Styrka

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 12 februari 2022; kontroller kräver 9 redigeringar .
Styrka
Dimensionera LMT- 2
Enheter
SI newton
GHS Dina
Anteckningar
vektorkvantitet

Kraft  är en fysisk vektorkvantitet , som är ett mått på påverkan på en given kropp från andra kroppar eller fält . Appliceringen av kraft orsakar en förändring av kroppens hastighet eller uppkomsten av deformationer och mekaniska påfrestningar . Deformation kan ske både i själva kroppen och i föremålen som fixerar den - till exempel fjädrar.

Andra kroppars påverkan på kroppen sker alltid genom de fält som skapas av kropparna och uppfattas av kroppen i fråga. De olika interaktionerna kommer ner till fyra grundläggande ; enligt standardmodellen för partikelfysik realiseras dessa fundamentala interaktioner ( svaga , elektromagnetiska , starka och möjligen gravitationella ) genom utbyte av mätare bosoner [1] .

För att beteckna styrka används vanligtvis symbolen F  - från lat.  fortis (stark).

Det finns ingen allmänt accepterad definition av kraft, i moderna fysikläroböcker anses kraft som orsaken till acceleration [2] . Den viktigaste fysiska lagen, som inkluderar kraft, är Newtons andra lag . Den säger att i tröghetsreferenssystem sammanfaller accelerationen av en materialpunkt i riktningen med den resulterande kraften, dvs. summan av krafterna som appliceras på kroppen, och i modul är direkt proportionell mot modulen för resultanten och omvänt proportionell mot materialpunktens massa.

Ordet "makt" på ryska är tvetydigt och används ofta (i sig själv eller i kombinationer, i vetenskap och vardagliga situationer) i andra betydelser än den fysiska tolkningen av termen.

Allmän information

Om definitionen av styrka

För styrkan hos den definierande formeln , där det istället för en ellips skulle finnas en konstruktion från andra kvantiteter, existerar inte. Det finns inte heller någon standardiserad verbal definition - och detta ämne har varit föremål för diskussioner med deltagande av de största vetenskapsmännen sedan Newtons tid [3] . Ett försök att införa kraft som produkten av massa gånger acceleration eller koefficienten för elasticitet och töjning ( -ort ) skulle degenerera Newtons andra lag eller Hookes lag till en tautologi .

Frånvaron av en teoretisk (semantisk) definition av kraft kan kompenseras genom en beskrivning av metoden för dess mätning, i kombination med en beskrivning av egenskaperna hos den aktuella storheten. Rent logiskt formulerar detta den så kallade operationella definitionen [4] .

Styrka egenskaper

Kraft är en vektorstorhet . Den kännetecknas av modul , riktning och appliceringspunkt . De använder också begreppet kraftlinje , vilket betyder en rät linje som går genom kraftens appliceringspunkt, längs vilken kraften riktas.

Kraftens beroende av avståndet mellan kropparna kan ha en annan form, men som regel, på stora avstånd, tenderar kraften till noll - därför, genom att flytta den betraktade kroppen bort från andra kroppar, blir situationen "frånvaro" av yttre krafter” säkerställs med god noggrannhet [5] . Undantag är möjliga i vissa problem inom kosmologi som rör mörk energi [6] .

Utöver uppdelningen efter typen av grundläggande interaktioner, finns det andra klassificeringar av krafter, inklusive: extern-inre (det vill säga verkar på materialpunkter (kroppar) i ett givet mekaniskt system från materialpunkter (kroppar) som inte hör hemma till detta system och krafterna för växelverkan mellan materiella punkter (kroppar) i ett givet system [7] ), potential och inte ( potentiellt om fältet för de krafter som studeras), elastisk- dissipativ , koncentrerad-fördelad (tillämpad på en eller många punkter), konstant eller variabel i tid.

Under övergången från en tröghetsreferensram till en annan utförs omvandlingen av krafter på samma sätt som fälten av motsvarande natur (till exempel elektromagnetisk, om kraften är elektromagnetisk). I klassisk mekanik är kraft en invariant av galileiska transformationer [8] .

Ett kraftsystem är en uppsättning krafter som verkar på kroppen i fråga eller på punkterna i ett mekaniskt system. Två kraftsystem kallas ekvivalenta om deras verkan individuellt på samma stela kropp eller materialpunkt är densamma, allt annat lika [7] .

Ett balanserat kraftsystem (eller ett kraftsystem motsvarande noll) är ett kraftsystem vars verkan på en stel kropp eller materialpunkt inte leder till en förändring i deras kinematiska tillstånd [7] .

Kraftdimension

Dimensionen av kraft i det internationella kvantitetssystemet ( Engelska  International System of Quantities, ISQ ), på vilket International System of Units (SI) är baserat, och i LMT- systemet av kvantiteter , som används som grund för CGS- systemet för enheter , är LMT −2 . Måttenheten i SI är newton (rysk beteckning: N; internationell: N), i CGS-systemet - dyna (rysk beteckning: dyn, internationell: dyn).

