժամանակը պարզելու, թե ինչ պետք է տեղի ունենա, որպեսզի մարմինը սկսի փոխել արագությունը, այսինքն՝ արագացում ձեռք բերել։ Դա անելու համար դուք պետք է հիշեք որոշ ֆիզիկական մեծություններ, որոնք մենք հանդիպել ենք նախորդ դասարանների ֆիզիկայի դասերին:

Ինչպես հայտնի է, մարմնի արագությունը փոխվում է միայն այն դեպքում, երբ նրա վրա գործում է մեկ այլ մարմին։ Օրինակ՝ ծանրության ազատ անկումը նրա վրա Երկրի գործողության արդյունքում։ Ընկնելիս արագությունը մեծանում է, ինչը նշանակում է, որ դրա փոփոխությունը պայմանավորված է այս գործողությամբ (նկ. 1):

Բրինձ. 1. Ազատ անկում

Բայց միևնույն ժամանակ փոխվում է նաև երկրորդ մարմնի արագությունը։ Փորձեք սառույցից հեռացնել ձեր կողքին կանգնած ընկերոջից: Կնկատեք, որ ձեր ընկերը նույնպես կսկսի շարժվել։ Մարմինները փոխազդում են: Չկա միակողմանի գործողություն:

Մարմինների փոխազդեցությունը բնութագրելու համար անհրաժեշտ է ներմուծել ֆիզիկական մեծություն, այդպիսի մեծություն ուժն է։

Ուժ -սա վեկտորային մեծություն է, որը բնութագրում է մի մարմնի գործողությունը մյուսի վրա (մարմինների փոխազդեցությունը): Ուժը փոխազդեցության չափանիշ է: SI ուժի միավորը Նյուտոնն է։

N (նյուտոն)

Քանի որ մարմինը արագացում է զգում ուժի գործողության արդյունքում, անհրաժեշտ է կապ հաստատել մարմնի ձեռք բերած արագացման և այդ արագացման պատճառած ուժի միջև:

Եթե ​​տրոլեյբուսի վրա, որի վրա տեղադրված է կախովի քաշով հատուկ կառուցվածք (նկ. 2), որը շեղվում է, երբ տրոլեյբուսը արագանում է, կիրառվեն տարբեր մեծությունների ուժեր, կարող եք նկատել, որ քաշի շեղումը կավելանա կիրառվող ուժի ավելացման հետ: Այսինքն՝ այն արագացումը, որ մարմինը ձեռք է բերում իր վրա ուժի ազդեցությամբ, ուղիղ համեմատական ​​է այդ ուժի մեծությանը (նկ. 3)։ Արագացումն ուղղված է նույն ուղղությամբ, ինչ ուժը:

Բրինձ. 2. Մարմնի ուժի և արագացման փոխհարաբերությունների ուսումնասիրություն

Բրինձ. 3. Արագացումը, որը մարմինը ձեռք է բերում իր վրա ազդող ուժի արդյունքում, ուղիղ համեմատական ​​է այդ ուժի մեծությանը.

Արագացումը նույնպես կախված է մարմնի քաշից:

Եթե ​​փոխեք սայլի զանգվածը (նկ. 4), որի վրա հաստատուն ուժ է գործադրվում, կնկատեք, որ զանգվածի մեծացման հետ քաշի շեղումը նվազում է։ Այսինքն՝ արագացումը հակադարձ համեմատական ​​է մարմնի զանգվածին։

Բրինձ. 4. Արագացումը, որը մարմինը ձեռք է բերում իր վրա ուժի ազդեցությամբ, հակադարձ համեմատական ​​է այս մարմնի զանգվածին.

Նյուտոնի երկրորդ օրենքը միավորում է վերը բերված երկու եզրակացությունները։

Նյուտոնի երկրորդ օրենքըմարմնի կողմից նրա վրա ուժի ազդեցությամբ ձեռք բերված արագացում Ֆ, ուղիղ համեմատական ​​է այս ուժի մեծությանը և հակադարձ համեմատական ​​է մարմնի զանգվածին։

Եթե ​​մարմնի վրա գործում են մի քանի ուժեր, ապա հայտնաբերվում է այդ ուժերի արդյունքը, այսինքն՝ որոշակի ընդհանուր ուժ, որն ունի որոշակի ուղղություն և թվային արժեք։ Այսինքն, տարբեր ուժերի կիրառման գրեթե բոլոր դեպքերը ժամանակի որոշակի պահին կարող են կրճատվել մինչև մեկ արդյունք ուժի գործողության:

ԱրդյունքՆրանք անվանում են այն ուժը, որը մարմնին կհաղորդի նույն արագացումը, ինչ մարմնի վրա ազդող բոլոր ուժերի վեկտորային գումարը:

Այսպիսով, Նյուտոնի երկրորդ օրենքըկարելի է ձևակերպել այսպես. Մարմնի վրա ազդող բոլոր ուժերի արդյունքը հավասար է մարմնի զանգվածի և այդ ուժերի գործողության արդյունքում ձեռք բերված արագացման արտադրյալին։

Փոխազդեցության տեսակները ֆիզիկայում

Բնության մեջ կան չորս տեսակի փոխազդեցություններ.

1. Գրավիտացիոն(գրավիտացիոն ուժ) զանգված ունեցող մարմինների փոխազդեցությունն է։ Դա նշանակալի է տիեզերական մարմինների մասշտաբով։ Օրինակ, մենք զգում ենք մեր ձգողականությունը դեպի Երկիրը, քանի որ այն ունի հսկայական զանգված, բայց մենք չենք զգում գրավչությունը դեպի սեղանը, աթոռը և համեմատաբար փոքր զանգված ունեցող մարմինները:

2. Էլեկտրամագնիսական. Ցանկացած ատոմի կազմը ներառում է լիցքավորված մասնիկներ, հետևաբար, նման փոխազդեցությունը հիմնարար է, և մենք դրան հանդիպում ենք միշտ և ամենուր։ Հենց էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունն է պատասխանատու այնպիսի մեխանիկական ուժերի համար, ինչպիսիք են շփման ուժը (նկ. 5) և առաձգական ուժը։

Բրինձ. 5. Շփման ուժի բնույթը

Քանի որ միջմոլեկուլային հեռավորությունը մեծանում է, միջմոլեկուլային ձգողականության և վանման ուժերը նվազում են, միայն ձգողական ուժերը նվազում են ավելի դանդաղ, քան վանող ուժերը, հետևաբար առաջանում են ընդհանուր առաձգական ուժեր, որոնք ուղղված են դեպի ձգողականության միջմոլեկուլային ուժերը (նկ. 6):

Բրինձ. 6. Առաձգական ուժի բնույթը

Գրավիտացիոն փոխազդեցության համեմատ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը շատ ավելի ուժեղ է, սակայն, ի տարբերություն առաջինի, այն վավեր է էլեկտրական լիցք ունեցող մարմինների համար։

3. Ուժեղ. Այս փոխազդեցությունը հայտնաբերվել է մոտ 100 տարի առաջ: Հենց այդ ժամանակ գիտնականները սկսեցին զարմանալ, թե ինչպես են այնտեղ պահվում դրական լիցքավորված և միջուկի մաս կազմող պրոտոնները (նկ. 7), քանի որ նման լիցքավորված մարմինները պետք է վանեն միմյանց։ Ուժեղ ուժը պրոտոններ է պահում միջուկում: Այս փոխազդեցությունը կարճաժամկետ է, այսինքն՝ այն գործում է միջուկի չափի կարգով հեռավորության վրա։

