Dependența greutății corporale de mișcarea sa

18.11.2019

În această secțiune vă vom aminti de gravitație, accelerație centripetă și greutate corporală

Fiecare corp situat pe planetă este afectat de gravitatea Pământului. Forța cu care Pământul atrage fiecare corp este determinată de formulă

Punctul de aplicare este în centrul de greutate al corpului. gravitate arătând mereu în jos.

Se numește forța cu care corpul este atras de Pământ sub influența câmpului gravitațional al Pământului prin gravitație. Conform legii gravitației universale pe suprafața Pământului (sau în apropierea acestei suprafețe), o forță gravitațională acționează asupra unui corp de masă m

F t \u003d GMm / R2

unde M este masa Pământului; R este raza Pământului.
Dacă numai gravitația acționează asupra corpului și toate celelalte forțe se echilibrează reciproc, corpul face o cădere liberă. În conformitate cu a doua lege și formulă a lui NewtonF t \u003d GMm / R2 modulul de accelerare a căderii libere g se găsește prin formulă

g \u003d F t / m \u003d GM / R2.

Din formula (2.29) rezultă că accelerația gravitației nu depinde de masa m a corpului incident, adică. pentru toate corpurile dintr-un loc dat pe Pământ este la fel. Din formula (2.29) rezultă că Ft \u003d mg. În formă vectorială

F t \u003d mg

În § 5 s-a observat că, deoarece Pământul nu este o bilă, ci o elipsă de revoluție, raza sa polară este mai mică decât cea ecuatorială. Din formulăF t \u003d GMm / R2 se vede că din acest motiv gravitația și accelerația gravitației cauzate de aceasta sunt mai mari la pol decât la ecuator.

Gravitatea acționează asupra tuturor corpurilor din câmpul gravitațional al Pământului, dar nu toate corpurile cad pe Pământ. Acest lucru se explică prin faptul că mișcarea multor corpuri este împiedicată de alte corpuri, de exemplu, suporturi, fire de suspendare etc. Organisme care restricționează mișcarea altor corpuri sunt numite obligațiuni. Sub influența gravitației, legăturile sunt deformate și forța de reacție a legăturii deformate conform celei de-a treia legi a lui Newton echilibrează forța gravitației.

Accelerația gravitației este afectată de rotația Pământului. Această influență este explicată după cum urmează. Sistemele de referință conectate la suprafața Pământului (cu excepția a două conectate cu poli ai Pământului) nu sunt, strict vorbind, sisteme de referință inerțiale - Pământul se rotește în jurul axei sale și, împreună cu acesta, aceste sisteme de referință se deplasează de-a lungul cercurilor cu accelerație centripetă. Această non-inerție a sistemelor de referință se manifestă, în special, în faptul că valoarea accelerației gravitației este diferită în diferite locuri ale Pământului și depinde de latitudinea geografică a locului unde se află sistemul de referință asociat cu Pământul, în raport cu care este determinată accelerația gravitației.

Măsurătorile efectuate la diferite latitudini au arătat că valorile numerice ale accelerației gravitaționale diferă puțin unele de altele. Prin urmare, cu calcule nu foarte precise, se poate neglija non-inerția sistemelor de referință asociate cu suprafața Pământului, precum și diferența dintre forma Pământului și cea sferică și să presupunem că accelerația gravitației oriunde pe Pământ este aceeași și egală cu 9,8 m / s 2.

Din legea gravitației rezultă că gravitația și accelerația gravitației cauzate de aceasta scad odată cu distanța crescândă de Pământ. La o înălțime h de la suprafața Pământului, modulul de accelerare a căderii libere este determinat de formulă

g \u003d GM / (R + h) 2.

S-a stabilit că la o altitudine de 300 km deasupra suprafeței Pământului, accelerația gravitației este mai mică de 1 m / s2 decât cea a suprafeței Pământului.
În consecință, în apropierea Pământului (până la înălțimi de câțiva kilometri), forța gravitației practic nu se schimbă și, prin urmare, căderea liberă a corpurilor din apropierea Pământului este o mișcare uniform accelerată.

Greutatea corpului. Lipsa de greutate și supraîncărcare

Forța în care, datorită atracției către Pământ, corpul acționează asupra sprijinului sau suspendării sale, este numită greutatea corpului. Spre deosebire de gravitație, care este o forță gravitațională aplicată unui corp, greutatea este o forță elastică aplicată pe un suport sau suspensie (adică la o conexiune).

Observațiile arată că greutatea corporală P, determinată pe un echilibru de arc, este egală cu forța de gravitație F care acționează asupra corpului numai dacă solzi cu corpul în raport cu Pământul se odihnesc sau se mișcă uniform și rectiliniu; În acest caz

P \u003d F t \u003d mg.

Dacă corpul se mișcă accelerat, atunci greutatea sa depinde de valoarea acestei accelerații și de direcția sa în raport cu direcția de accelerație a gravitației.