Exempel på kraftvärden

Styrka (N)
Attraktionskraften mellan solen och jorden [tio]
Attraktionskraften mellan jorden och månen [tio]
Drivkraften hos motorerna i de första och andra stegen av bärraketen "Soyuz" [elva]
Dragkraft för diesellokomotiv 2TE70 [12]
Attraktionskraft mellan en elektron och en proton i en väteatom [tio]
Styrkan hos ljudtrycket i det mänskliga örat vid hörseltröskeln [tio]

Det resulterande kraftsystemet

Om flera krafter appliceras på en ofixad kropp, ger var och en av dem kroppen en sådan acceleration som den skulle ge i frånvaro av andra krafters verkan. Detta uttalande, baserat på experimentella fakta, kallas principen om oberoende av krafternas verkan ( principen om överlagring ). Därför, när man beräknar en kropps acceleration, ersätts alla krafter som verkar på den av en kraft, som kallas resultanten, nämligen vektorsumman av alla verkande krafter. I det speciella fallet att de resulterande krafterna är lika med noll, kommer kroppens acceleration också att vara noll.

Mäta krafter

Två metoder används för att mäta krafter: statisk och dynamisk [13] .

Den historiska aspekten av kraftbegreppet

I den antika världen

Mänskligheten började först uppfatta begreppet kraft genom den direkta erfarenheten av rörelsen av tunga föremål. "Styrka", "kraft", "arbete" var synonyma (som i modernt språk utanför naturvetenskapen). Överföringen av personliga förnimmelser till naturliga föremål ledde till antropomorfism : alla föremål som kan påverka andra (floder, stenar, träd) måste vara levande, levande varelser måste innehålla samma kraft som en person kände i sig själv.

I och med mänsklighetens utveckling blev makten gudomliggjord, och både de egyptiska och mesopotamiska maktgudarna symboliserade inte bara grymhet och makt, utan också ordning på saker och ting i universum [14] . Bibelns Allsmäktige Gud bär också associationer med makt i sina namn och epitet [15] .

I antiken

När grekiska vetenskapsmän började tänka på rörelsens natur uppstod begreppet kraft som en del av Herakleitos lära om statik som en balans mellan motsatser [16] . Empedokles och Anaxagoras försökte förklara orsaken till rörelsen och kom till begrepp som låg nära begreppet kraft [16] . Hos Anaxagoras drivs "sinne" av materia utanför det [17] . I Empedocles orsakas rörelsen av kampen mellan två principer, "kärlek" (filia) och "fiendskap" (fobi) [17] , som Platon betraktade som attraktion och avstötning [18] . Samtidigt förklarades interaktion, enligt Platon, i termer av fyra element (eld, vatten, jord och luft): nära ting attraheras, jord till jord, vatten till vatten, eld till eld [19] . I den antika grekiska vetenskapen hade varje element också sin plats i naturen, som det försökte ockupera. Sålunda förklarades till exempel tyngdkraften på två sätt: attraktionen av liknande saker och elementens önskan att ta deras plats [20] . Till skillnad från Platon ockuperade Aristoteles konsekvent den andra positionen, som sköt upp konceptet om den allmänna gravitationskraften, som skulle förklara rörelsen av jord- och himlakroppar, till Newtons tid [20] .

För att beteckna kraftbegreppet använde Platon termen "dynamis" ("möjlighet" för rörelse). Termen användes i en utökad betydelse, nära det moderna begreppet makt : kemiska reaktioner, värme och ljus var också dynamiser [21] .

Aristoteles ansåg två olika krafter: inneboende i kroppen själv (”natur”, fysik) och kraften med vilken en kropp drar eller trycker en annan (medan kropparna måste vara i kontakt) [22] . Det var detta kraftbegrepp som utgjorde grunden för den aristoteliska mekaniken, även om dualismen förhindrade den kvantitativa bestämningen av kraften av interaktion mellan två kroppar (eftersom vikt var en naturlig kraft som inte var relaterad till interaktion, och därför inte kunde användas som en standard) [23] . I fallet med naturlig rörelse (fall av en tung kropp eller lyft av en lätt kropp) föreslog Aristoteles en formel för hastighet i form av förhållandet mellan tätheterna hos den rörliga kroppen A och det medium genom vilket rörelsen sker, B : v=A/B [24] (ett uppenbart problem för fallet med lika tätheter noterades redan på VI-talet [25] ).

Han var engagerad i studiet av krafter i processen att designa enkla mekanismer under III-talet. före Kristus e. Arkimedes [26] . Arkimedes betraktade krafter i statik och rent geometriskt, och därför är hans bidrag till utvecklingen av kraftbegreppet obetydligt [27] .