Բրինձ. 7. Ուժեղ ուժը պրոտոններ է պահում միջուկում

4. Թույլ. Նման փոխազդեցությունը պատասխանատու է տարրական մասնիկների միջև փոխազդեցության որոշ տեսակների, β-քայքայման որոշ տեսակների և ատոմի, ատոմի միջուկի ներսում տեղի ունեցող այլ գործընթացների համար (նկ. 8):

Բրինձ. 8. Ալֆա, բետա և գամմա քայքայվում են

Շատ ֆիզիկոսներ կարծում են, որ բնության մեջ կա մեկ ընդհանուր փոխազդեցություն, և վերը նշված փոխազդեցությունները միայն դրա դրսևորումներն են, և փորձում են ստանալ այսպես կոչված միասնական դաշտի տեսություն, որում բոլոր այս չորս տեսակները կկրճատվեն մեկին: Այս պահին հնարավոր է եղել համատեղել էլեկտրամագնիսական, ուժեղ և թույլ փոխազդեցությունները։

Նյուտոնի երկրորդ օրենքը NSO-ում. Կենտրոնախույս ուժ

Նյուտոնի օրենքները կատարվում են հղման իներցիոն համակարգերում, սակայն հնարավոր է հասնել, որ այդ օրենքները կկատարվեն նաև ոչ իներցիոն հղման համակարգերում (NSF):

Գիտնականները համաձայնել են հավատալ, որ NSO-ում, բացի սովորական ուժերից, որոնք պատասխանատու են մարմնում արագացման առաջացման համար, կան իներցիոն ուժեր՝ հատուկ տեսակի ուժ: Դրանք կապված են այն արագացման հետ, որով ոչ իներցիոն համակարգը շարժվում է իներցիոն համակարգի համեմատ:

NSO-ում Նյուտոնի երկրորդ օրենքը ստանում է հետևյալ ձևը.

,

որտեղ է արագացումը ոչ իներցիոն հղման համակարգում. - իներցիայի ուժ

որտեղ է իներցիոն հղման համակարգի բացարձակ արագացումը

NSO-ում իներցիոն ուժերի վերաբերյալ Նյուտոնի երրորդ օրենքը չի բավարարվում։

Իներցիայի ուժի օրինակ է կենտրոնախույս ուժ. Մեքենայի կտրուկ շրջադարձի ժամանակ մարդուն սեղմում են նստատեղին։ Այս անձի տեսանկյունից նրա վրա գործում է կենտրոնաձիգ ուժ, իսկ գետնի վրա գտնվող դիտորդի տեսանկյունից մարդը շարունակում է իներցիայով շարժվել, մինչդեռ մեքենայի նստատեղը հակված է շրջվելու (նկ. 9):

Բրինձ. 9. Կենտրոնախույս ուժ

Ինչպես գտնել արդյունքի ուժը

Արդյունք (արդյունք)ուժ է, որի արդյունքը համարժեք է մարմնի վրա կիրառվող բոլոր ուժերի ընդհանուր գործողությանը (նկ. 10):

Բրինձ. 10. Գտնելով արդյունքը

Պարտադիր չէ, որ ուժերը փոխադարձաբար մեծացնեն միմյանց։ Պատկերացրեք, որ ձմռանը սահնակով եք սահում (նկ. 11): Առաջին իրավիճակում ուժերը, որոնք տալիս են ձեր ընկերները, գումարվում են։ Երկրորդում ընկերներից մեկը չի ցանկանում հրաժարվել սահնակից և այն քաշում է մյուս ուղղությամբ։ Այս դեպքում ուժային մոդուլները հանվում են:

Բրինձ. 11. Օրինակ՝ նկարազարդում

Դիտարկենք մի օրինակ, երբ ուժերն ուղղված են ոչ թե մեկ ուղիղ գծով, այլ տարբեր ուղղություններով։ Նկ. 11-ը ցույց է տալիս մարմին, որը գտնվում է թեք հարթության վրա և գտնվում է դրա վրա շփման գործողության պատճառով: Բացի այս ուժից, մարմնի վրա ազդում են ձգողականության ուժը () և հողի արձագանքման ուժը (): Եթե ​​մարմինը գտնվում է հավասարակշռության դիրքում, ապա բոլոր ուժերի վեկտորային գումարը հավասար է զրոյի, այսինքն՝ արդյունքը հավասար է զրոյի։

Հետեւաբար, այն արագացումը, որ ձեռք է բերում մարմինը, նույնպես զրո է։

Բրինձ. 11. Մարմնի վրա գործող ուժեր

Մատենագիտություն

1. Գ.Յա. Մյակիշևը, Բ.Բ. Բուխովցև, Ն.Ն. Սոցկին. Ֆիզիկա 10. - Մ.: Կրթություն, 2008 թ.
2. Ա.Պ. Ռիմկևիչ. Ֆիզիկա. Խնդիրների գիրք 10-11. - Մ.: Բուստարդ, 2006:
3. Օ.Յա. Սավչենկո. Ֆիզիկայի խնդիրներ. - Մ.: Նաուկա, 1988:
4. Ա.Վ. Պերիշկին, Վ.Վ. Կրաուկլիս. Ֆիզիկայի դասընթաց. Տ. 1. - Մ.՝ Պետ. ուսուցիչ խմբ. ր. ՌՍՖՍՀ կրթություն, 1957 թ.

1. Ինտերնետ պորտալ Studopedia.org ().
2. Ինտերնետ պորտալ Abitura.com ().
3. Ինտերնետ պորտալ School-collection.edu.ru ():
4. Ինտերնետ պորտալ Class-fizika.narod.ru ():
5. Ինտերնետ պորտալ Fizika-lekcii.ucoz.ua ():

Տնային աշխատանք

Դասական ֆիզիկայի համաձայն՝ մեզ հայտնի աշխարհում մարմիններն ու մասնիկները մշտապես փոխազդում են միմյանց հետ։ Նույնիսկ եթե մենք դիտարկում ենք հանգստի վիճակում գտնվող առարկաները, դա չի նշանակում, որ ոչինչ տեղի չի ունենում։ Մոլեկուլների, ատոմների և տարրական մասնիկների միջև պահող ուժերի շնորհիվ է, որ դուք կարող եք տեսնել առարկան ֆիզիկական աշխարհի նյութի տեսքով, որը հասանելի և հասկանալի է մեզ համար:

Մարմինների փոխազդեցությունը բնության և կյանքի մեջ

Ինչպես գիտենք մեր սեփական փորձից, երբ ինչ-որ բանի վրա ես ընկնում, ինչ-որ բանի վրա ես հարվածում, բախվում ինչ-որ բանի, դա տհաճ ու ցավալի է ստացվում։ Դուք հրում եք մեքենան կամ անզգույշ անցորդը բախվում է ձեզ: Այս կամ այն ​​կերպ դուք շփվում եք ձեզ շրջապատող աշխարհի հետ: Ֆիզիկայի մեջ այս երևույթը սահմանվել է որպես «մարմինների փոխազդեցություն»։ Եկեք մանրամասն քննարկենք, թե ժամանակակից դասական գիտությունը ինչ տեսակների է բաժանում դրանք։

Մարմինների փոխազդեցության տեսակները

Բնության մեջ գոյություն ունեն մարմինների փոխազդեցության չորս տեսակ. Առաջինը՝ հայտնի, մարմինների գրավիտացիոն փոխազդեցությունն է։ Մարմինների զանգվածը որոշում է, թե որքան ուժեղ է ձգողականությունը:

Այն պետք է բավականաչափ մեծ լինի, որպեսզի մենք դա նկատենք։ Հակառակ դեպքում, այս տեսակի փոխազդեցության դիտարկումն ու գրանցումը բավականին դժվար է։ Տիեզերքը այն վայրն է, որտեղ գրավիտացիոն ուժերը կարող են դիտվել հսկայական զանգված ունեցող տիեզերական մարմինների օրինակով։

Ձգողության և մարմնի զանգվածի միջև կապը

Ուղղակիորեն մարմինների փոխազդեցության էներգիան ուղիղ համեմատական ​​է զանգվածին և հակադարձ համեմատական՝ նրանց միջև հեռավորության քառակուսուն։ Սա ժամանակակից գիտության սահմանման համաձայն։

Ձեր և մեր մոլորակի բոլոր առարկաների գրավչությունը պայմանավորված է նրանով, որ երկու զանգված ունեցող մարմինների միջև գոյություն ունի փոխազդեցության ուժ: Հետևաբար, վեր նետված առարկան հետ է ձգվում դեպի Երկրի մակերես: Մոլորակը բավականին զանգվածային է, ուստի գործողության ուժը նկատելի է։ Ձգողականությունը առաջացնում է մարմինների փոխազդեցություն: Մարմինների զանգվածը հնարավորություն է տալիս դրսևորել և գրանցել այն։

Ձգողության բնույթը պարզ չէ

Այս երևույթի բնույթն այսօր շատ հակասություններ և ենթադրություններ է առաջացնում, բացի իրական դիտարկումներից և զանգվածի և ձգողականության տեսանելի կապից, գրավիտացիա առաջացնող ուժը չի հայտնաբերվել: Չնայած այսօր մի շարք փորձեր են իրականացվում՝ կապված արտաքին տարածության մեջ գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերման հետ։ Ավելի ճշգրիտ ենթադրություն ժամանակին արել է Ալբերտ Էյնշտեյնը.

Նա ձևակերպեց այն վարկածը, որ գրավիտացիոն ուժը տարածություն-ժամանակի հյուսվածքի կորության արդյունք է դրանում տեղակայված մարմինների կողմից։

Հետագայում, երբ տարածությունը տեղաշարժվում է նյութի կողմից, այն ձգտում է վերականգնել իր ծավալը: Էյնշտեյնն առաջարկեց, որ կա ուժի և նյութի խտության հակադարձ կապ:

Այս կախվածության հստակ դրսևորման օրինակ են սև խոռոչները, որոնք ունեն նյութի և ձգողականության անհավատալի խտություն, որը կարող է գրավել ոչ միայն տիեզերական մարմինները, այլև լույսը:

Հենց ձգողության բնույթի ազդեցության շնորհիվ է, որ մարմինների փոխազդեցության ուժը ապահովում է մոլորակների, աստղերի և տիեզերական այլ օբյեկտների գոյությունը։ Բացի այդ, որոշ առարկաների պտույտը մյուսների շուրջ առկա է նույն պատճառով:

Էլեկտրամագնիսական ուժեր և առաջընթաց

Մարմինների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը ինչ-որ չափով հիշեցնում է գրավիտացիոն փոխազդեցությունը, բայց շատ ավելի ուժեղ։ Դրա գոյության պատճառը դրական և բացասական լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցությունն է։ Իրականում դա առաջացնում է էլեկտրամագնիսական դաշտի առաջացում։

Այն առաջանում է մարմնի(ների) կողմից կամ ներծծվում կամ առաջացնում է լիցքավորված մարմինների փոխազդեցությունը: Այս գործընթացը շատ կարևոր դեր է խաղում կենդանի բջջի կենսաբանական գործունեության և դրա մեջ նյութերի վերաբաշխման գործում։

Բացի այդ, ուժերի էլեկտրամագնիսական դրսևորման վառ օրինակ է սովորական էլեկտրական հոսանքը՝ մոլորակի մագնիսական դաշտը։ Մարդկությունը բավականին լայնորեն օգտագործում է այս ուժը տվյալների փոխանցման համար: Սրանք բջջային կապ, հեռուստատեսություն, GPRS և շատ ավելին են:

Մեխանիկայի մեջ դա դրսևորվում է առաձգականության և շփման տեսքով: Այս ուժի առկայությունը ցույց տվող հստակ փորձը բոլորին հայտնի է դպրոցական ֆիզիկայի դասընթացից: Սա էբոնիտային դարակը մետաքսե կտորով քսելն է: Բացասական լիցք ունեցող մասնիկները, որոնք հայտնվում են մակերեսի վրա, գրավում են լույսի առարկաներին: Ամենօրյա օրինակ է սանրն ու մազերը։ Մազերի միջով պլաստիկի մի քանի շարժումներից հետո նրանց միջև գրավչություն է առաջանում։

Հարկ է նշել կողմնացույցը և Երկրի մագնիսական դաշտը։ Սլաքը մագնիսացված է և ծայրեր ունի դրական և բացասական լիցքավորված մասնիկներով, ինչի արդյունքում այն ​​արձագանքում է մոլորակի մագնիսական դաշտին։ Այն իր «դրական» ծայրը շրջում է բացասական մասնիկների ուղղությամբ և հակառակը։

Փոքր չափերով, բայց հսկայական ուժով

Ինչ վերաբերում է ուժեղ փոխազդեցությանը, ապա դրա առանձնահատկությունը որոշակիորեն հիշեցնում է էլեկտրամագնիսական տիպի ուժերին։ Դրա պատճառը դրական և բացասական լիցքավորված տարրերի առկայությունն է։ Էլեկտրամագնիսական ուժի նման, հակառակ լիցքերի առկայությունը հանգեցնում է մարմինների փոխազդեցության։ Մարմինների զանգվածը և նրանց միջև հեռավորությունը շատ փոքր է։ Սա ենթաատոմային աշխարհի այն տարածքն է, որտեղ նման առարկաները կոչվում են մասնիկներ:

Այս ուժերը գործում են ատոմային միջուկի տարածքում և ապահովում են կապ պրոտոնների, էլեկտրոնների, բարիոնների և այլ տարրական մասնիկների միջև։ Հաշվի առնելով դրանց չափերը, համեմատած խոշոր օբյեկտների հետ, լիցքավորված մարմինների փոխազդեցությունը շատ ավելի ուժեղ է, քան էլեկտրամագնիսական տեսակի ուժի հետ:

Թույլ ուժեր և ռադիոակտիվություն

Փոխազդեցության թույլ տեսակն ուղղակիորեն կապված է անկայուն մասնիկների քայքայման հետ և ուղեկցվում է տարբեր տեսակի ճառագայթման արտազատմամբ՝ ալֆա, բետա և գամմա մասնիկների տեսքով։ Որպես կանոն, նմանատիպ բնութագրեր ունեցող նյութերն ու նյութերը կոչվում են ռադիոակտիվ։

Այս տեսակի ուժը կոչվում է թույլ, քանի որ այն ավելի թույլ է, քան փոխազդեցության էլեկտրամագնիսական և ուժեղ տեսակները: Այնուամենայնիվ, այն ավելի հզոր է, քան գրավիտացիոն փոխազդեցությունը: Այս գործընթացում մասնիկների միջև հեռավորությունները շատ փոքր են՝ 2·10−18 մետրի կարգի:

Ուժի հայտնաբերման և այն հիմնարարների շարքում սահմանելու փաստը տեղի ունեցավ բոլորովին վերջերս։