Când corpul este suspendat pe un echilibru al arcului, două forțe acționează asupra lui: forța de gravitație F t \u003d mg și forța elastică F yп a arcului. Dacă în același timp corpul se mișcă vertical în sus sau în jos în raport cu direcția de accelerație a gravitației, atunci suma vectorială a forțelor F t și F yn dă rezultatul, determinând accelerația corpului, adică.

F t + F yn \u003d ma.

Conform definiției de mai sus a conceptului de „greutate”, putem scrie că P \u003d -F yn. Din formula:F t + F yn \u003d ma. dat fiind faptul că F T \u003d mg, rezultă că mg-ma \u003d -F yn . Prin urmare, P \u003d m (g-a).

Forțele F t și F UP sunt direcționate de-a lungul unei linii verticale. Prin urmare, dacă accelerația corpului a este îndreptată în jos (adică coincide în direcția cu accelerația gravitației g), atunci modulo

P \u003d m (g-a)

Dacă accelerația corpului este îndreptată în sus (adică, opusă direcției de accelerație a gravitației), atunci

P \u003d m \u003d m (g + a).

Prin urmare, greutatea unui corp a cărui accelerație coincide în direcție cu accelerația gravitației este mai mică decât greutatea unui corp în repaus, iar greutatea unui corp a cărui accelerație este opusă direcției de accelerare a gravitației este mai mare decât greutatea unui corp în repaus. Creșterea greutății corporale cauzată de mișcarea sa accelerată se numește suprasarcină.

Cu căderea liberă a \u003d g. Din formula:P \u003d m (g-a)

rezultă că în acest caz P \u003d 0, adică nu există nicio greutate. Prin urmare, dacă corpurile se mișcă doar sub acțiunea gravitației (adică, se încadrează liber), acestea se află într-o stare imponderabilitate. O caracteristică caracteristică a acestei afecțiuni este absența deformărilor și a tensiunilor interne în corpurile care se încadrează liber, care sunt cauzate de gravitație în corpurile de repaus. Motivul pentru lipsa de greutate a corpurilor este faptul că gravitația oferă corpului care cade în mod liber și suportului (sau suspendării) aceleași accelerații.

În această secțiune, oferim exemple de forțe care acționează în sisteme mecanice. Aceasta este gravitația și greutatea corporală, elasticitatea și frecarea. Originea gravitației este asociată cu una dintre interacțiuni fundamentale - gravitațional. (Vom afla mai multe despre această interacțiune când studiem legea gravitației.) O altă interacțiune fundamentală este electromagnetic, adică interacțiunea dintre sarcinile electrice și curenți, este baza forțelor asociate cu deformarea corpurilor. Aceasta este, în primul rând, forțele elastice, precum și forțele de frecare care apar din cauza deformării la contactul suprafețelor dure. În timpul deformării, violarea distribuției echilibrului în interiorul atomilor, moleculelor sau ionilor din care sunt alcătuite corpurile este încălcată, ceea ce duce la o schimbare a forțelor care acționează între ei.

Gravitate și greutate. De asemenea, Galileo a înțeles că dacă nu țineți cont de forța rezistenței aerului care acționează asupra unui corp care se mișcă în el, atunci toate corpurile vor cădea pe Pământ cu aceeași accelerație. Forța care „oferă” această accelerație se numește gravitație.

În cadrul de referință conectat cu Pământul, pe fiecare corp de masă m acte gravitate

Dacă nu este convenit altfel, vom considera că forța gravitației coincide cu forța gravitației (atracția gravitațională a corpului spre Pământ). Strict vorbind, gravitația este rezultatul interacțiunii gravitaționale a corpului cu Pământul și inerția centrifugă care acționează asupra corpului în orice cadru rotativ de referință, în special, conectat la Pământ. Dar, deoarece forțele centrifuge sunt mult mai mici decât cele gravitaționale, în multe probleme (nu toate) ele pot fi ignorate.

Informații suplimentare

Video 3.6. Deformații elastice liniare și legea lui Hooke.

Apariția forței elastice în procesul oscilațiilor corpului pe un arc este prezentată în Fig. 3.18.

Informații suplimentare

http://www.plib.ru/library/book/17005.html - Strelkov S.P. Mecanica Ed. Science 1971 - p. 54 italic: deformare inelastică;

http://kvant.mirror1.mccme.ru/1973/10/mehanicheskie_svojstva_kristal.html - revista Quantum - privind calcularea modulului elastic al solidelor cristaline, a energiei de legare și a altor cantități fizice (G. B. Kuperman, E.D. Shchukin).

Fig. 3.18. Apariția forței elastice în procesul oscilațiilor corpului pe arc

Un exemplu. Care este coeficientul de rigiditate eficient pentru un arc compus din alte două arcuri cu factori de rigiditate și, dacă arcurile sunt conectate: a) în serie (Fig. 3.19), b) în paralel (Fig. 3.20).