Stoikerna bidrog till utvecklingen av kraftbegreppet . Enligt deras lära kopplade krafter oupplösligt samman två kroppar genom en långvarig "sympati" eller (i Posidonius ) genom en universell spänning som genomsyrar hela rymden. Stoikerna kom till dessa slutsatser genom att observera tidvattnet , där samspelet mellan månen, solen och vattnet i havet var svårt att förklara utifrån Aristoteles kortdistansverkan (Aristoteles trodde själv att solen gick ner i havet , orsakar vindar som leder till tidvatten) [28] .

I förklassisk mekanik

Bacon och Ockham tog tillbaka till vetenskapen idén om handling på distans .

Bacon kallade de långväga krafterna arter (vanligtvis är denna Bacon-specifika term inte översatt) och ansåg deras distribution i miljön som en kedja av nära interaktioner. Sådana krafter, enligt Bacon, hade en helt kroppslig karaktär, den närmaste motsvarigheten i modern fysik är en våg [29] .

Occam var den första att förkasta den aristoteliska beskrivningen av interaktion som direkt kontakt och deklarerade möjligheten för en rörelsedrivande att agera på rörelseapparaten på avstånd, med hänvisning till magneter som ett av exemplen [30] .

Den aristoteliska formeln v=A/B reviderades också. Redan på 600-talet ansåg John Philopon skillnaden AB som den högra sidan, vilket förutom den problematiska situationen med identiska tätheter också gjorde det möjligt att beskriva rörelse i ett vakuum [31] . På 1300-talet föreslog Bradwardine formeln v=log(A/B) [32] .

Keplers

Keplers syn på våld genomgick en snabb förändring. Redan 1600 betraktade Kepler krafter som en egenskap, liknande själen, som styr himlakropparnas rörelse. Men redan 1605 kom Kepler till slutsatsen att attraktion inte är en handling, utan en reaktion, attraktionskrafterna relaterar till den materiella världen och är föremål för matematiska studier. År 1607 kom Kepler till slutsatsen att tidvatten orsakas av inverkan av månens gravitation på haven [33] . Enligt M. Jenner kom Kepler på idén om en enhetlig gravitationsteori, som täcker både kroppars fall och Månens rörelse, före Newton [34] .

I klassisk mekanik

Med den klassiska mekanikens födelse formulerade Beckmann och Descartes lagen om bevarande av momentum . Efter att ha insett detta faktum, som begravde den aristoteliska kopplingen mellan kraft och hastighet, hade forskarna två alternativ: att definiera kraft som orsaken till hastighetsförändringen, eller att förkasta begreppet kraft som sådant. Descartes själv tillämpade ursprungligen begreppet kraft för att förklara en kropps accelererade fall till marken, men med tiden, i ett försök att geometriska fysiken, kom han till slutsatsen att begreppet kraft är artificiellt, och 1629 beskrev han process av fritt fall utan att nämna "kraft" [35] . Å andra sidan ansåg Galileo otvetydigt kraft som orsaken till ökningen av hastigheten för fritt fall [36] .

Newtons

I Newtons skrifter var begreppet kraft nära förknippat med gravitation, eftersom tolkningen av Keplerska resultat inom planetrörelsens fält upptog alla sinnen vid den tiden [37] . För första gången förekommer kraftbegreppet ( lat.  vis ) i Newtons " Principer " i två sammanhang: "intrinsic force" ( lat.  vis insita ), Newtonsk tröghetskraft och "applied force" ( lat.  vis impressa ) , ansvarig för att förändra kroppens rörelser. Newton pekade också ut separat centripetalkraften (som han tillskrev gravitation) med flera varianter: absolut kraft (liknande det moderna gravitationsfältet ), accelererande kraft (effekten av gravitation per massenhet, modern acceleration ) och drivkraft (produkt av massa och acceleration) [38] . Newton ger ingen generell definition av kraft. Som M. Jenner noterar är Newtons andra lag inte en definition av kraft av lagförfattaren själv (som tydligt skilde mellan definitioner och lagar), Newtons kraft är ett redan existerande begrepp, intuitivt ekvivalent med muskelstyrka [39] .

Modernitet

Slutet av 1900-talet präglades av dispyter om huruvida kraftbegreppet är nödvändigt inom vetenskapen och om krafter existerar i princip – eller är det bara en term som introducerats för bekvämlighets skull [40] .

Bigelow et al hävdade 1988 att krafter i huvudsak bestämmer orsakssamband och därför inte kan kasseras [41] . M. Jammer invände mot detta att i standardmodellen och andra fysikaliska teorier tolkas kraft endast som ett utbyte av rörelsemängd , därför reduceras kraftbegreppet till en enklare "interaktion" mellan partiklar. Denna interaktion beskrivs i termer av utbyte av ytterligare partiklar ( fotoner , gluoner , bosoner och eventuellt gravitoner ) [40] . Jammer ger följande förenklade förklaring: två skridskoåkare glider axel vid axel på isen, båda håller bollen. Ett snabbt och samtidigt utbyte av bollar kommer att leda till en frånstötande interaktion [42] .