1896 թվականին Անրի Բեկերելի կողմից նյութերի, մասնավորապես ուրանի աղերի ռադիոակտիվության երևույթի հայտնաբերմամբ սկսվեց ուժերի փոխազդեցության այս տեսակի ուսումնասիրությունը։

Չորս ուժեր ստեղծել են տիեզերքը

Ամբողջ Տիեզերքը գոյություն ունի ժամանակակից գիտության կողմից հայտնաբերված չորս հիմնարար ուժերի շնորհիվ: Նրանք ծնեցին տիեզերք, գալակտիկաներ, մոլորակներ, աստղեր և տարբեր գործընթացներ այն տեսքով, որով մենք դիտում ենք այն: Այս փուլում բնության հիմնարար ուժերի սահմանումը համարվում է ամբողջական, բայց, հնարավոր է, ժամանակի ընթացքում մենք կիմանանք նոր ուժերի առկայության մասին, և տիեզերքի էության մասին գիտելիքը մեզ մեկ քայլ ավելի կմոտենա:

Մարմինների փոխազդեցություն

Դուք կարող եք բերել մարմնի փոխազդեցության ցանկացած օրինակ: Երբ դուք, երբ նավակում եք, սկսեք մեկ այլ պարան քաշել, ձեր նավը, անշուշտ, առաջ կգնա: Գործելով երկրորդ նավակի վրա՝ դուք նրան ստիպում եք գործել ձեր նավակի վրա։

Եթե ​​դուք հարվածում եք ֆուտբոլի գնդակին, անմիջապես կզգաք հետ հարվածը ձեր ոտքի վրա: Երբ երկու բիլիարդի գնդակներ բախվում են, նրանք փոխում են իրենց արագությունը, այսինքն. Երկու գնդակներն էլ արագացում են ստանում: Այս ամենը մարմինների փոխազդեցության ընդհանուր օրենքի դրսեւորում է։

Մարմինների գործողությունները միմյանց վրա փոխազդեցության բնույթ ունեն ոչ միայն մարմինների անմիջական շփման ժամանակ։ Տեղադրեք, օրինակ, երկու ուժեղ մագնիսներ՝ միմյանց դեմ ուղղված տարբեր բևեռներով հարթ սեղանի վրա, և դուք անմիջապես կիմանաք, որ դրանք կսկսեն շարժվել դեպի միմյանց: Երկիրը գրավում է Լուսինը (համընդհանուր ձգողականություն) և ստիպում նրան շարժվել կոր ճանապարհով. իր հերթին Լուսինը նույնպես գրավում է Երկիրը (նաև համընդհանուր ձգողության ուժը): Թեև, բնականաբար, Երկրի հետ կապված հղման շրջանակում այս ուժի հետևանքով առաջացած երկրի արագացումը չի կարող ուղղակիորեն հայտնաբերվել, այն արտահայտվում է մակընթացությունների տեսքով:

Փորձի միջոցով պարզենք, թե ինչպես են փոխկապակցված երկու մարմինների փոխազդեցության ուժերը: Ուժերի կոպիտ չափումներ կարելի է կատարել՝ օգտագործելով հետևյալ փորձերը.

1 փորձ. Վերցնենք երկու դինամոմետր, կեռիկները կպցնենք իրար, և օղակները պահելով՝ կձգենք դրանք՝ հետևելով երկու դինամոմետրերի ցուցմունքներին։

Մենք կտեսնենք, որ ցանկացած ձգման դեպքում երկու դինամոմետրերի ցուցումները նույնը կլինեն. Սա նշանակում է, որ ուժը, որով առաջին դինամոմետրը գործում է երկրորդի վրա, հավասար է այն ուժին, որով երկրորդ դինամոմետրը գործում է առաջինի վրա։

2 փորձ. Վերցնենք բավականաչափ ուժեղ մագնիս և երկաթե ձող և տեղադրենք գլանափաթեթների վրա՝ սեղանի վրա շփումը նվազեցնելու համար: Մենք միանման փափուկ զսպանակներ ենք ամրացնում մագնիսի և ձողի վրա, որոնց մյուս ծայրերը կցված են սեղանին: Մագնիսն ու ձողը կգրավեն միմյանց և կձգեն աղբյուրները։

Փորձը ցույց է տալիս, որ երբ շարժումը դադարում է, զսպանակները հավասարապես ձգվում են։ Սա նշանակում է, որ ուժերը, որոնք հավասար են մեծությամբ և հակառակ ուղղությամբ, գործում են երկու մարմինների վրա աղբյուրների կողմից։

Քանի որ մագնիսը գտնվում է հանգստի վիճակում, ուժը մեծությամբ հավասար է և հակառակ ուղղությամբ այն ուժին, որով բլոկը գործում է դրա վրա:

Նույն կերպ, բլոկի վրա մագնիսից և զսպանակից ազդող ուժերը մեծությամբ հավասար են և հակառակ ուղղությամբ:

Փորձը ցույց է տալիս, որ երկու մարմինների փոխազդեցության ուժերը մեծությամբ հավասար են, իսկ ուղղությամբ՝ հակառակ նույնիսկ այն դեպքերում, երբ մարմինները շարժվում են։

3 փորձ. Երկու հոգի A և B կանգնած են երկու սայլերի վրա, որոնք կարող են գլորվել ռելսերի վրա, նրանք իրենց ձեռքերում պահում են պարանի ծայրերը: Հեշտ է պարզել, որ անկախ նրանից, թե ով է քաշում պարանը՝ Ա-ն, Բ-ն, թե երկուսն էլ, սայլերը միշտ սկսում են շարժվել միաժամանակ և, առավել ևս, հակառակ ուղղություններով։ Չափելով սայլերի արագացումները՝ կարելի է ստուգել, ​​որ արագացումները հակադարձ համեմատական ​​են սայլերից յուրաքանչյուրի (ներառյալ անձի) զանգվածներին։ Դրանից բխում է, որ սայլերի վրա ազդող ուժերը մեծությամբ հավասար են։

Նյուտոնի առաջին օրենքը. Իներցիոն հղման համակարգեր

Որպես դինամիկայի առաջին օրենք, Նյուտոնն ընդունեց Գալիլեոյի կողմից հաստատված օրենքը. նյութական կետը պահպանում է հանգստի կամ միատեսակ գծային շարժում, մինչև այլ մարմինների ազդեցությունը դուրս բերի այն այս վիճակից:

Նյուտոնի առաջին օրենքը ցույց է տալիս, որ հանգիստը կամ միատեսակ գծային շարժումը չի պահանջում որևէ արտաքին ազդեցություն այն պահպանելու համար: Սա բացահայտում է մարմինների հատուկ դինամիկ հատկություն, որը կոչվում է նրանց իներցիա։

Համապատասխանաբար, Նյուտոնի առաջին օրենքը կոչվում է իներցիայի օրենք, իսկ մարմնի շարժումը այլ մարմինների ազդեցության բացակայության դեպքում՝ շարժում իներցիայով։

Մեխանիկական շարժումը հարաբերական է. նրա բնավորությունը նույն մարմնի համար կարող է տարբեր լինել միմյանց նկատմամբ շարժվող տարբեր տեղեկատու համակարգերում: Օրինակ՝ Երկրի արհեստական ​​արբանյակի վրա գտնվող տիեզերագնացն անշարժ է արբանյակի հետ կապված տեղեկատու շրջանակում: Միևնույն ժամանակ, Երկրի հետ կապված, այն արբանյակի հետ միասին շարժվում է էլիպսաձև ուղեծրով, այսինքն. ոչ հավասարաչափ կամ ուղիղ:

Հետևաբար, բնական է, որ Նյուտոնի առաջին օրենքը չպետք է բավարարվի բոլոր հղումների շրջանակում: Օրինակ՝ նավի խցիկի հարթ հատակին ընկած գնդակը, որը շարժվում է ուղիղ գծով և միատեսակ, կարող է սկսել շարժվել հատակի երկայնքով՝ առանց որևէ մարմնի ազդեցության: Դա անելու համար բավական է, որ նավի արագությունը սկսի փոխվել։

Հղման համակարգը, որի նկատմամբ արտաքին ազդեցություններից զերծ նյութական կետը գտնվում է հանգստի վիճակում կամ շարժվում է միատեսակ և ուղղագիծ, կոչվում է իներցիոն հղման համակարգ։ Առաջին օրենքի՝ Նյուտոնի առաջին օրենքի բովանդակությունը, ըստ էության, կրճատվում է երկու դրույթի. նախ, որ բոլոր մարմիններն ունեն իներցիայի հատկություն և, երկրորդ, որ կան հղման իներցիոն համակարգեր։

Ցանկացած երկու իներցիալ հղման համակարգեր կարող են շարժվել միմյանց համեմատ միայն թարգմանաբար և, ավելին, միատեսակ և ուղղագիծ: Փորձնականորեն հաստատվել է, որ հելիոկենտրոնային հղման համակարգը գործնականում իներցիոն է, որի սկզբնաղբյուրը գտնվում է Արեգակնային համակարգի զանգվածի կենտրոնում (մոտավորապես Արեգակի կենտրոնում), իսկ առանցքները գծված են երեք հեռավորության ուղղությամբ։ աստղեր, ընտրված, օրինակ, այնպես, որ կոորդինատային առանցքները փոխադարձաբար ուղղահայաց լինեն:

Լաբորատոր տեղեկատու համակարգը, որի կոորդինատային առանցքները կոշտ կապված են Երկրի հետ, իներցիոն չէ հիմնականում Երկրի ամենօրյա պտույտի պատճառով։ Այնուամենայնիվ, Երկիրը այնքան դանդաղ է պտտվում, որ ամենօրյա պտույտի ժամանակ նրա մակերեսի վրա կետերի առավելագույն նորմալ արագացումը չի գերազանցում 0,034 մ/: Հետևաբար, գործնական խնդիրների մեծ մասում լաբորատոր հղման համակարգը կարելի է մոտավորապես իներցիոն համարել:

Իներցիոն հղման համակարգերը առանձնահատուկ դեր են խաղում ոչ միայն մեխանիկայի, այլև ֆիզիկայի մյուս բոլոր ճյուղերում։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ Էյնշտեյնի հարաբերականության սկզբունքի համաձայն, ցանկացած ֆիզիկական օրենքի մաթեմատիկական արտահայտությունը պետք է ունենա նույն ձևը բոլոր իներցիոն հղման համակարգերում։

Ուժը վեկտորային մեծություն է, որը չափում է տվյալ մարմնի վրա այլ մարմինների մեխանիկական ազդեցությունը: Մեխանիկական փոխազդեցությունը կարող է առաջանալ ինչպես անմիջականորեն շփվող մարմինների միջև (օրինակ՝ շփման ժամանակ, երբ մարմինները սեղմում են միմյանց), այնպես էլ հեռավոր մարմինների միջև։ Նյութի հատուկ ձևը, որը նյութի մասնիկները միացնում է առանձին համակարգերի և որոշակի արագությամբ փոխանցում մի մասնիկի գործողությունը մյուսին, կոչվում է ֆիզիկական դաշտ կամ պարզապես դաշտ։

Հեռավոր մարմինների փոխազդեցությունն իրականացվում է նրանց ստեղծած գրավիտացիոն և էլեկտրամագնիսական դաշտերի միջոցով (օրինակ՝ մոլորակների ձգումը դեպի Արև, լիցքավորված մարմինների, հաղորդիչների փոխազդեցությունը հոսանքի հետ և այլն)։ Այլ մարմիններից տրված մարմնի վրա մեխանիկական գործողությունը դրսևորվում է երկու ձևով. Այն ընդունակ է առաջացնել, առաջին հերթին, խնդրո առարկա մարմնի մեխանիկական շարժման վիճակի փոփոխություն, և երկրորդ՝ դրա դեֆորմացիա։ Ուժի այս երկու դրսեւորումներն էլ կարող են հիմք ծառայել ուժերը չափելու համար։ Օրինակ՝ ուժի չափումը՝ օգտագործելով զսպանակային դինամոմետր՝ հիմնված Հուկի օրենքի վրա՝ երկայնական ձգման համար։ Օգտագործելով ուժի հասկացությունը մեխանիկայի մեջ, մենք սովորաբար խոսում ենք մարմնի շարժման և դեֆորմացիայի մասին՝ նրա վրա կիրառվող ուժերի ազդեցության տակ։

Այս դեպքում, իհարկե, յուրաքանչյուր ուժ միշտ համապատասխանում է այս ուժով դիտարկվող օբյեկտի վրա գործող ինչ-որ մարմնի։

F ուժը լիովին որոշվում է, եթե տրված են դրա մեծությունը, ուղղությունը տարածության մեջ և կիրառման կետը։ Ուղիղ գիծը, որով ուղղված է ուժը, կոչվում է ուժի գործողության գիծ։

F ուժով նյութական կետի վրա գործող դաշտը կոչվում է անշարժ դաշտ, եթե այն չի փոխվում t ժամանակի ընթացքում, այսինքն. եթե դաշտի որևէ կետում F ուժը բացահայտորեն կախված չէ ժամանակից.

Որպեսզի դաշտը անշարժ լինի, անհրաժեշտ է, որ այն ստեղծող մարմինները գտնվում են հանգստի վիճակում՝ համեմատած դաշտը դիտարկելիս օգտագործվող հղման իներցիոն համակարգի հետ:

Մի քանի ուժերի միաժամանակյա գործողություն նյութական կետի վրա Մ համարժեք է մեկ ուժի գործողությանը, որը կոչվում է արդյունք կամ արդյունք և հավասար է դրանց երկրաչափական գումարին:

Այն ներկայացնում է ուժերի փակվող բազմանկյունը

Քաշը. Զարկերակ

Դասական մեխանիկայի մեջ նյութական կետի զանգվածը դրական սկալյար մեծություն է, որն այս կետի իներցիայի չափն է։ Ուժի ազդեցության տակ նյութական կետը չի փոխում իր արագությունը ակնթարթորեն, այլ աստիճանաբար, այսինքն. ձեռք է բերում վերջավոր արագացում, որն ավելի փոքր է, այնքան մեծ է նյութական կետի զանգվածը։ Երկու նյութական կետերի զանգվածները համեմատելու համար բավական է չափել այս կետերի կողմից ձեռք բերված մոդուլներն ու արագացումները նույն ուժի ազդեցությամբ.

Որպես կանոն, մարմնի քաշը հայտնաբերվում է լծակի կշեռքի վրա կշռելով:

Դասական մեխանիկայի մեջ ենթադրվում է, որ.

ա) Նյութական կետի զանգվածը կախված չէ կետի շարժման վիճակից՝ լինելով նրա մշտական ​​բնութագիրը։

բ) Զանգվածը հավելումային մեծություն է, այսինքն. համակարգի (օրինակ՝ մարմնի) զանգվածը հավասար է այս համակարգի մաս կազմող բոլոր նյութական կետերի զանգվածների գումարին։

գ) Փակ համակարգի զանգվածը մնում է անփոփոխ այս համակարգում տեղի ունեցող գործընթացների ժամանակ (զանգվածի պահպանման օրենք):

Մարմնի ρ խտությունը տրված M կետում մարմնի փոքր տարրի dm զանգվածի հարաբերությունն է, ներառյալ M կետը, այս տարրի ծավալի dV արժեքին.

Քննարկվող տարրի չափերը պետք է այնքան փոքր լինեն, որ դրա սահմաններում խտությունը փոխելով կարելի է բազմապատիկ ավելի մեծ միջմոլեկուլային հեռավորություններ ձեռք բերել։

Մարմինը կոչվում է միատարր, եթե նրա բոլոր կետերում խտությունը նույնն է։ Միատարր մարմնի զանգվածը հավասար է նրա խտության և ծավալի արտադրյալին.

Տարասեռ մարմնի զանգվածը.

որտեղ ρ-ը կոորդինատների ֆունկցիա է, և ինտեգրումն իրականացվում է մարմնի ողջ ծավալով։ Անհամասեռ մարմնի միջին խտությունը (ρ) զանգվածի և ծավալի հարաբերակցությունն է՝ (ρ)=m/V։

Նյութական կետերի համակարգի զանգվածի կենտրոնը կոչվում է C կետ, որի շառավիղի վեկտորը հավասար է.

որտեղ և են i-րդ նյութական կետի զանգվածը և շառավիղը, n-ը համակարգի նյութական կետերի ընդհանուր թիվն է, իսկ m=-ը ամբողջ համակարգի զանգվածն է:

Զանգվածի արագության կենտրոն.

Վեկտորային մեծությունը, որը հավասար է նյութական կետի զանգվածի և դրա արագության արտադրյալին, կոչվում է այս նյութական կետի իմպուլս կամ իմպուլս։ Նյութական կետերի համակարգի իմպուլսը p վեկտորն է, որը հավասար է համակարգի բոլոր նյութական կետերի մոմենտի երկրաչափական գումարին.

Համակարգի իմպուլսը հավասար է ամբողջ համակարգի զանգվածի և դրա զանգվածի կենտրոնի արագության արտադրյալին.

Նյուտոնի երկրորդ օրենքը

Նյութական կետի դինամիկայի հիմնական օրենքը Նյուտոնի երկրորդ օրենքն է, որը խոսում է այն մասին, թե ինչպես է նյութական կետի մեխանիկական շարժումը փոխվում դրա վրա կիրառվող ուժերի ազդեցության տակ։ Նյուտոնի երկրորդ օրենքը ասում է՝ նյութական կետի ρ իմպուլսի փոփոխության արագությունը հավասար է F ուժին, որը գործում է դրա վրա, այսինքն.

որտեղ m և v են նյութական կետի զանգվածը և արագությունը:

Եթե ​​մի քանի ուժեր միաժամանակ գործում են նյութական կետի վրա, ապա Նյուտոնի երկրորդ օրենքում F ուժը պետք է հասկանալ որպես բոլոր գործող ուժերի երկրաչափական գումար՝ և՛ ակտիվ, և՛ ռեակցիոն ռեակցիաների, այսինքն. արդյունք ուժ.

F dt վեկտորային մեծությունը կոչվում է F ուժի տարրական իմպուլս իր գործողության dt կարճ ժամանակում։ F ուժի իմպուլսը վերջավոր ժամանակահատվածի համար մինչև-ից հավասար է որոշակի ինտեգրալի.

որտեղ F, ընդհանուր առմամբ, կախված է ժամանակից t.

Նյուտոնի երկրորդ օրենքի համաձայն՝ նյութական կետի իմպուլսի փոփոխությունը հավասար է դրա վրա ազդող ուժի իմպուլսին.

dp = F dt և ,

Որտեղ – նյութական կետի իմպուլսի արժեքը դիտարկվող ժամանակաշրջանի վերջում () և սկզբում ():

Քանի որ Նյուտոնյան մեխանիկայի մեջ նյութական կետի m զանգվածը կախված չէ կետի շարժման վիճակից, ապա.

Հետևաբար, Նյուտոնի երկրորդ օրենքի մաթեմատիկական արտահայտությունը կարող է ներկայացվել նաև ձևով

որտեղ է նյութական կետի արագացումը, r-ը նրա շառավիղի վեկտորն է: Համապատասխանաբար, Նյուտոնի երկրորդ օրենքի ձևակերպման մեջ ասվում է.

Նյութի շոշափելի և նորմալ արագացումը որոշվում է F ուժի համապատասխան բաղադրիչներով

որտեղ է նյութական կետի արագության վեկտորի մեծությունը, իսկ R-ն նրա հետագծի կորության շառավիղն է: Նյութական կետին նորմալ արագացում հաղորդող ուժն ուղղված է դեպի կետի հետագծի կորության կենտրոնը և, հետևաբար, կոչվում է կենտրոնաձիգ ուժ:

Եթե ​​նյութական կետի վրա միաժամանակ գործում են մի քանի ուժեր , ապա դրա արագացումը

Որտեղ. Հետևաբար, նյութական կետի վրա միաժամանակ գործող ուժերից յուրաքանչյուրը նրան տալիս է նույն արագացումը, կարծես այլ ուժեր չլինեին (ուժերի գործողության անկախության սկզբունքը):

Նյութական կետի շարժման դիֆերենցիալ հավասարումը կոչվում է հավասարում

Ուղղանկյուն դեկարտյան կոորդինատային համակարգի առանցքների վրա պրոյեկցիաներում այս հավասարումն ունի ձև.

որտեղ x, y և z շարժվող կետի կոորդինատներն են:

Նյուտոնի երրորդ օրենքը. Զանգվածի կենտրոնի շարժում

Մարմինների մեխանիկական ազդեցությունը միմյանց վրա դրսևորվում է նրանց փոխազդեցության տեսքով։ Այս մասին է վկայում Նյուտոնի երրորդ օրենքը՝ երկու նյութական կետեր միմյանց վրա գործում են թվայինորեն հավասար ուժերով և ուղղված հակառակ ուղղություններով՝ այս կետերը միացնող ուղիղ գծի երկայնքով։

Եթե ​​i-րդ նյութական կետի վրա ազդող ուժն է k-րդ կողմից, և արդյոք ուժը, որը գործում է k-րդ նյութական կետի վրա i-րդ կողմից, ապա, ըստ Նյուտոնի երրորդ օրենքի,

Ուժերը կիրառվում են տարբեր նյութական կետերի վրա և կարող են փոխհավասարակշռվել միայն այն դեպքերում, երբ այդ կետերը պատկանում են միևնույն բացարձակ կոշտ մարմնին։

Նյուտոնի երրորդ օրենքը էական լրացում է առաջին և երկրորդ օրենքներին: Այն թույլ է տալիս մեկ նյութական կետի դինամիկայից անցնել կամայական մեխանիկական համակարգի (նյութական կետերի համակարգ) դինամիկայի: Նյուտոնի երրորդ օրենքից հետևում է, որ ցանկացած մեխանիկական համակարգում բոլոր ներքին ուժերի երկրաչափական գումարը հավասար է զրոյի.

որտեղ n-ը համակարգում ընդգրկված նյութական կետերի թիվն է, և .

Վեկտորը, որը հավասար է համակարգի վրա ազդող բոլոր արտաքին ուժերի երկրաչափական գումարին, կոչվում է արտաքին ուժերի հիմնական վեկտոր.

որտեղ է i-րդ նյութական կետին կիրառվող արտաքին ուժերի արդյունքը:

Նյուտոնի երկրորդ և երրորդ օրենքներից հետևում է, որ առաջին ածանցյալը մեխանիկական համակարգի p իմպուլսի t ժամանակի նկատմամբ հավասար է համակարգի վրա կիրառվող բոլոր արտաքին ուժերի հիմնական վեկտորին,

.

Այս հավասարումն արտահայտում է համակարգի իմպուլսի փոփոխության օրենքը։

Քանի որ, որտեղ m-ը համակարգի զանգվածն է և նրա զանգվածի կենտրոնի արագությունն է, ապա մեխանիկական համակարգի զանգվածի կենտրոնի շարժման օրենքը ունի ձև.

, կամ ,

որտեղ է զանգվածի կենտրոնի արագացումը: Այսպիսով, մեխանիկական համակարգի զանգվածի կենտրոնը շարժվում է որպես նյութական կետ, որի զանգվածը հավասար է ամբողջ համակարգի զանգվածին և որի վրա ազդում է համակարգին կիրառվող արտաքին ուժերի հիմնական վեկտորին հավասար ուժ։

Եթե ​​դիտարկվող համակարգը կոշտ մարմին է, որը շարժվում է փոխադրաբար, ապա մարմնի բոլոր կետերի և նրա զանգվածի կենտրոնի արագությունները նույնն են և հավասար են մարմնի v արագությանը։ Համապատասխանաբար, մարմնի արագացումը և կոշտ մարմնի փոխադրական շարժման դինամիկայի հիմնական հավասարումը ունեն ձև.

Պնդում է, որ իներցիոն համակարգերում մարմնի արագացումը համաչափ է կիրառվող ուժին, ֆիզիկական մեծություն, որը փոխազդեցության քանակական չափանիշ է։ Մարմինների փոխազդեցությունը բնութագրող ուժի մեծությունը կարող է որոշվել, օրինակ, համակարգում լրացուցիչ ներմուծված առաձգական մարմնի դեֆորմացմամբ, որպեսզի դրա հետ փոխազդեցությունն ամբողջությամբ փոխհատուցի սկզբնականին: Համաչափության գործոն...

Մեխանիկական համակարգում գործող բոլոր ուժերի մեծությունն ու ուղղությունը, նյութական մարմինների զանգվածը, որոնցից այն բաղկացած է, և ժամանակի մեջ դրա պահվածքը կարելի է հաշվարկել ամբողջական ճշգրտությամբ: Դա Նյուտոնի երկրորդ օրենքն է, որը տալիս է ամբողջ դասական մեխանիկայի իր հատուկ հմայքը. այն սկսում է թվալ, կարծես ամբողջ ֆիզիկական աշխարհը կառուցված է ամենաճշգրիտ ժամանակաչափի պես, և դրանում ոչինչ չի վրիպում աչքից…

195. Սեղանին գիրք կա։ Ո՞ր մարմինների հետ է այն փոխազդում: Ինչու՞ է գիրքը հանգստանում:
Սեղանին ընկած գիրքը փոխազդում է Երկրի և սեղանի հետ: Այն հանգիստ վիճակում է, քանի որ այդ փոխազդեցությունները հավասարակշռված են:

196. Ո՞ր մարմինների փոխազդեցությամբ է պայմանավորված ամպերի շարժումը. աղեղից արձակված նետ; արկ ատրճանակի տակառի մեջ, երբ կրակում են. հողմային տուրբինի թևերի պտույտ.
Ամպի մեջ մտնող ջրի կաթիլների փոխազդեցությունը օդային հոսանքների և Երկրի հետ:
Շփվելով աղեղի, Երկրի և օդի հետ:
Վառոդի, հրացանի տակառի, դրա պաշարների և Երկրի պայթյունի արդյունքում առաջացած գազերի հետ փոխազդեցություն:
Ջրաղացի թեւերի փոխազդեցությունը ներգնա օդի հոսքի հետ:

197. Տվեք 3-5 մարմինների անուններ, որոնց հետ փոխազդեցության արդյունքում գնդակը կարող է շարժվել (կամ փոխել շարժման ուղղությունը):
Ֆուտբոլիստի ոտք, թենիսի ռակետ, գոլֆի մահակ, բեյսբոլի մահակ, օդի հոսք։

198. Ի՞նչ կլինի թելերի վրա կախված զսպանակի հետ, եթե այն սեղմող AB թելը լուցկիով այրվի (նկ. 38):
A B թելի գործողությունը զսպանակի վրա կդադարի, այն կկտրվի և կսկսի շարժվել:

199. Ինչու՞ է հրշեջին դժվարությամբ բռնել հրշեջ գուլպանը, որից ջուր է հոսում:
Հետադարձ երեւույթի պատճառով.

200. Ինչո՞ւ է խողովակը շեղվում, երբ դրանից ջուր է հոսում (նկ. 39):
Հոսող ջրի և խողովակի փոխազդեցության արդյունքում վերջինս կսկսի շարժվել։

201. Ինչու՞ խողովակը չի շեղվում, եթե խողովակին կցված ստվարաթղթի մի կտոր դրվում է դրանից դուրս հոսող ջրի ճանապարհին (տե՛ս խնդիրը 200), ինչպես ցույց է տրված նկար 40-ում:
Խողովակի և ջրի փոխազդեցությունը հավասարակշռված է ստվարաթղթի և խողովակի փոխազդեցությամբ, և այդպիսով խողովակը մնում է հանգստի վիճակում:

202. Ինչու՞ է թելի վրա կախված անոթը պտտվում, երբ ջուրը դուրս է հոսում (նկ. 41):
Խողովակներից հոսող ջրի հոսքը գործում է խողովակների պատերին: Արդյունքում անոթը պտտվում է։

203. Կոլբը կախված է թելի վրա (նկ. 42): Արդյո՞ք կոլբը կմնա հանգստի վիճակում, երբ դրա մեջ ջուրը ուժեղ եռա: Բացատրի՛ր երևույթը։
Ոչ տե՛ս թիվ 202։

204. Որոշ այգիներում մանկական խաղահրապարակներում տեղադրվում են հորիզոնական առանցքով պտտվող փայտյա բալոններ (թմբուկներ): Ո՞ր ուղղությամբ և ե՞րբ է երեխան վազում դրա երկայնքով:
Երեխային հեռացնում են գլանից, և այն շարժվում է հակառակ ուղղությամբ։

205. Ձուկը կարող է առաջ շարժվել՝ իր մաղձով ջրի շիթերը դուրս նետելով։ Բացատրեք այս երեւույթը:
Շարժման այս սկզբունքը կոչվում է ռեակտիվ: Ձկան մաղձից դուրս նետված ջուրը գործում է ձկան վրա, որը դրա պատճառով սկսում է շարժվել։

206. Ո՞րն է ջրլող թռչունների թիթեղավոր ոտքերի նպատակը:
Ցանցային ոտքերը թույլ են տալիս ավելի մեծ փոխազդեցություն ջրի և թռչնի միջև:

207. Ինչո՞ւ կրակելիս պետք է հրացանի կոթակը ամուր սեղմել ուսին:
Չամրացված հետույքը կարող է առաջացնել ուսի վնասվածք՝ նահանջի հետևանքով:

208. Ինչու՞ արկը և հրացանը կրակելիս տարբեր արագություններ են ստանում:
Հրացանի զանգվածը մի քանի անգամ մեծ է արկի զանգվածից, և համապատասխանաբար հրացանի արագությունը շատ անգամ փոքր կլինի արկի արագությունից։

209. Տղան բեռնված բեռնատարից ցատկում է ափ։ Ինչո՞ւ է բեռնատարի շարժումը ցատկին հակառակ ուղղությամբ աննկատ:
Նավի զանգվածը շատ ավելի մեծ է, քան տղայի զանգվածը, և արդյունքում հրացանի արագությունը գործնականում զրոյական է։

210. Ափից նույն հեռավորության վրա կա բեռով նավակ և նույն նավակ առանց բեռի։ Ո՞ր նավից է ավելի հեշտ ափ նետվելը: Ինչո՞ւ։
Ավելի հեշտ է ցատկել բեռնված նավից, քանի որ այն ավելի մեծ զանգված ունի։

211. ա) Սեղմված վիճակում հենակի վրա զսպանակը պահում են թելով (նկ. 43, ա). Եթե ​​թելը A կետում այրվի, զսպանակը կթռչի։ Նշեք, թե որ մարմինների փոխազդեցությունն է առաջացնում զսպանակի շարժումը:
բ) Եթե, օրինակ, սկզբում գնդակը դրվի զսպանակի վրա, ապա այն կսկսի շարժվել։ Ո՞ր մարմինների փոխազդեցությունը կառաջացնի գնդակի շարժում:
գ) Ձախ սայլի վրա երկաթից պատրաստված խորանարդ է, աջում՝ փայտից (նկ. 43, բ)։ Սայլերի արանքում դրվում է թելով սեղմված զսպանակ։ Եթե ​​թելը այրվի, սայլերը կսկսեն շարժվել։ Ո՞ր սայլը կունենա ամենաբարձր արագությունը: Ինչո՞ւ։
ա) Զսպանակի, հենարանի և թելի փոխազդեցությունը.
բ) Զսպանակի, թելի, գնդակի և հենարանի փոխազդեցությունը.
գ) m1v1 = m2v2. Սա նշանակում է, որ փայտե բլոկով սայլը ավելի մեծ արագություն կստանա, քանի որ այն ավելի քիչ զանգված ունի:

212. Ձախ սայլը (տե՛ս խնդիրը 211, գ) ձեռք է բերել 4 սմ/վ արագություն, աջը՝ 60 սմ/վ։ Ո՞ր սայլն է ավելի շատ և քանի՞ անգամ կշռում:

213. Որքա՞ն է ձախ սայլի զանգվածը (տես խնդիր 212), եթե աջ սայլի զանգվածը 50 գ է։

214. 90 կգ քաշով հետիոտնը շարժվում է 3,6 կմ/ժ արագությամբ, իսկ 7,5 կգ քաշով շունը՝ 12 մ/վ արագությամբ: Գտե՛ք հետիոտնի և շան ազդակների հարաբերակցությունը։

215. ա) Զսպանակի ծայրին ամրացված է պողպատե թիթեղ (նկ. 44): Զսպանակը սեղմված վիճակում պահվում է թելով։ Եթե ​​շարանը այրեք, զսպանակը ուղղվում է, և պողպատե թիթեղը միաժամանակ հարվածում է սեղանի վրա ընկած գնդերին: Գնդիկների զանգվածները հավասար են, բայց դրանք պատրաստված են տարբեր մետաղներից (ալյումին, կապար, պողպատ): Ի՞նչ մետաղից են պատրաստված գնդակը 1-ը, գնդակը 2-ը և գնդակը 3-ը: (Նկարում յուրաքանչյուր գնդակի դիրքը հարվածից հետո նշված է կետավոր գծով):
բ) Սայլերի արանքում դրվում է թելի օգնությամբ սեղմված զսպանակ (տե՛ս նկ. 43, բ)։ Եթե ​​թելը այրվի, ապա զսպանակի հետ փոխազդեցության արդյունքում սայլերը կսկսեն շարժվել։ Ինչպե՞ս կտարբերվեն սայլերի ձեռք բերած արագությունները, եթե ձախ սայլի զանգվածը 7,5 կգ է, իսկ աջը՝ 1,5 կգ։

216. Նկար 45-ում պատկերված սայլերի արանքում տեղադրվում է զսպանակ, որի ծայրերը կապված են թելով, սայլերի վրա ավազով անոթներ կան։ Երբ թելը այրվեց, աջ սայլը ձեռք բերեց ավելի մեծ արագություն, քան ձախը։ Ինչպե՞ս կարելի է դա բացատրել:
Ձախ սայլը աջից ծանր է։

217. Որքա՞ն է աջ սայլի զանգվածը (տե՛ս խնդիրը 216), եթե այն ձեռք է բերել 0,5 անգամ ավելի մեծ արագություն, քան ձախ սայլը, որի զանգվածը ծանրաբեռնվածությամբ 450 գ է։

218. Տղան ընտրում է պարան, իսկ նավակները լճում մոտենում են միմյանց (նկ. 46): Երկու միանման նավակներից որն է ավելի մեծ արագություն ձեռք բերում միմյանց մոտենալու պահին: Ինչո՞ւ։
Ձախ նավակն ավելի մեծ արագություն ունի, քանի որ այն ավելի թեթև է, քան աջը, որի մեջ նստած է երեխան։

219. Երկու սայլերի փոխազդեցության դեպքում դրանց արագությունը փոխվում է 20 և 60 սմ/վ: Ավելի մեծ տրոլեյբուսի զանգվածը 0,6 կգ է։ Որքա՞ն է փոքր սայլի զանգվածը:

220. Նույն ուժերը կիրառվեցին սեղանին ընկած գնդակների վրա նույն ժամանակահատվածում. Այս դեպքում 3 կգ կշռող գնդակը ձեռք է բերել 15 սմ/վ արագություն։ Ի՞նչ արագություն է ձեռք բերում 1 կգ-անոց գնդակը:

221. 45 կգ կշռող տղան 30 կգ կշռող անշարժ փչովի նավից ցատկել է ափ։ Միաժամանակ նավակը ձեռք է բերել ափի նկատմամբ 1,5 մ/վ արագություն։ Որքա՞ն է տղայի արագությունը նավակի համեմատ:

222. Տղան, որի զանգվածը 46 կգ է, 1 տոննա կշռող անշարժ լաստից 1,5 մ/վ արագությամբ ցատկել է ափ, ի՞նչ արագություն է ձեռք բերել լաստը ափի համեմատ:

223. Երկու սկզբնապես անշարժ մարմիններ կարո՞ղ են միմյանց հետ փոխազդեցության արդյունքում ձեռք բերել թվային հավասար արագություններ:
Նրանք կարող են՝ պայմանով, որ իրենց զանգվածները հավասար լինեն։

224. Պոմպի մխոցի տակի օդը սեղմվել է: Օդի զանգվածը փոխվե՞լ է։
Օդի զանգվածը չի փոխվել.

225. Քաշը իջեցրին ջրով անոթի մեջ։ Քաշի զանգվածը փոխվե՞լ է։
Քաշի զանգվածը չի փոխվել։

226. Երկու տղա պարանով քաշքշուկով մրցելիս տարբեր ուղղություններով քաշում են պարանը՝ յուրաքանչյուրը 500 Ն ուժ գործադրելով դրա վրա: Արդյո՞ք պարանը կկոտրվի, եթե այն դիմանա ընդամենը 800 Ն լարման ուժին:
Այն չի պատռվի, քանի որ դրա վրա գործում է ընդամենը 500 N ուժ։

227. Արդյո՞ք ջրի զանգվածը կփոխվի, երբ դրա մի մասը վերածվի սառույցի կամ գոլորշու:
Նրա զանգվածը կփոխվի սառույցի կամ գոլորշու զանգվածին հավասար քանակությամբ։