Fig. 3,19. Conectarea în serie a arcurilor

Fig. 3.20. Racord paralel cu arc

decizie. Dacă întindeți arcuri conectate succesiv, atunci forțele elastice care apar în fiecare dintre ele sunt aceleași și sunt egale cu forța de tracțiune (vezi fig. 7): punctul de conectare este în echilibru. Prin urmare, extensiile de arc sunt, respectiv, egale

Alungirea totală a arcului compozit este

Rigiditatea eficientă a arcurilor conectate în serie este determinată din raportul:

Atunci când întind arcuri paralele conectate, alungirile lor sunt aceleași, astfel încât fiecare dintre ele are propria forță elastică:

În repaus, suma acestor forțe este egală cu forța de tracțiune (vezi Fig. 3.20):

astfel încât coeficientul de rigiditate al arcurilor conectate în paralel este egal cu

Într-o serie de probleme, când coeficientul de rigiditate este mare, magnitudinea deformării este neglijată, dar nu și consecințele acesteia, apărând forțe elastice. Acesta este, de asemenea, un exemplu de abstractizare fizică, un model.

Forța de frecare. Când sunt curate, fără lubrifiant lichid, suprafețele corpurilor solide vin în contact, apar forțe între ele, numite forțe frecare uscată. Caracteristica lor caracteristică: aceste forțe nu dispar, chiar și în absența mișcării relative a corpurilor în contact.

Se freacă frecarea care poate exista între corpuri care nu se mișcă unele față de altele frecare de odihnă.

Următoarea declarație se referă la forțe de frecare de odihnă:

Forța de frecare de odihnă este întotdeauna egală ca mărime și opusă în direcția unei forțe externe, care în absența frecării ar fi trebuit să provoace o alunecare relativă a corpurilor.

Cu toate acestea, forța de frecare de rest nu poate depăși o anumită valoare maximă. Atâta timp cât forța externă este mai mică, alunecarea relativă a corpurilor nu are loc, deoarece forța de frecare de rest "preia automat" o valoare care compensează efectul forței externe.

Video 3.7. Forța fricțiunii de odihnă și forța fricțiunii glisante: natura vie cu șampanie.

Forțele de frecare uscată între obiecte care se mișcă unele față de altele sunt numite forțele de frecare glisante.

Într-un mod destul de complicat, acestea depind de viteza mișcării relative, dar pentru o clasă largă de fenomene și perechi de materiale alăturate pot fi considerate constante și egale cu valoarea maximă a forței de frecare de odihnă. Acestea sunt direcționate astfel încât să prevină alunecarea relativă a corpurilor de contact.

Pentru valoarea maximă a forței de frecare de odihnă, relația legea Amonton-Coulomb:

Forța maximă de frecare de repaus este proporțională cu forța presiunii normale care apasă corpurile de contact

Fig. 3.21. Dependența forței de frecare de viteza relativă a corpurilor

unde este coeficientul de frecare de odihnă, în funcție de proprietățile suprafețelor de contact. Valorile tipice sunt date în tabel.

Coeficientul de frecare statică pentru unele perechi de materiale de contact

Trebuie avut în vedere faptul că coeficientul de frecare de odihnă depinde puternic nu numai de materialele corpurilor de contact, ci și de starea (tratamentul) suprafețelor acestora, precum și de prezența substanțelor străine, de exemplu, rugina pe suprafața pieselor din oțel.

La contactul solidelor între ele, nu acționează doar forțele de frecare uscată (de repaus sau de alunecare). Datorită deformării corpurilor, forțe de frecare de rulare. Ele sunt mult mai mici decât forțele de frecare ale odihnei și sunt de obicei neglijate.

Următorul exemplu demonstrează cazul în care forța de reacție de sprijin nu este paralelă cu forța de gravitație. Lăsați masa corpului să alunece de-a lungul unui plan înclinat, care face un unghi cu orizontul (Fig. 3.22).

Fig. 3.22. Mișcarea corpului pe un plan înclinat

Pentru a realiza o ecuație de mișcare, este necesar să stabilim ce forțe acționează asupra corpului în cauză. În acest caz, mai întâi este necesar să aflăm efectul de care ar trebui luate în considerare alte corpuri asupra acestui organism. Pentru un corp care alunecă de-a lungul unui plan înclinat, impactul de pe Pământ (este caracterizat prin gravitație) și acțiunea din plan (se caracterizează prin forța de reacție de susținere, unde este componenta normală a forței de reacție (forța de presiune normală) și este componenta tangențială a forței de reacție, sunt esențiale adică forța de frecare). În consecință, ecuația celei de-a doua legi sau a ecuației de mișcare are forma:

Pentru a găsi accelerația corpului, este necesar să treceți de la vectori la proiecțiile lor pe direcțiile selectate corespunzător. (De obicei este recomandat să selectați o axă de-a lungul direcției de mișcare ca unul dintre axele de coordonate). Proiectăm vectorii din ecuație în direcții și (a se vedea Fig. 3.22):

Presupunând că corpul alunecă în jos, în prima ecuație substituim forța de frecare glisantă

cu valoare Nîn urma celei de-a doua ecuații, adică:

Apoi, de la prima ecuație, după ce o împărțim în masă, pentru a accelera cu care corpul alunecă în jos, obținem:

Soluționăm problema în această formulare: corpul a fost așezat pe un plan înclinat și eliberat fără o smucitură, adică viteza inițială a corpului este zero. Dacă trebuie să determinați dependența coordonatei x corp din când în când t, putem presupune că valoarea sa inițială este, de asemenea, egală cu zero.

Strict vorbind, nu se știe dinainte dacă corpul va începe să alunece în jos sau nu. Să presupunem că corpul rămâne în repaus, găsim din ecuațiile de mișcare valoarea forței de frecare de odihnă și obținem condiția de menținere a stării de repaus din cerința ca forța de frecare de odihnă să nu poată depăși valoarea maximă egală cu forța de frecare de alunecare. Acesta este un truc general care duce la un rezultat - inegalitatea, atunci când este îndeplinită, starea de odihnă este păstrată - nu numai în acest caz cel mai simplu, ci și în situații mult mai complexe.

Dacă corpul este în repaus, atunci

iar forța de frecare din (3.2.13) este forța de frecare în rest

Înlocuind (3.2.16) și (3.2.17) în (3.2.13) forța de frecare de rest, obținem

Dar, forța de frecare de odihnă nu poate depăși valoarea maximă egală cu forța de frecare glisantă. Solicitând ca (3.2.18) să nu depășească (3.2.15), după contracții obținem condiția menținerii stării de repaus

Când inegalitatea este îndeplinită (unghiul este mic, coeficientul de frecare este mare), dacă corpul nu este plasat doar pe un plan înclinat, ci și împins în sus, corpul va începe să alunece, încetinind, va opri și va rămâne în picioare.

Atunci când efectuați inegalitatea opusă (unghi mare, coeficient mic de frecare)

corpul, încetinind să alunece în sus, se va opri și, „incapabil să reziste”, va aluneca în jos.

Fricțiunile uscate apar atunci când corpurile apăsate unul împotriva celuilalt intră în contact ca urmare a mișcării lor relative. Suprafețele corpurilor reale nu sunt netede, există rugozități pe ele (Fig. 3.23). Prin urmare, atingerea corpurilor nu are loc pe întreaga zonă de contact vizibil, ci în zone separate situate pe proeminențele suprafețelor. La alunecare, zonele de contact sunt distruse și reapar. Consecințele importante ale fricțiunii glisante în practică sunt încălzirea și uzura suprafețelor de frecare.

Fig. 3.23. Mecanismul frecării uscate

Informații suplimentare

http://www.plib.ru/library/book/17005.html - Strelkov S.P. Mecanica Ed. Science 1971 - p. 145–149 (§ 42): este descrisă fricțiunea cu alunecare uscată, legea lui Coulomb, ambreiajul auto;

http://vivovoco.rsl.ru/quantum/2002.01/SCHL_102.PDF - Anexă la jurnalul „Quantum” - frecare uscată (I. Slobodetsky);

http://www.plib.ru/library/book/17005.html - Strelkov S.P. Mecanica Ed. Science 1971 - pp. 261–263 (§ 75): fenomenul unei alunecări de mașini când frânează pe un drum alunecos;

http://www.plib.ru/library/book/17833.html - Khaikin S.E. Fundamentele fizice ale mecanicii, Nauka, 1971, p. 202-205 (§ 52): când se discută despre forțele de frecare uscată, se analizează fenomenul stagnării și alunecării unui automobil în timpul frânării.

Forța de rezistență. Când corpul se mișcă într-un mediu lichid sau gazos, forța de rezistență a mediului depinde de acesta, în funcție de viteza corpului. La viteze mici, forța de tracțiune este proporțională cu viteza

Odată cu creșterea vitezei corpului, forța de rezistență depinde de viteză conform legii cvadratice

În ambele cazuri, forța de rezistență este îndreptată împotriva vectorului vitezei corpului.

Dependența forței de viteza corpului duce la existența viteză constantăcând forța de tracțiune atinge mărimea forței motrice.

exemplu. Luați în considerare mișcarea lentă a unui corp sub acțiunea unei forțe constante \u003d const într-un mediu lichid. În proiecții cu privire la direcția forței, a doua lege a corpului Newton are forma

Lasă corpul să înceapă să se miște fără viteză inițială

Integrând ecuația celei de-a doua legi a lui Newton, obținem

de unde dependența vitezei corpului de timp ia forma:

În fig. 3.24 arată grafic dependența vitezei corpului de timp.