Stinner noterar att Einsteins princip om ekvivalens av tyngdkrafterna och tröghetskrafterna i huvudsak förstör kraftbegreppet, i den allmänna relativitetsteorin finns inga yttre krafter (F från ekvationen F=ma) [43] .

Newtonsk mekanik

Newton bestämde sig för att beskriva föremåls rörelser med hjälp av begreppen tröghet och kraft. Efter att ha gjort detta konstaterade han längs vägen att alla mekaniska rörelser är föremål för allmänna bevarandelagar . År 1687 publicerade Newton sitt berömda verk " Matematical Principles of Natural Philosophy ", där han beskrev de tre grundläggande lagarna för klassisk mekanik ( Newtons lagar ) [44] [45] .

Newtons första lag

Newtons första lag säger att det finns referensramar där kroppar upprätthåller ett tillstånd av vila eller enhetlig rätlinjig rörelse i avsaknad av handlingar på dem från andra kroppar eller med ömsesidig kompensation av dessa influenser [45] . Sådana referensramar kallas tröghet . Newton föreslog att varje massivt (vilket betyder: "innehav av massa ", inte "bulkigt") föremål har en viss tröghetsmarginal som kännetecknar det "naturliga tillståndet" för detta föremåls rörelse. Denna idé förnekar Aristoteles åsikt, som ansåg bara vila som det "naturliga tillståndet" för ett föremål. Newtons första lag motsäger den aristoteliska fysiken, en av bestämmelserna i vilken är påståendet att en kropp kan röra sig med konstant hastighet endast under inverkan av en kraft. Det faktum att vila i den newtonska mekaniken i tröghetsreferensramar inte går att skilja från enhetlig rätlinjig rörelse, är skälet till Galileos relativitetsprincip . Bland helheten av kroppar är det i grunden omöjligt att avgöra vilka av dem som är "i rörelse" och vilka som är "i vila". Det är möjligt att tala om rörelse endast i relation till en specifik referensram. Mekanikens lagar gäller samma i alla tröghetsramar, med andra ord, de är alla mekaniskt likvärdiga . Det senare följer av de så kallade galileiska förvandlingarna [46] .

Newtons andra lag

Newtons andra lag är:

där  är massan av en materialpunkt, är dess acceleration,  är resultatet av de applicerade krafterna. Man tror att detta är "den näst mest kända formeln inom fysiken" ("den första" är formeln för ekvivalensen mellan massa och energi ), även om Newton själv aldrig uttryckligen skrev ner sin andra lag i denna form. För första gången kan denna form av lag hittas i verk av K. Maclaurin och L. Euler .

Newtons tredje lag

För två kroppar (låt oss kalla dem kropp 1 och kropp 2) anger Newtons tredje lag att kraften av kropp 1 på kropp 2 åtföljs av uppkomsten av en kraft som är lika i absolut värde, men i motsatt riktning, som verkar på kropp 1 från kropp 2 [47] . Matematiskt är lagen skriven så här:

Denna lag innebär att krafter alltid uppstår i par av "aktion-reaktion" [45] .

Grundläggande interaktioner

Alla krafter i naturen är baserade på fyra typer av grundläggande interaktioner. Den maximala utbredningshastigheten för alla typer av interaktion är lika med ljusets hastighet i vakuum . Elektromagnetiska krafter verkar mellan elektriskt laddade kroppar, gravitationskrafter verkar mellan massiva föremål. De starka och de svaga uppträder endast på mycket små avstånd och är ansvariga för interaktionen mellan subatomära partiklar , inklusive nukleonerna som utgör atomkärnor .

Intensiteten hos starka och svaga interaktioner mäts i energienheter ( elektronvolt ), och inte i kraftenheter , och därför förklaras användningen av termen "kraft" för dem av den tradition som har funnits sedan antiken för att förklara eventuella fenomen i världen omkring oss genom inverkan av "krafter" specifika för varje fenomen.

Begreppet kraft kan inte appliceras på fenomenen i den subatomära världen. Detta är ett koncept från den klassiska fysikens arsenal, förknippat (även om det bara är undermedvetet) med Newtonska idéer om krafter som verkar på avstånd. I subatomär fysik finns det inga sådana krafter längre: de ersätts av interaktioner mellan partiklar som uppstår genom fält, det vill säga några andra partiklar. Därför undviker högenergifysiker att använda ordet kraft och ersätter det med ordet interaktion [48] .

Interaktionen mellan varje typ beror på utbytet av motsvarande "bärare": elektromagnetiska - virtuella fotoner , svaga vektorbosoner , starka gluoner (och på stora avstånd - mesoner ). När det gäller gravitationsinteraktionen finns det teoretiska antaganden (till exempel inom strängteorin eller M-teorin ) att dess egen bärarboson, kallad graviton , också kan associeras med den , men dess existens har ännu inte bevisats. Högenergifysikexperiment utförda på 1970- och 1980-talen bekräftade idén att de svaga och elektromagnetiska interaktionerna är manifestationer av en mer global elektrosvag interaktion [49] . För närvarande görs försök att kombinera alla fyra grundläggande interaktioner till en (den så kallade grand unified theory ).

Gravity

Tyngdkraften ( gravitationskraften ) är en universell växelverkan mellan alla typer av materia . Inom ramen för den klassiska mekaniken beskrivs den av lagen om universell gravitation , formulerad av Newton i det redan nämnda verket " Matematical Principles of Natural Philosophy ". Newton erhöll storleken på den acceleration med vilken månen rör sig runt jorden , med antagande i beräkningen att gravitationskraften minskar omvänt med kvadraten på avståndet från den graviterande kroppen. Dessutom fann han också att accelerationen på grund av attraktionen av en kropp av en annan är proportionell mot produkten av massorna av dessa kroppar [50] . Baserat på dessa två slutsatser formulerades tyngdlagen: alla materialpartiklar attraheras mot varandra med en kraft som är direkt proportionell mot produkten av massorna ( och ) och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem:

Här är gravitationskonstanten [51] , vars värde först erhölls i hans experiment av Henry Cavendish . Med hjälp av denna lag kan man få formler för att beräkna gravitationskraften hos kroppar med godtycklig form. Newtons gravitationsteori beskriver väl rörelsen hos solsystemets planeter och många andra himlakroppar. Det är dock baserat på begreppet långdistanshandling , vilket motsäger relativitetsteorin . Därför är den klassiska gravitationsteorin inte tillämpbar för att beskriva rörelsen hos kroppar som rör sig med en hastighet nära ljusets hastighet, gravitationsfälten för extremt massiva föremål (till exempel svarta hål ), samt variabla gravitationsfält skapade av flytta kroppar på stora avstånd från dem [52] .

En mer allmän gravitationsteori är Albert Einsteins allmänna relativitetsteori . I den kännetecknas inte gravitationen av en invariant kraft som inte beror på referensramen. Istället betraktas den fria rörelsen av kroppar i ett gravitationsfält, uppfattad av observatören som rörelse längs krökta banor i tredimensionell rumtid med variabel hastighet, som rörelse genom tröghet längs en geodetisk linje i ett krökt fyrdimensionellt utrymme -tid, då tiden flyter olika på olika punkter. Dessutom är denna linje på sätt och vis "den mest direkta" - den är sådan att rum-tidsintervallet ( rätt tid ) mellan de två rum-tidspositionerna för en given kropp är maximalt. Rymdens krökning beror på massan av kroppar, såväl som på alla typer av energi som finns i systemet [1] .

Elektromagnetisk interaktion

Elektrostatiskt fält (fält för stationära laddningar)

Fysikens utveckling efter Newton lade till de tre grundläggande ( längd , massa , tid ) storheterna en elektrisk laddning med dimensionen "coulomb" (C). Men baserat på praktikens krav började de inte använda en laddningsenhet, utan en enhet av elektrisk ström som huvudenhet för mätning . Så i SI-systemet är grundenheten ampere , och laddningsenheten - pendant  - är en derivata av den.

Eftersom laddningen som sådan inte existerar oberoende av kroppen som bär den, manifesterar den elektriska växelverkan mellan kroppar sig i form av en kraft som betraktas i mekaniken, som orsakar acceleration. När det gäller den elektrostatiska interaktionen mellan två punktladdningar med värden och placerade i vakuum, används Coulombs lag . I den form som motsvarar SI-systemet har den formen:

där  är kraften med vilken laddning 1 verkar på laddning 2,  är en vektor riktad från laddning 1 till laddning 2 och är lika i absolut värde med avståndet mellan laddningarna, och  är en elektrisk konstant lika med ≈ 8,854187817•10 −12 F /m. När laddningar placeras i ett homogent och isotropiskt medium minskar interaktionskraften med en faktor ε, där ε är mediets permittivitet .

Kraften riktas längs linjen som förbinder punktladdningarna. Grafiskt avbildas ett elektrostatiskt fält vanligtvis som en bild av kraftlinjer, som är imaginära banor längs vilka en laddad partikel utan massa skulle röra sig. Dessa rader börjar på en och slutar på en annan laddning.