Fig. 3.24. Viteza corpului într-un mediu vâscos

Se poate observa că viteza corpului tinde către o valoare limitată în timp

Viteza mișcare constantă.

Informații suplimentare

http://www.plib.ru/library/book/17005.html - Strelkov S.P. Mecanica Ed. Science 1971 - pp. 138–143 (§40–41): frecare vâscoasă, legea lui Newton;

http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/9802_129.pdf - Soros Educational Journal, 1998, nr. 2 - forță de frecare familiară și necunoscută, imagine modernă de frecare (A. A. Pervozvansky);

http://www.plib.ru/library/book/17833.html - Khaikin S.E. Bazele fizice ale mecanicii, Science, 1971 - pp. 432–435 (§ 98): se analizează mișcarea echipajelor autopropulsate;

http://festival.1september.ru/articles/527711/ - Lecție deschisă pe tema „forțelor în natură” cu ilustrații;

http://www.plib.ru/library/book/17005.html - Strelkov S.P. Mecanica Ed. Science 1971 - pp. 90–91: No. 6: circulația a 3 bunuri suspendate pe 2 blocuri: fixe și mobile.

Astăzi considerăm două forțe care sunt adesea, teoria slab studiată, confundate. Este gravitate și greutatea corpului. Și apoi luați în considerare condiția pentru apariția unui fenomen fizic nevesomost.

Pentru început, reamintim că pentru a descrie fiecare forță, folosim următorul plan:

Definiția force.
Punctul de aplicare a forței.
Direcția de putere.
Formula prin care se calculează modulul de forță.

Astfel, pe toate trupurilesituat în câmpul gravitațional al Pământului (sau al altor planete) din partea Pământului (alte planete) gravitate (F m g).

gravitate – este forța cu care pământul acționează asupra corpului. Această putere atașat de centrul corpului și îndreptată de-a lungul liniei de plumb către centrul planetei. Formula de calcul a acestei forțe este destul de ușor de derivat din legea gravitației:

F \u003d GmM / R2 (*),

unde G (constantă gravitațională) \u003d 6,67 · 10 -11 Nm 2 / kg 2,

M (masa Pământului (planetă)) \u003d 5.9736 · 10 24 kg,

R (raza medie a Pământului (planetă)) \u003d 6.400 km.

expresie GM / R2 \u003d const (**), se numește accelerație gravitaționalăpe această planetă. Înlocuind numerele din expresia (**), putem calcula că accelerația gravitației pe Pământ

g \u003d GM / R 2 \u003d 6,67 · 10 -11 Nm 2 / kg 2 · 5.9736 · 10 24 kg / (6400 × 10 3 m) 2 \u003d 9.72751 ... N / kg \u003d

9.72751 ... kg m / s 2 kg \u003d 9.72751 ... m / s 2

Având în vedere că Pământul este aplatizat la poli și raza lui depinde de latitudinea geografică, pentru a rezolva problemele folosesc valoarea medie g \u003d 9,8 m / s 2, iar în unele cazuri rotunjesc până la g \u003d 10 m / s 2

Revenim la expresia (*), înlocuind valorile obținute în expresia (**) cu ea, obținem formula pentru calculul gravitației

F m g\u003d GmM / R2 \u003d mg. (***)

Acum să luăm în considerare o altă forță conform aceluiași plan. – greutatea corpului.

Greutate corporală (P) – forța cu care corpul acționează datorită gravitației (sau atracției altor planete) pe un suport sau suspensieținând acest corp de cădere liberă.Priviți cu atenție diferența de definiții a acestor două forțe!

Greutatea corporală nu trebuie confundată cu greutatea corporală m. Greutatea corpului – este o măsură a inerției corpului, a unei cantități scalare, măsurat în kilogramemasa aceluiași corp pe diferite planete (adică pentru g diferite) const! Și greutatea corporală – asta este putere .... (a se vedea definiția de mai sus) măsurate ca toate forțele din Newton, pot variaîn funcție de mișcarea corpului.

Punctul de aplicare a greutății corpul este punctul de contact dintre corp și suport (suspensie). Greutatea corporală direcționată perpendicular pe suport (de-a lungul continuării suspendării). Greutatea corporală Modulo este egală cu puterea reacției de susținere. / P / \u003d / N / (****) și este direcționat în sens invers. Și sarcina atunci când se calculează greutatea corporală se reduce la calcul forța de reacție a suportului (suspensiei) N.

Sarcina 1

Calculăm greutatea unui corp nemișcat de masă m, montat pe o suspensie.

Decizie.

Figura arată corpul, forțele care acționează asupra corpului și legea lui Newton II este scrisă în formă vectorială. Scriem această expresie în proiecție pe axa amplificatorului, ținând cont de faptul că a \u003d 0:

Având în vedere expresia (****), P \u003d N \u003d mg.

Sarcina 2

Calculăm greutatea unui corp de masă m, montat pe o suspensie, dacă corpul este ridicat cu accelerația a?

Decizie.

Având în vedere expresia (****), P \u003d N \u003d m (g + a).După cum puteți vedea atunci când ridicați cu accelerație, greutatea corporală,fixat pe o suspensie crește cu ma.

Sarcina 3.

Să calculăm greutatea unui corp de masă m fixat pe o suspensie, dacă corpul coboară cu accelerația a?

Decizie.

Notăm legea lui Newton în proiecție pe axa op-amperului, ținând cont de semnele:

ma \u003d mg – N

N \u003d mg – ma

N \u003d m (g – a)

Având în vedere expresia (****), P \u003d N \u003d m (g – a). După cum puteți vedea atunci când mergeți în jos cu accelerație, greutate corporală,fixat pe o suspensie Se scade.

Și dacă / a / \u003d / g /, atunci N \u003d m (g - a) \u003d m0 \u003d 0!

Iată-l stat, când greutatea corporală \u003d 0și numită gravitație zero. Ie în timpul căderii libere a corpului, corpul se află într-o stare de lipsă de greutate.

Dar chiar fiind într-o stare de lipsă de greutate, corpul va avea o masă care (dacă corpul nu este distrus) nu se schimbă!

Sper că, după ce ai citit acest articol, vei distinge cu încredere între cantitățile fizice precum greutatea corporală, gravitația, greutatea corporală. Și puteți explica și starea gravitației zero.

Mai aveți întrebări? Nu știi cum să găsești greutatea corporală?
Pentru a primi ajutor pentru tutori.
Prima lecție este gratuită!

blog.site, cu o copie completă sau parțială a materialului, este necesară o trimitere la sursa.

Trebuie să știți punctul de aplicare și direcția fiecărei forțe. Este important să se poată determina ce forțe acționează asupra corpului și în ce direcție. Forța este desemnată măsurată în Newton. Pentru a distinge forțele, acestea sunt desemnate după cum urmează

Mai jos sunt principalele forțe care acționează în natură. Este imposibil să inventați forțe inexistente atunci când rezolvați probleme!

Forțele în natură sunt multe. Aici avem în vedere forțele care sunt luate în considerare la cursul de fizică școlară atunci când studiem dinamica. De asemenea, sunt menționate și alte forțe, care vor fi luate în considerare în alte secțiuni.

gravitate

Fiecare corp situat pe planetă este afectat de gravitatea Pământului. Forța cu care Pământul atrage fiecare corp este determinată de formulă

Punctul de aplicare este în centrul de greutate al corpului. gravitate arătând mereu în jos.

Forța de frecare

Faceți cunoștință cu forța frecării. Această forță apare atunci când corpurile se mișcă și cele două suprafețe vin în contact. Forța apare ca urmare a faptului că suprafețele, când sunt privite la microscop, nu sunt netede așa cum apar. Forța de frecare este determinată de formula:

Forța se aplică la punctul de contact al celor două suprafețe. Este direcționat către mișcarea opusă.

Forța de reacție de sprijin

Imaginează-ți un obiect foarte greu întins pe o masă. Tabelul se îndoaie sub greutatea articolului. Dar în conformitate cu cea de-a treia lege a lui Newton, un tabel acționează asupra unui obiect cu exact aceeași forță ca un obiect de pe o masă. Forța este direcționată opus forței cu care obiectul apasă pe masă. Asta a trecut. Această forță se numește reacție de susținere. Numele forței spune sprijinul reacționează. Această forță apare întotdeauna atunci când există un efect asupra suportului. Natura apariției sale la nivel molecular. Subiectul, așa cum era, a deformat poziția și legăturile familiare ale moleculelor (în interiorul mesei), ei, la rândul lor, tind să revină la starea lor inițială, „să reziste”.

Absolut orice corp, chiar unul foarte ușor (de exemplu, un creion întins pe o masă), deformează suportul la nivel micro. Prin urmare, apare o reacție de sprijin.

Nu există o formulă specială pentru găsirea acestei forțe. O desemnează cu o literă, dar această forță este doar un tip separat de forță elastică, de aceea poate fi desemnată și ca

Forța se aplică la punctul de contact al obiectului cu suportul. Direcționat perpendicular pe suport.

Deoarece corpul este reprezentat ca un punct material, forța poate fi descrisă din centru

Forța elastică

Această forță apare ca urmare a deformării (schimbări în starea inițială a materiei). De exemplu, atunci când întindem un arc, creștem distanța dintre moleculele materialului cu arc. Când comprimăm resortul - reducem. Când ne răsucim sau ne schimbăm. În toate aceste exemple, apare o forță care împiedică deformarea - forța elasticității.

Legea lui Hooke

Forța elastică este îndreptată opus deformării.

Deoarece corpul este reprezentat ca un punct material, forța poate fi descrisă din centru

Când se conectează în serie, de exemplu, arcuri, rigiditatea este calculată după formulă

Cu conexiune paralelă, rigiditate

Rigiditatea probei. Modulul lui Young.

Modulul Young caracterizează proprietățile elastice ale materiei. Aceasta este o valoare constantă, depinzând doar de material, de starea sa fizică. Caracterizează capacitatea unui material de a rezista la tensiune sau la compresiune. Valoarea modulului lui Young este tabulară.

Citiți mai multe despre proprietățile solidelor.

Greutatea corpului

Greutatea corporală este forța cu care un obiect acționează asupra unui suport. Spuneți, este aceeași gravitație! Confuzia apare în următoarele: într-adevăr, deseori greutatea corpului este egală cu forța gravitației, dar aceste forțe sunt complet diferite. Gravitatea este forța care apare ca urmare a interacțiunii cu Pământul. Greutatea este rezultatul interacțiunii cu suportul. Forța gravitației se aplică în centrul de greutate al obiectului, în timp ce greutatea este forța care se aplică suportului (nu obiectului)!

Nu există formule pentru determinarea greutății. Această forță este notată prin scrisoare.

Forța de reacție a suportului sau forța de elasticitate apare ca răspuns la impactul unui obiect asupra unei suspensii sau a unui suport, de aceea greutatea corporală este întotdeauna numerică aceeași cu forța elastică, dar are direcția opusă.

Forța de reacție a sprijinului și greutatea sunt forțe de aceeași natură, în conformitate cu cele 3 legi ale lui Newton, sunt egale și opuse. Greutatea este o forță care acționează asupra unui suport, nu asupra organismului. Gravitatea acționează asupra corpului.

Greutatea corporală poate să nu fie egală cu gravitația. Poate fi mai mult sau mai puțin sau poate fi astfel încât greutatea să fie zero. Această condiție se numește imponderabilitate. Gravitatea zero este o stare când un obiect nu interacționează cu un suport, de exemplu, o stare de zbor: există gravitație, dar greutatea este zero!

Este posibil să se determine direcția de accelerație dacă se stabilește spre unde este direcționată forța rezultantă

Nota greutatea este puterea, măsurată în Newton. Cum să răspunzi la întrebarea: „Cât cântărești”? Răspundem la 50 kg, apelând nu la greutate, ci la masă! În acest exemplu, greutatea noastră este egală cu gravitația, adică cu aproximativ 500N!

suprasarcină - raportul dintre greutate și greutate

Forța Arhimede

Forța apare ca urmare a interacțiunii corpului cu un lichid (gaz) atunci când este cufundat într-un lichid (sau gaz). Această forță împinge corpul din apă (gaz). Prin urmare, este direcționat vertical în sus (împinge în afară). Este determinat de formula:

În aer, forța lui Arhimede este neglijată.

Dacă forța lui Arhimede este egală cu forța gravitației, corpul înoată. Dacă rezistența lui Arhimede este mai mare, atunci se ridică la suprafața lichidului, dacă este mai puțin, se scufundă.

Forțele electrice

Există forțe de origine electrică. Se produce în prezența unei încărcări electrice. Aceste forțe, cum ar fi forța Coulomb, forța Ampere, forța Lorentz, sunt discutate în detaliu în secțiunea Electricitate.

Desemnarea schematică a forțelor care acționează asupra corpului

Adesea corpul este modelat de un punct material. Prin urmare, în diagrame, diverse puncte ale aplicației sunt transferate într-un punct - spre centru, iar corpul este înfățișat schematic într-un cerc sau dreptunghi.

Pentru a indica corect forțele, este necesar să enumerăm toate corpurile cu care interacționează corpul studiat. Determinați ce se întâmplă ca urmare a interacțiunii cu fiecare: frecare, deformare, atracție sau poate repulsie. Determinați tipul de forță, indicați corect direcția. Atenție! Numărul de forțe va coincide cu numărul de corpuri cu care are loc interacțiunea.

Principalul lucru de reținut

1) Forțele și natura lor;
2) direcția forțelor;
3) Să fie capabil să identifice forțele care acționează

Există frecare externă (uscată) și internă (vâscoasă). Fricțiunea externă are loc între contactul cu suprafețe solide, frecarea internă se produce între straturile de lichid sau gaz în timpul mișcării relative. Există trei tipuri de frecare externă: frecare de repaus, frecare glisantă și frecare de rulare.

Frecarea prin rulare este determinată de formulă

Forța de rezistență apare atunci când un corp se mișcă într-un lichid sau într-un gaz. Mărimea forței de rezistență depinde de mărimea și forma corpului, de viteza acestuia și de proprietățile lichidului sau gazului. La viteze mici, forța de tracțiune este proporțională cu viteza corpului

La viteze mari, este proporțional cu pătratul vitezei

Luați în considerare atracția reciprocă a subiectului și a Pământului. Între ei, conform legii gravitației, apare o forță

Acum să comparăm legea gravitației și gravitația

Mărimea accelerației gravitației depinde de masa Pământului și de raza ei! Astfel, este posibil să se calculeze cu ce obiecte de accelerație vor cădea pe Lună sau pe orice altă planetă, folosind masa și raza acelei planete.

Distanța de la centrul pământului la poli este mai mică decât la ecuator. Prin urmare, accelerația gravitației la ecuator este puțin mai mică decât la poli. În același timp, trebuie menționat că principalul motiv pentru dependența accelerației gravitației de latitudinea terenului este faptul că Pământul se rotește în jurul axei sale.

Odată cu distanța de suprafața Pământului, forța gravitației și accelerația gravitației se schimbă invers cu pătratul distanței până în centrul Pământului.

Să luăm în considerare separat cazurile de conectare a unei surse de CA externe la un rezistor cu rezistență Rcondensator condensator C și inductorii L. În toate cele trei cazuri, tensiunea pe rezistor, condensator și bobină este egală cu tensiunea sursei de curent alternativ.

1. Rezistență în circuitul AC

Rezistența R se numește activă, deoarece un circuit cu o astfel de rezistență absoarbe energie.

Rezistență activă - dispozitiv în care energia unui curent electric este convertită ireversibil în alte tipuri de energie (internă, mecanică)

Lăsați tensiunea din circuit să se modifice conform legii: u \u003d Umcos ωt ,

atunci puterea actuală se modifică conform legii: i \u003d u / R \u003d I R cosωt

u este valoarea tensiunii instantanee;

i este valoarea instantanee a curentului;

I R - amplitudinea curentului care curge prin rezistor.

Relația dintre amplitudinile curentului și tensiunea de-a lungul rezistorului este exprimată prin raport Ri r = U R

Fluctuațiile rezistenței curentului coincid în faza cu fluctuațiile de tensiune. (adică, deplasarea de fază între curent și tensiune peste rezistor este zero).

2. condensator de curent alternativ

Când porniți condensatorul în circuitul de tensiune continuă, puterea curentă este zero, iar atunci când porniți condensatorul în circuitul de tensiune alternativă, puterea curentă nu este zero. În consecință, un condensator într-un circuit de tensiune alternativă produce mai puțină rezistență decât într-un circuit continuu.

I C și tensiune

Curentul conduce tensiunea de fază cu un unghi π / 2.

3. bobina de curent alternativ

Într-o bobină conectată la un circuit de tensiune alternativă, curentul este mai mic decât curentul din circuitul continuu pentru aceeași bobină. Prin urmare, bobina din circuitul de tensiune alternativă creează mai multă rezistență decât în \u200b\u200bcircuitul de tensiune continuă.

Raportul dintre amplitudinile curentului I L și tensiune U L:

ω Li l = U L

Curentul rămâne în fază de tensiune cu un unghi π / 2.

Acum puteți construi o diagramă vectorială pentru un circuit RLC secvențial în care apar oscilații forțate la o frecvență ω. Deoarece curentul care circulă prin secțiuni conectate în serie a circuitului este același, este convenabil să se construiască o diagramă vectorială în raport cu un vector care prezintă oscilațiile de curent în circuit. Amplitudinea curentă este notată de eu 0. Faza curentă este luată egală cu zero. Acest lucru este în întregime permis, deoarece interesul fizic nu se află în valorile absolute ale fazelor, ci în schimbările relative ale fazelor.

Diagrama vectorială din figură este construită pentru cazul când sau, în acest caz, tensiunea sursei externe depășește curentul care circulă în circuit cu un anumit unghi φ.

Diagrama vectorială pentru circuitul serial RLC

Figura arată că

de unde urmează

Din expresia pentru eu 0 se poate observa că amplitudinea curentă își ia valoarea maximă în condiție

Fenomenul unei creșteri a amplitudinii oscilațiilor de curent atunci când frecvența ω a sursei externe coincide cu frecvența naturală ω 0 a circuitului electric se numește rezonanță electrică . La rezonanță

Schimbarea de fază φ între tensiunea aplicată și curentul din circuit în timpul rezonanței se stinge. Rezonanța într-un circuit serial RLC se numește rezonanță de tensiune. În mod similar, cu ajutorul unei diagrame vectoriale, este posibil să se studieze fenomenul de rezonanță atunci când elementele sunt conectate în paralel R, L și C (Așa-numitele rezonanță actuală).

La o rezonanță secvențială (ω \u003d ω 0), amplitudinile U C și U L tensiunile pe condensator și bobină cresc brusc:

Figura ilustrează fenomenul de rezonanță într-un circuit electric în serie. Figura arată grafic dependența raportului de amplitudine U C tensiune pe condensator până la amplitudinea 0 a tensiunii sursei de la frecvența sa ω. Curbele din figură sunt numite curbe de rezonanță.