Magnetostatiskt fält (DC-fält)

Förekomsten av ett magnetfält erkändes redan på medeltiden av kineserna, som använde den "kärleksfulla stenen" - en magnet som en prototyp av en magnetisk kompass. Grafiskt avbildas magnetfältet vanligtvis som slutna kraftlinjer, vars täthet (som i fallet med ett elektrostatiskt fält) bestämmer dess intensitet. Historiskt sett var järnspån , hälld, till exempel på ett pappersark placerat på en magnet, ett visuellt sätt att visualisera magnetfältet .

Oersted fann att strömmen som flyter genom ledaren orsakar avböjning av den magnetiska nålen.

Faraday kom fram till att ett magnetfält skapas runt en strömförande ledare.

Ampere uttryckte en hypotes, erkänd i fysiken som en modell av processen för uppkomsten av ett magnetiskt fält, som antar förekomsten av mikroskopiska slutna strömmar i material, vilket tillsammans ger effekten av naturlig eller inducerad magnetism.

Dessutom fann Ampere att i en referensram i vakuum, i förhållande till vilken laddningen är i rörelse, det vill säga den beter sig som en elektrisk ström , uppstår ett magnetfält, vars intensitet bestäms av den magnetiska induktionsvektorn som ligger i ett plan vinkelrätt mot laddningens riktning.

Samma Ampere mätte för första gången samverkanskraften hos två parallella ledare med strömmar som flödade genom dem. En av ledarna skapade ett magnetfält runt sig, den andra reagerade på detta fält genom att närma sig eller förflytta sig iväg med en mätbar kraft, att veta vilken och storleken på strömstyrkan, det var möjligt att bestämma modulen för den magnetiska induktionsvektorn.

Kraftsamverkan mellan elektriska laddningar som inte är i rörelse i förhållande till varandra beskrivs av Coulombs lag. Men laddningarna i en sådan rörelse genererar också magnetiska fält , genom vilka de strömmar som skapas av laddningarnas rörelse i allmänhet kommer in i ett tillstånd av kraftinteraktion.

Den grundläggande skillnaden mellan kraften som uppstår från laddningarnas relativa rörelse och fallet med deras stationära placering är skillnaden i geometrin hos dessa krafter. När det gäller elektrostatik riktas kraften av interaktion mellan två laddningar längs linjen som förbinder dem. Därför är problemets geometri tvådimensionell och övervägandet utförs i planet som passerar genom denna linje.

När det gäller strömmar är kraften som kännetecknar magnetfältet som skapas av strömmen placerad i ett plan vinkelrätt mot strömmen. Därför blir bilden av fenomenet tredimensionell. Det magnetiska fältet som skapas av elementet i den första strömmen, oändligt litet i längd, som interagerar med samma element i den andra strömmen, i det allmänna fallet, skapar en kraft som verkar på den. Dessutom, för båda strömmarna, är denna bild helt symmetrisk i den meningen att numreringen av strömmarna är godtycklig.

Lagen om växelverkan mellan strömmar används för att standardisera elektrisk likström.

Stark interaktion

Den starka kraften är den grundläggande kortdistanskraften mellan hadroner och kvarkar . I atomkärnan håller den starka kraften ihop positivt laddade (upplever elektrostatisk repulsion) protoner, detta sker genom utbyte av pi-mesoner mellan nukleoner (protoner och neutroner). Pi-mesoner lever väldigt lite, deras livstid räcker bara för att tillhandahålla kärnkrafter inom kärnans radie, därför kallas kärnkrafter för kortdistans. En ökning av antalet neutroner "späder ut" kärnan, vilket minskar elektrostatiska krafter och ökar kärnkraften, men med ett stort antal neutroner börjar de själva, som är fermioner, uppleva avstötning på grund av Pauli-principen . Dessutom, när nukleonerna är för nära varandra, börjar utbytet av W-bosoner, vilket orsakar repulsion, tack vare vilket atomkärnorna inte "kollapsar".

Inom själva hadronerna håller den starka kraften samman kvarkarna  som utgör hadronerna. De starka fältkvanta är gluoner . Varje kvark har en av tre "färg" laddningar, varje gluon består av ett par "färg" - "antifärg". Gluoner binder kvarkar till den så kallade " inneslutningen ", på grund av vilken fria kvarkar för närvarande inte har observerats i experimentet. När kvarkarna rör sig ifrån varandra ökar energin i gluonbindningar och minskar inte som i fallet med kärnväxelverkan. Efter att ha spenderat mycket energi (genom att kollidera med hadroner i acceleratorn), kan man bryta kvark-gluonbindningen , men i det här fallet skjuts en stråle av nya hadroner ut. Däremot kan fria kvarkar existera i rymden: om en kvark lyckades undkomma instängdhet under Big Bang , då är sannolikheten att förinta med motsvarande antikvark eller förvandlas till en färglös hadron för en sådan kvark försvinnande liten.

Svag interaktion

Den svaga interaktionen är den grundläggande interaktionen på kort räckvidd. Räckvidd 10 −18 m. Symmetrisk med avseende på kombinationen av rumslig inversion och laddningskonjugering. Alla fundamentala fermioner ( leptoner och kvarkar ) deltar i den svaga interaktionen. Detta är den enda interaktionen där neutriner deltar (förutom gravitationen , som är försumbar i laboratoriet), vilket förklarar den kolossala penetrerande kraften hos dessa partiklar. Svag interaktion tillåter leptoner, kvarkar och deras antipartiklar att utbyta energi , massa , elektrisk laddning och kvanttal  - det vill säga att förvandlas till varandra. En av manifestationerna är beta-förfall .

Härledda typer av krafter

Hela mångfalden av krafter som manifesterar sig i naturen kan i princip reduceras till de fyra grundläggande krafter som presenterades i föregående avsnitt.

Till exempel är friktion en manifestation av elektromagnetiska krafter som verkar mellan atomerna på två kontaktytor, och Paulis uteslutningsprincip [53] , som inte tillåter atomer att tränga in i varandras område. Kraften som härrör från deformationen av fjädern , beskriven av Hookes lag , är också resultatet av verkan av elektromagnetiska krafter mellan partiklar och Pauli-uteslutningsprincipen, vilket tvingar atomerna i kristallgittret av ett ämne att hållas nära jämviktspositionen [1] . Tyngdkraften är resultatet av den grundläggande gravitationskraften på planeten.

Men i praktiken visar sig en sådan detaljering av olika krafters karaktär ofta vara olämplig eller omöjlig. Därför betraktas krafter som är "derivata" med avseende på grundläggande krafter vanligtvis som oberoende egenskaper hos kroppars interaktion och har sina egna namn: "spänningskraft", "van der Waals kraft" och andra (se listan över namn på krafter i fysiken ).

Tröghetskraft

Tröghetskraften  är en kraft som introduceras i icke-tröghetsreferensramar . Införandet av tröghetskrafter utförs för att ge rörelseekvationerna för kroppar i icke-tröghetsreferensramar samma form som ekvationen för Newtons andra lag i tröghetsramar. I ett antal fall gör detta tillvägagångssätt det möjligt att göra övervägandet av rörelse mer bekvämt och visuellt, och lösningen av motsvarande problem enklare.

I synnerhet i referensramen som är associerad med en likformigt accelererad rörlig kropp är tröghetskraften riktad motsatt accelerationen. Från den totala tröghetskraften, som är summan av den bärbara och Coriolis , kan centrifugalkraften och Corioliskraften särskiljas för enkelhetens skull .

Tröghetskrafterna skiljer sig fundamentalt från alla andra krafter genom att de inte motsvarar någon verklig växelverkan mellan kroppar. Samtidigt, på grund av likheten mellan tröghets- och gravitationsmassorna, enligt principen om ekvivalens mellan gravitations- och tröghetskrafterna , är det lokalt omöjligt att särskilja vilken kraft som verkar på en given kropp - gravitations- eller tröghetskraft .

Användningen av termen "tröghetskraft" i elementär fysik rekommenderas inte , eftersom alla rörelseekvationer i elementär fysik som standard beskriver rörelse i förhållande till tröghetsreferenssystem och begreppet "kraft" är alltid associerat med påverkan av något externt objekt och kan inte existera av sig självt. En indikation på tröghetskraften på diagrammet över de krafter som verkar på kroppen utvärderas i elementära fysikkurser som ett fel.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 Feynman, RP, Leighton, RB, Sands, M. Lectures on Physics, Vol 1  (obestämd) . - Addison-Wesley , 1963.  (engelska)
  2. ↑ Coelho, 2010 , sid. 91.
  3. ↑ Coelho, 2010 .
  4. ↑ A. A. Ivin , A. L. Nikiforov , Dictionary of Logic (se "operativ definition" ). - M .: Tumanit, red. centrum VLADOS (1997).
  5. ↑ I. Butikov, A. S. Kondratiev. § 15. Tröghet. Newtons första lag // Fysik för fördjupning 1. Mekanik. - S. 85, 87.
  6. ↑ Rupert W. Anderson. The Cosmic Compendium: The Big Bang & the Early Universe . — Lulu.com, 2015-03-28. - S. 86. - 244 sid. — ISBN 9781329024182 .
  7. ↑ 1 2 3 Tarasov V. N., Boyarkina I. V., Kovalenko M. V., Fedorchenko N. P., Fisenko N. I. Teoretisk mekanik. - M., TransLit, 2012. - C. 24-25
  8. ↑ V. I. Grigoriev. [bse.sci-lib.com/article008164.html Galileisk relativitetsprincip] . TSB , 3:e uppl. (1969-1978). — "...krafter... är invarianter i klassisk mekanik, dvs. kvantiteter som inte ändras när man flyttar från en referensram till en annan. Hämtad: 12 december 2020.
  9. ↑ Kabardin O.F., Orlov V.A., Ponomareva A.V. Valfri fysikkurs. 8: e klass. - M .: Education , 1985. - Upplaga 143 500 ex. — S. 208
  10. ↑ 1 2 3 4 Kabardin O.F., Orlov V.A., Ponomareva A.V. Valfri fysikkurs. 8: e klass. - M .: Education , 1985. - 3:e uppl., Reviderad. — 208 sid. – Upplaga 143 500 ex.
  11. ↑ Data hämtade från Wikipedia-artikeln Soyuz (startprogram)
  12. ↑ Data hämtade från Wikipedia-artikeln TEP70
  13. ↑ Targ S. M. Strength // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Streamers. - S. 494. - 704 sid. - 40 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-087-8 .
  14. ↑ Jammer, 1999 , sid. 18-20.
  15. ↑ Jammer, 1999 , sid. 21.
  16. ↑ 1 2 Jammer, 1999 , sid. 25.
  17. ↑ 1 2 Jammer, 1999 , sid. 26.
  18. ↑ Jammer, 1999 , sid. 27.
  19. ↑ Jammer, 1999 , sid. 31.
  20. ↑ 1 2 Jammer, 1999 , sid. 32.
  21. ↑ Jammer, 1999 , sid. 34-35.
  22. ↑ Jammer, 1999 , sid. 36.
  23. ↑ Jammer, 1999 , sid. 35-39.
  24. ↑ Jammer, 1999 , sid. 39.
  25. ↑ Jammer, 1999 , sid. 66.
  26. ↑ Heath, TL The Works of Archimedes (1897) . Archive.org. Hämtad 14 oktober 2007. Arkiverad från originalet 23 augusti 2011.  (Engelsk)
  27. ↑ Jammer, 1999 , sid. 41.
  28. ↑ Jammer, 1999 , sid. 41-42.
  29. ↑ Jammer, 1999 , sid. 60.
  30. ↑ Jammer, 1999 , sid. 64.
  31. ↑ Stinner 1994 , sid. 79.
  32. ↑ Jammer, 1999 , sid. 66-67.
  33. ↑ Jammer, 1999 , sid. 81-83.
  34. ↑ Jammer, 1999 , sid. 84.
  35. ↑ Jammer, 1999 , sid. 103-104.
  36. ↑ Jammer, 1999 , sid. 101.
  37. ↑ Jammer, 1999 , sid. 116-117.
  38. ↑ Jammer, 1999 , sid. 119-120.
  39. ↑ Jammer, 1999 , sid. 124.
  40. ↑ 1 2 Jammer, 1999 , sid. v.
  41. ↑ John Bigelow, Brian Ellis och Robert Pargetter. Krafter // Vetenskapsfilosofi 55, nr. 4 (dec., 1988): 614-630. doi : 10.1086 / 289464 
  42. ↑ Jammer, 1999 , sid. v-vi.
  43. ↑ Stinner 1994 , sid. 83-84.
  44. ↑ University Physics , Sears, Young & Zemansky, s. 18-38  (engelska)
  45. ↑ 1 2 3 Newton, I. The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy . - University of California Press, 1999. - ISBN 0-520-08817-4 .  (Engelsk)
  46. ↑ Multanovsky V.V. Kurs i teoretisk fysik. Klassisk mekanik. Grunderna i den speciella relativitetsteorin. Relativistisk mekanik. - M .: Utbildning, 1988. - S. 80−81.
  47. ↑ Henderson, Tom Lektion 4: Newtons tredje rörelselag (länk inte tillgänglig) . Fysikklassrummet (1996-2007). Hämtad 4 januari 2008. Arkiverad från originalet 23 augusti 2011.    (Engelsk)
  48. ↑ Capra, Fritjof DAO OF FYSICS. SPb., "ORIS" * "YANA-PRINT". 1994 304 sid. ISBN 5-88436-021-5
  49. ↑ Weinberg, S. Drömmar om en slutlig teori. - Vintage Books USA, 1994. - ISBN 0-679-74408-8 .  (Engelsk)
  50. ↑ University Physics , Sears, Young & Zemansky, s. 59-82  _
  51. ↑ Sir Isaac Newton: Den universella gravitationens lag . Astronomi 161 Solsystemet . Hämtad 4 januari 2008. Arkiverad från originalet 23 augusti 2011.  (Engelsk)
  52. ↑ "Gravity". Novikov ID // Physical Encyclopedia. Ch. ed. Prokhorov A. M. - M . : "Stora ryska encyklopedin", 1998. - T. 5. - S. 188−193. — 760 sid. — ISBN 5-85270-101-7 .
  53. ↑ Nave, R. Pauli uteslutningsprincip . Hyperfysik***** Kvantfysik . Hämtad 2 januari 2008. Arkiverad från originalet 23 augusti 2011.  (Engelsk)

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger