Styrke

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 12. februar 2022; checks kræver 9 redigeringer .

Styrke
$\F$
Dimension	LMT- 2
Enheder
SI	newton
GHS	Dina
Noter
vektor mængde

Kraft er en fysisk vektorstørrelse , som er et mål for påvirkningen af en given krop fra andre legemer eller felter . Anvendelsen af kraft forårsager en ændring i kroppens hastighed eller fremkomsten af deformationer og mekaniske spændinger . Deformation kan forekomme både i selve kroppen og i de genstande, der fikserer den - for eksempel fjedre.

Andre kroppes påvirkning af kroppen udføres altid gennem de felter, som kroppen skaber og opfatter af den pågældende krop. De forskellige interaktioner kommer ned til fire grundlæggende ; ifølge standardmodellen for partikelfysik realiseres disse fundamentale vekselvirkninger ( svage , elektromagnetiske , stærke og muligvis gravitationelle ) gennem udveksling af målebosoner [1] .

Til at betegne styrke bruges normalt symbolet F - fra lat. fortis (stærk).

Der er ingen almindeligt accepteret definition af kraft; i moderne fysiklærebøger betragtes kraft som årsagen til acceleration [2] . Den vigtigste fysiske lov, som inkluderer kraft, er Newtons anden lov . Den siger, at i inertielle referencesystemer falder accelerationen af et materialepunkt i retningen sammen med den resulterende kraft, dvs. summen af de kræfter, der påføres kroppen, og i modul er direkte proportional med modulet af resultanten og omvendt proportional med massen af materialepunktet.

Ordet "magt" på russisk er tvetydigt og bruges ofte (af sig selv eller i kombinationer, i videnskab og hverdagssituationer) i andre betydninger end den fysiske fortolkning af udtrykket.

Generel information

Om definitionen af styrke

For styrken af den definerende formel , hvor der i stedet for en ellipse ville være en konstruktion fra andre størrelser, eksisterer ikke. Der er heller ingen standardiseret verbal definition - og dette emne har været genstand for diskussioner med deltagelse af de største videnskabsmænd siden Newtons tid [3] . Et forsøg på at indføre kraft som produktet af masse gange acceleration eller koefficienten for elasticitet og belastning ( -ort ) ville degenerere Newtons anden lov eller Hookes lov til en tautologi . ${\vec {F}}\,\,{\stackrel {def}{=}}\ldots$ $m{\vec {a}}$ $k\Delta l\cdot {\vec {e}}_{x}$ $\vec{e}_x$

Fraværet af en teoretisk (semantisk) definition af kraft kan opvejes af en beskrivelse af metoden til dens måling, i kombination med en beskrivelse af egenskaberne for den mængde, der diskuteres. Rent logisk formulerer dette den såkaldte operationelle definition [4] .

Styrkeegenskaber

Kraft er en vektorstørrelse . Det er kendetegnet ved modul , retning og anvendelsespunkt . De bruger også begrebet kraftlinje , hvilket betyder en ret linje, der går gennem kraftpåføringspunktet, langs hvilken kraften er rettet.

Kraftens afhængighed af afstanden mellem kroppene kan have en anden form, men som regel, ved store afstande, har kraften en tendens til nul - derfor, ved at flytte den betragtede krop væk fra andre legemer, er situationen med "fravær af ydre kræfter” sikres med god nøjagtighed [5] . Undtagelser er mulige i nogle kosmologiske problemer relateret til mørk energi [6] .

Ud over opdelingen efter typen af fundamentale vekselvirkninger er der andre klassifikationer af kræfter, herunder: ekstern-indre (det vil sige, at de virker på materielle punkter (legemer) af et givet mekanisk system fra materielle punkter (legemer), der ikke hører til til dette system og kræfterne for vekselvirkning mellem materielle punkter (legemer) i et givet system [7] ), potentiale og ikke ( potentielt om feltet af de undersøgte kræfter), elastisk - dissiperende , koncentreret-fordelte (påført ved en eller mange punkter), konstant eller variabel i tid.

Under overgangen fra en inertiereference til en anden udføres transformationen af kræfter på samme måde som felterne af den tilsvarende karakter (for eksempel elektromagnetisk, hvis kraften er elektromagnetisk). I klassisk mekanik er kraft en invariant af galilæiske transformationer [8] .

Et kraftsystem er et sæt kræfter, der virker på det pågældende legeme eller på punkterne i et mekanisk system. To kraftsystemer kaldes ækvivalente, hvis deres virkning individuelt på det samme stive legeme eller materielle punkt er den samme, alt andet lige [7] .

Et afbalanceret kraftsystem (eller et kraftsystem svarende til nul) er et kraftsystem, hvis virkning på et stift legeme eller materialepunkt ikke fører til en ændring i deres kinematiske tilstand [7] .

Dimension af kraft

Kraftdimensionen i det internationale kvantitetssystem ( engelsk International System of Quantities, ISQ ), som det internationale system af enheder (SI) er baseret på, og i LMT -mængdesystemet , der anvendes som grundlag for CGS -systemet for enheder , er LMT -2 . Måleenheden i SI er newton (russisk betegnelse: N; international: N), i CGS-systemet - dyna (russisk betegnelse: dyn, international: dyn).

Eksempler på kraftværdier

	Styrke (N)
Tiltrækningskraften mellem solen og jorden	$3{,}5\ gange 10^{22}$ [ti]
Tiltrækningskraften mellem jorden og månen	$2{,}0\ gange 10^{20}$ [ti]
Trykkraften af motorerne i første og anden fase af løfteraketten "Soyuz"	$4{,}0\ gange 10^{6}$ [elleve]
Trækkraft af diesellokomotiv 2TE70	$6{,}1\ gange 10^{5}$ [12]
Tiltrækningskraft mellem en elektron og en proton i et brintatom	$2{,}0\ gange 10^{-8}$ [ti]
Styrken af lydtrykket i det menneskelige øre ved høretærsklen	$2{,}0\ gange 10^{-9}$ [ti]

Det resulterende kraftsystem

Hvis flere kræfter påføres et ufikseret legeme, giver hver af dem kroppen en sådan acceleration, som den ville bibringe i fravær af andre kræfters virkning. Denne erklæring, baseret på eksperimentelle fakta, kaldes princippet om uafhængighed af kræfternes handling ( princippet om superposition ). Når man beregner et legemes acceleration, erstattes derfor alle de kræfter, der virker på det, af én kraft, kaldet resultanten, nemlig vektorsummen af alle virkende kræfter. I det særlige tilfælde af lighed mellem de resulterende kræfter til nul, vil kroppens acceleration også være nul.

Måling af kræfter

To metoder bruges til at måle kræfter: statisk og dynamisk [13] .

Den statiske metode består i at balancere den målte kraft med en anden kraft, hvis værdi er kendt. For eksempel kan balancekraften være den elastiske kraft, der opstår i en gradueret fjeder deformeret af den undersøgte kraft. Instrumenter kaldet dynamometre er baseret på brugen af den statiske metode .
Den dynamiske metode er baseret på brugen af Newtons anden lovligning . Ligningen giver dig mulighed for at finde den kraft, der virker på kroppen, hvis kroppens masse og accelerationen af dets translationelle bevægelse i forhold til inertieneferenceramme er kendt. $m{\vec {a}}={\vec {F}}$ $\vec{F}$ $m$ ${\vec {a}}$

Det historiske aspekt af kraftbegrebet

I den antikke verden

Menneskeheden begyndte først at opfatte begrebet kraft gennem den direkte oplevelse af bevægelsen af tunge genstande. "Styrke", "kraft", "arbejde" var synonyme (som i moderne sprog uden for naturvidenskab). Overførslen af personlige fornemmelser til naturlige genstande førte til antropomorfisme : alle genstande, der kan påvirke andre (floder, sten, træer) skal være i live, levende væsener skal indeholde den samme kraft, som en person følte i sig selv.

Med menneskehedens udvikling blev magten guddommeliggjort, og både de egyptiske og mesopotamiske magtguder symboliserede ikke kun grusomhed og magt, men også at sætte tingene i orden i universet [14] . Bibelens Almægtige Gud bærer også associationer med magt i sine navne og tilnavne [15] .

I antikken

Da græske videnskabsmænd begyndte at tænke på bevægelsens natur, opstod begrebet kraft som en del af Heraklits lære om statik som en balance mellem modsætninger [16] . Empedokles og Anaxagoras forsøgte at forklare årsagen til bevægelsen og kom til begreber tæt på kraftbegrebet [16] . Hos Anaxagoras er "sind" drevet af stof udenfor det [17] . I Empedocles er bevægelsen forårsaget af kampen mellem to principper, "kærlighed" (philia) og "fjendskab" (fobi) [17] , som Platon betragtede som tiltrækning og frastødning [18] . Samtidig blev interaktion ifølge Platon forklaret ud fra fire elementer (ild, vand, jord og luft): tætte ting tiltrækkes, jord til jord, vand til vand, ild til ild [19] . I oldgræsk videnskab havde hvert element også sin plads i naturen, som det forsøgte at indtage. Således blev tyngdekraften for eksempel forklaret på to måder: Tiltrækningen af lignende ting og elementernes ønske om at tage deres plads [20] . I modsætning til Platon indtog Aristoteles konsekvent den anden position, som udsatte konceptet om den generelle tyngdekraft, som ville forklare bevægelsen af jord- og himmellegemer, indtil Newtons tid [20] .

For at betegne begrebet kraft brugte Platon udtrykket "dynamis" ("mulighed" for bevægelse). Udtrykket blev brugt i en udvidet betydning, tæt på det moderne magtbegreb : kemiske reaktioner, varme og lys var også dynamiser [21] .

Aristoteles betragtede to forskellige kræfter: iboende i kroppen selv ("natur", fysik) og den kraft, hvormed en krop trækker eller skubber en anden (mens kroppene skal være i kontakt) [22] . Det var dette kraftbegreb, der dannede grundlaget for den aristoteliske mekanik, selvom dualismen forhindrede den kvantitative bestemmelse af kraften i samspil mellem to legemer (da vægt var en naturlig kraft, der ikke var relateret til interaktion, og derfor ikke kunne bruges som standard) [23] . I tilfælde af naturlig bevægelse (fald af en tung krop eller løft af en let krop) foreslog Aristoteles en formel for hastighed i form af forholdet mellem tæthederne af det bevægelige legeme A og det medium, hvorigennem bevægelsen sker, B : v=A/B [24] (et åbenlyst problem for tilfældet med lige tætheder blev bemærket allerede i det VI århundrede [25] ).

Han var engageret i studiet af kræfter i processen med at designe enkle mekanismer i det tredje århundrede. f.Kr e. Arkimedes [26] . Arkimedes betragtede kræfter i statik og rent geometrisk, og derfor er hans bidrag til udviklingen af kraftbegrebet ubetydeligt [27] .

Stoikerne bidrog til udviklingen af magtbegrebet . Ifølge deres lære forbandt kræfter uløseligt to kroppe gennem en lang række "sympati" eller (i Posidonius ) gennem en universel spænding , der gennemsyrer hele rummet. Stoikerne kom til disse konklusioner ved at observere tidevandet , hvor samspillet mellem Månen, Solen og vandet i havet var vanskeligt at forklare ud fra positionen af Aristoteles' kortdistancehandling (Aristoteles mente selv, at Solen gik ned i havet , forårsager vinde, der fører til tidevand) [28] .

I præklassisk mekanik

Bacon og Ockham bragte ideen om handling på afstand tilbage til videnskaben .

Bacon kaldte langrækkende kræfter arter (normalt er dette Bacon-specifikke udtryk ikke oversat) og betragtede deres udbredelse i miljøet som en kæde af tætte interaktioner. Sådanne kræfter havde ifølge Bacon en fuldstændig kropslig karakter, den nærmeste ækvivalent i moderne fysik er en bølge [29] .

Occam var den første til at afvise den aristoteliske beskrivelse af interaktion som direkte kontakt og erklærede muligheden for en mover at handle på mover på afstand, idet han citerede magneter som et af eksemplerne [30] .

Den aristoteliske formel v=A/B blev også revideret. Allerede i det 6. århundrede betragtede John Philopon forskellen AB som den højre side, hvilket udover den problematiske situation med identiske tætheder også gjorde det muligt at beskrive bevægelse i et vakuum [31] . I det 14. århundrede foreslog Bradwardine formlen v=log(A/B) [32] .

Keplers

Keplers syn på magt undergik en hurtig forandring. Allerede i 1600 betragtede Kepler kræfter som en egenskab, der ligner sjælen, der styrer himmellegemernes bevægelse. Men allerede i 1605 kom Kepler til den konklusion, at tiltrækning ikke er en handling, men en reaktion, tiltrækningskræfterne relaterer sig til den materielle verden og er genstand for matematisk undersøgelse. I 1607 kom Kepler til den konklusion, at tidevandet er forårsaget af indflydelsen fra Månens tyngdekraft på havene [33] . Ifølge M. Jenner kom Kepler til ideen om en samlet teori om gravitation, der dækker både kroppes fald og Månens bevægelse, før Newton [34] .

I klassisk mekanik

Med fødslen af den klassiske mekanik formulerede Beckmann og Descartes loven om bevarelse af momentum . Efter at have indset denne kendsgerning, som begravede den aristoteliske forbindelse mellem kraft og hastighed, havde forskerne to muligheder: at definere kraft som årsagen til hastighedsændringen eller at forkaste kraftbegrebet som sådan. Descartes selv anvendte oprindeligt kraftbegrebet til at forklare et legemes accelererede fald til jorden, men over tid, i et forsøg på at geometrisere fysikken, kom han til den konklusion, at kraftbegrebet er kunstigt, og i 1629 beskrev han proces med frit fald uden at nævne "kraft" [35] . På den anden side betragtede Galileo utvetydigt kraft som årsagen til stigningen i hastigheden af frit fald [36] .

Newtons

I Newtons skrifter var kraftbegrebet tæt forbundet med gravitation, eftersom fortolkningen af Keplerske resultater inden for planetbevægelser optog alle sind på det tidspunkt [37] . For første gang optræder kraftbegrebet ( lat. vis ) i Newtons " Principper " i to sammenhænge: "intrinsic force" ( lat. vis insita ), Newtonsk inertikraft og "anvendt kraft" ( lat. vis impressa ) , ansvarlig for at ændre kroppens bevægelser . Newton udpegede også separat centripetalkraften (som han tilskrev gravitation) med flere varianter: absolut kraft (svarende til det moderne gravitationsfelt ), accelererende kraft (virkningen af tyngdekraften pr. masseenhed, moderne acceleration ) og drivkraft (produkt af masse og acceleration) [38] . Newton giver ikke en generel definition af kraft. Som M. Jenner bemærker, er Newtons anden lov ikke en definition af kraft af lovens forfatter selv (som tydeligt skelnede mellem definitioner og love), Newtons kraft er et allerede eksisterende begreb, som intuitivt svarer til muskelstyrke [39] .

Modernitet

Slutningen af det 20. århundrede var præget af stridigheder om, hvorvidt magtbegrebet er nødvendigt i videnskaben, og om kræfter eksisterer i princippet – eller er det blot et begreb indført for nemheds skyld [40] .

Bigelow et al hævdede i 1988, at kræfter i det væsentlige bestemmer årsagssammenhæng og derfor ikke kan kasseres [41] . M. Jammer protesterede mod dette, at kraft i standardmodellen og andre fysiske teorier kun fortolkes som en udveksling af vinkelmomentum , derfor er kraftbegrebet reduceret til en enklere "interaktion" mellem partikler. Denne interaktion er beskrevet i form af udveksling af yderligere partikler ( fotoner , gluoner , bosoner og muligvis gravitoner ) [40] . Jammer giver følgende forenklede forklaring: to skatere glider skulder ved skulder på isen, begge holder bolden. En hurtig og samtidig udveksling af bolde vil føre til en frastødende interaktion [42] .

Stinner bemærker, at Einsteins princip om ækvivalens af tyngdekraften og inerti i det væsentlige ødelægger kraftbegrebet, i den generelle relativitetsteori er der ingen ydre kræfter (F fra ligningen F=ma) [43] .

Newtonsk mekanik

Newton satte sig for at beskrive objekters bevægelse ved hjælp af begreberne inerti og kraft. Efter at have gjort dette, fastslog han undervejs, at enhver mekanisk bevægelse er underlagt generelle bevarelseslove . I 1687 udgav Newton sit berømte værk " Matematical Principles of Natural Philosophy ", hvori han skitserede de tre grundlæggende love for klassisk mekanik ( Newtons love ) [44] [45] .

Newtons første lov

Newtons første lov siger, at der er referencerammer , hvor kroppe opretholder en hviletilstand eller ensartet retlinet bevægelse i mangel af handlinger på dem fra andre kroppe eller med gensidig kompensation for disse påvirkninger [45] . Sådanne referencerammer kaldes inerti . Newton foreslog, at hvert massivt (betyder: "besidder masse ", ikke "rumfang") objekt har en vis inertimargin , der karakteriserer den "naturlige tilstand" af dette objekts bevægelse. Denne idé benægter Aristoteles' opfattelse, som kun betragtede hvile som den "naturlige tilstand" af et objekt. Newtons første lov er i modstrid med den aristoteliske fysik, hvor en af bestemmelserne er påstanden om, at et legeme kun kan bevæge sig med konstant hastighed under påvirkning af en kraft. Det faktum, at hvile i den newtonske mekanik i inerti-referencerammer ikke kan skelnes fra ensartet retlinet bevægelse, er begrundelsen for Galileos relativitetsprincip . Blandt helheden af kroppe er det grundlæggende umuligt at afgøre, hvilke af dem der er "i bevægelse", og hvilke der er "i hvile". Det er muligt kun at tale om bevægelse i forhold til en bestemt referenceramme. Mekanikkens love gælder det samme i alle inertierammer, med andre ord er de alle mekanisk ækvivalente . Det sidste følger af de såkaldte galilæiske transformationer [46] .

Newtons anden lov

Newtons anden lov er:

m{\vec {a}}={\vec {F}},

hvor er massen af et materialepunkt, er dets acceleration, er resultatet af de påførte kræfter. Det menes, at dette er "den næstmest berømte formel i fysik" ("den første" er formlen for ækvivalens mellem masse og energi ), selvom Newton selv aldrig eksplicit skrev sin anden lov ned i denne form. For første gang kan denne form for lov findes i K. Maclaurins og L. Eulers værker . $m$ ${\vec {a}}$ $\vec{F}$

Newtons tredje lov

For to kroppe (lad os kalde dem legeme 1 og legeme 2) , siger Newtons tredje lov , at legeme 1's virkningskraft på legeme 2 er ledsaget af tilsynekomsten af en kraft med samme absolutte værdi, men i modsat retning, der virker på krop 1 fra krop 2 [47] . Matematisk er loven skrevet som følger:

{\vec {F}}_{{1,2}}=-{\vec {F}}_{{2,1}}.

Denne lov betyder, at kræfter altid opstår i par af "handling-reaktion" [45] .

Grundlæggende interaktioner

Alle kræfter i naturen er baseret på fire typer grundlæggende interaktioner. Den maksimale udbredelseshastighed for alle typer interaktion er lig med lysets hastighed i vakuum . Elektromagnetiske kræfter virker mellem elektrisk ladede legemer, gravitationskræfter virker mellem massive genstande. De stærke og de svage optræder kun på meget små afstande og er ansvarlige for samspillet mellem subatomære partikler , herunder de nukleoner , der udgør atomkerner .

Intensiteten af stærke og svage vekselvirkninger måles i energienheder ( elektronvolt ), og ikke i kraftenheder , og derfor er brugen af udtrykket "kraft" til dem forklaret med den tradition, der har eksisteret siden antikken for at forklare evt. fænomener i verden omkring os ved påvirkning af "kræfter", der er specifikke for hvert fænomen.

Begrebet kraft kan ikke anvendes på fænomenerne i den subatomære verden. Dette er et koncept fra den klassiske fysiks arsenal, forbundet (selvom kun ubevidst) med newtonske ideer om kræfter, der virker på afstand. I subatomær fysik er der ikke sådanne kræfter længere: de erstattes af interaktioner mellem partikler, der opstår gennem felter, det vil sige nogle andre partikler. Derfor undgår højenergifysikere at bruge ordet kraft , og erstatte det med ordet interaktion [48] .

Interaktionen mellem hver type skyldes udvekslingen af de tilsvarende "bærere": elektromagnetiske - virtuelle fotoner , svage vektorbosoner , stærke - gluoner (og på store afstande - mesoner ). Med hensyn til gravitationsinteraktionen er der teoretiske antagelser (for eksempel i strengteori eller M-teori ), at dens egen bærer-boson, kaldet graviton , også kan forbindes med den , men dens eksistens er endnu ikke blevet bevist. Højenergifysikeksperimenter udført i 1970'erne og 1980'erne bekræftede ideen om, at de svage og elektromagnetiske interaktioner er manifestationer af en mere global elektrosvag interaktion [49] . I øjeblikket bliver der gjort forsøg på at kombinere alle fire grundlæggende interaktioner til én (den såkaldte grand unified theory ).

Tyngdekraften

Tyngdekraften ( tyngdekraften ) er en universel vekselvirkning mellem enhver form for stof . Inden for rammerne af den klassiske mekanik er det beskrevet af loven om universel gravitation , formuleret af Newton i det allerede nævnte værk " Matematical Principles of Natural Philosophy ". Newton opnåede størrelsen af den acceleration, hvormed Månen bevæger sig rundt om Jorden , idet man i beregningen antager, at tyngdekraften falder omvendt med kvadratet på afstanden fra det graviterende legeme. Derudover fandt han også ud af, at accelerationen på grund af tiltrækning af et legeme af et andet er proportional med produktet af disse kroppes masser [50] . Baseret på disse to konklusioner blev tyngdeloven formuleret: Alle materialepartikler tiltrækkes mod hinanden med en kraft , der er direkte proportional med produktet af masserne ( og ) og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem: $F$ $m_1$ $m_2$ $r$

F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{R^{2}}}.

Her er gravitationskonstanten [51] , hvis værdi først blev opnået i hans eksperimenter af Henry Cavendish . Ved hjælp af denne lov kan man få formler til beregning af tyngdekraften af legemer med vilkårlig form. Newtons gravitationsteori beskriver godt bevægelsen af planeterne i solsystemet og mange andre himmellegemer. Det er dog baseret på begrebet langdistancehandling , som er i modstrid med relativitetsteorien . Derfor er den klassiske gravitationsteori ikke anvendelig til at beskrive bevægelsen af legemer, der bevæger sig med en hastighed tæt på lysets hastighed, gravitationsfelterne for ekstremt massive objekter (f.eks. sorte huller ) samt variable gravitationsfelter skabt af bevæger kroppe i store afstande fra dem [52] . $G$

En mere generel teori om tyngdekraften er Albert Einsteins generelle relativitetsteori . I den er tyngdekraften ikke karakteriseret ved en invariant kraft, der ikke afhænger af referencerammen. I stedet betragtes den frie bevægelse af legemer i et gravitationsfelt, opfattet af observatøren som bevægelse langs buede baner i tredimensional rumtid med variabel hastighed, som bevægelse ved inerti langs en geodætisk linje i et buet firedimensionalt rum -tid, hvor tiden flyder forskelligt på forskellige punkter. Desuden er denne linje på en måde "den mest direkte" - den er sådan, at rum-tidsintervallet ( rigtig tid ) mellem de to rum-tid-positioner af en given krop er maksimal. Krumning af rummet afhænger af kroppens masse, såvel som af alle typer energi , der er til stede i systemet [1] .

Elektromagnetisk interaktion

Elektrostatisk felt (felt med faste ladninger)

Fysikkens udvikling efter Newton tilføjede til de tre grundlæggende ( længde , masse , tid ) størrelser en elektrisk ladning med dimensionen "coulomb" (C). Men baseret på praksiskravene begyndte de ikke at bruge en ladningsenhed, men en elektrisk strømenhed som den vigtigste måleenhed . Så i SI-systemet er den grundlæggende enhed ampere , og ladningsenheden - vedhæng - er en afledt af den.

Da ladningen som sådan ikke eksisterer uafhængigt af kroppen, der bærer den, manifesterer den elektriske vekselvirkning af kroppe sig i form af en kraft, der betragtes i mekanikken, som forårsager acceleration. Med hensyn til den elektrostatiske interaktion mellem to punktladninger med værdier og placeret i vakuum, bruges Coulombs lov . I den form, der svarer til SI-systemet, har den formen: $q_{1}$ $q_{2}$

{\vec {F}}_{{12}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\cdot {\frac {q_{1}\cdot q_{2}}{ r_{{12}}^{2}}}{\frac {{\vec {r}}_{{12}}}{r_{{12}}}},

hvor er den kraft, hvormed ladning 1 virker på ladning 2, er en vektor rettet fra ladning 1 til ladning 2 og er lig i absolut værdi med afstanden mellem ladningerne, og er en elektrisk konstant lig med ≈ 8,854187817•10 −12 F /m. Når ladninger placeres i et homogent og isotropt medium, falder interaktionskraften med en faktor ε, hvor ε er mediets permittivitet . $\vec{F}_{12}$ $\vec{r}_{12}$ $\varepsilon_{0}$

Kraften er rettet langs linjen, der forbinder punktladningerne. Grafisk er et elektrostatisk felt normalt afbildet som et billede af kraftlinjer, som er imaginære baner, langs hvilke en ladet partikel uden masse ville bevæge sig. Disse linjer starter på en og slutter på en anden opladning.

Magnetostatisk felt (DC-felt)

Eksistensen af et magnetfelt blev anerkendt tilbage i middelalderen af kineserne, som brugte den "kærlige sten" - en magnet som prototype på et magnetisk kompas. Grafisk er magnetfeltet normalt afbildet som lukkede kraftlinjer, hvis tæthed (som i tilfældet med et elektrostatisk felt) bestemmer dets intensitet. Historisk set var jernspåner , hældt for eksempel på et ark papir placeret på en magnet, en visuel måde at visualisere det magnetiske felt på .

Ørsted fandt ud af, at strømmen, der strømmer gennem lederen, forårsager afbøjningen af den magnetiske nål.

Faraday kom til den konklusion, at der skabes et magnetfelt omkring en strømførende leder.

Ampere udtrykte en hypotese, anerkendt i fysik som en model af processen med fremkomsten af et magnetisk felt, som antager eksistensen af mikroskopiske lukkede strømme i materialer, der sammen giver effekten af naturlig eller induceret magnetisme.

Ampere fandt også ud af, at i en referenceramme i vakuum, i forhold til hvilken ladningen er i bevægelse, dvs. den opfører sig som en elektrisk strøm , opstår et magnetfelt, hvis intensitet bestemmes af den magnetiske induktionsvektor, der ligger i et plan vinkelret på ladningens retning. ${\vec {B}}$

Den samme Ampere målte for første gang vekselvirkningskraften af to parallelle ledere med strømme, der strømmer gennem dem. En af lederne skabte et magnetfelt omkring sig selv, den anden reagerede på dette felt ved at nærme sig eller bevæge sig væk med en målbar kraft, vel vidende hvilken og størrelsen af strømstyrken, det var muligt at bestemme modulet af den magnetiske induktionsvektor.

Kraftinteraktionen mellem elektriske ladninger , der ikke er i bevægelse i forhold til hinanden, er beskrevet af Coulombs lov. Ladningerne i en sådan bevægelse genererer imidlertid også magnetiske felter , hvorigennem de strømme, der skabes af ladningers bevægelse, generelt kommer i en tilstand af kraftinteraktion.

Den grundlæggende forskel mellem kraften, der opstår fra den relative bevægelse af ladninger og tilfældet med deres stationære placering, er forskellen i geometrien af disse kræfter. I tilfælde af elektrostatik er vekselvirkningskraften af to ladninger rettet langs linjen, der forbinder dem. Derfor er problemets geometri todimensionel, og overvejelsen udføres i det plan, der går gennem denne linje.

I tilfælde af strømme er kraften, der karakteriserer det magnetiske felt, der skabes af strømmen, placeret i et plan vinkelret på strømmen. Derfor bliver billedet af fænomenet tredimensionelt. Det magnetiske felt skabt af elementet i den første strøm, uendeligt lille i længden, interagerer med det samme element i den anden strøm, i det generelle tilfælde, skaber en kraft, der virker på det. Desuden er dette billede for begge strømme fuldstændig symmetrisk i den forstand, at nummereringen af strømmene er vilkårlig.

Loven om vekselvirkning mellem strømme bruges til at standardisere jævnstrøm.

Stærk interaktion

Den stærke kraft er den grundlæggende kortrækkende kraft mellem hadroner og kvarker . I atomkernen holder den stærke kraft sammen positivt ladede (oplever elektrostatisk frastødning) protoner, dette sker gennem udveksling af pi-mesoner mellem nukleoner (protoner og neutroner). Pi-mesoner lever meget lidt, deres levetid er kun nok til at give kernekræfter inden for kernens radius, derfor kaldes kernekræfter kortdistance. En stigning i antallet af neutroner "fortynder" kernen, reducerer elektrostatiske kræfter og øger nukleare, men med et stort antal neutroner begynder de selv, som fermioner, at opleve frastødning på grund af Pauli-princippet . Også, når nukleonerne er for tæt på hinanden, begynder udvekslingen af W-bosoner, hvilket forårsager frastødning, takket være hvilket atomkernerne ikke "kollapser".

Inden i selve hadronerne holder den stærke kraft kvarkerne sammen , der udgør hadronerne. De stærke feltkvanter er gluoner . Hver kvark har en af tre "farve" ladninger, hver gluon består af et par "farve" - "antifarve". Gluoner binder kvarker ind i den såkaldte " indeslutning ", på grund af hvilken der i øjeblikket ikke er observeret frie kvarker i forsøget. Når kvarkerne bevæger sig fra hinanden, øges energien af gluonbindinger og falder ikke som i tilfælde af kerneinteraktion. Efter at have brugt en masse energi (ved at kollidere hadroner i acceleratoren), kan man bryde kvark-gluon-bindingen , men i dette tilfælde udstødes en stråle af nye hadroner. Frie kvarker kan dog eksistere i rummet: Hvis det lykkedes en kvark at undslippe indespærring under Big Bang , så er sandsynligheden for at udslette med den tilsvarende antikvark eller blive til en farveløs hadron for en sådan kvark forsvindende lille.

Svag interaktion

Den svage interaktion er den grundlæggende kortdistance-interaktion. Rækkevidde 10 −18 m. Symmetrisk med hensyn til kombinationen af rumlig inversion og ladningskonjugation. Alle fundamentale fermioner ( leptoner og kvarker ) deltager i den svage interaktion. Dette er den eneste interaktion, som neutrinoer deltager i (bortset fra tyngdekraften , som er ubetydelig i laboratoriet), hvilket forklarer disse partiklers kolossale gennemtrængende kraft. Svag interaktion gør det muligt for leptoner, kvarker og deres antipartikler at udveksle energi , masse , elektrisk ladning og kvantetal - det vil sige at blive til hinanden. En af manifestationerne er beta-henfald .

Afledte typer af kræfter

Hele mangfoldigheden af kræfter, der manifesterer sig i naturen, kan i princippet reduceres til de fire grundlæggende kræfter præsenteret i det foregående afsnit.

For eksempel er friktion en manifestation af elektromagnetiske kræfter, der virker mellem atomerne på to kontaktflader, og Pauli udelukkelsesprincippet [53] , som ikke tillader atomer at trænge ind i hinandens område. Kraften, der opstår fra deformationen af fjederen , beskrevet af Hookes lov , er også resultatet af virkningen af elektromagnetiske kræfter mellem partikler og Pauli udelukkelsesprincippet, hvilket tvinger atomerne i krystalgitteret af et stof til at blive holdt nær ligevægtspositionen [1] . Tyngdekraften er resultatet af den grundlæggende tyngdekraft på planeten.

Men i praksis viser en sådan detaljering af arten af forskellige kræfter sig ofte at være uhensigtsmæssig eller umulig. Derfor betragtes kræfter, der er "afledte" i forhold til fundamentale, sædvanligvis som uafhængige karakteristika for kroppes interaktion og har deres egne navne: "spændingskraft", "van der Waals kraft" og andre (se listen over navne på kræfter i fysik ).

Inertikraft

Inertikraften er en kraft introduceret i ikke-inerti referencerammer . Indførelsen af inertikræfter udføres for at give bevægelsesligningerne for legemer i ikke-inertielle referencerammer den samme form som ligningen for Newtons anden lov i inertialrammer. I en række tilfælde gør denne tilgang det muligt at gøre overvejelsen af bevægelse mere bekvem og visuel og løsningen af de tilsvarende problemer enklere.

Især i den referenceramme , der er forbundet med et ensartet accelereret bevægeligt legeme, er inertikraften rettet modsat accelerationen. Fra den totale inertikraft, som er summen af den bærbare og Coriolis , kan centrifugalkraft og Coriolis-kraft skelnes for nemheds skyld .

Træghedskræfterne er fundamentalt forskellige fra alle andre kræfter, idet de ikke svarer til nogen reel vekselvirkning mellem legemer. Samtidig er det, på grund af ligheden mellem inerti- og gravitationsmasserne, ifølge princippet om ækvivalens af gravitations- og inertikræfterne lokalt umuligt at skelne, hvilken kraft der virker på et givent legeme - gravitations- eller inertikraft .

Brugen af udtrykket "inertikraft" i elementær fysik anbefales ikke , da alle bevægelsesligninger i elementær fysik som standard beskriver bevægelse i forhold til inertielle referencesystemer, og begrebet "kraft" er altid forbundet med påvirkningen af et eksternt objekt og kan ikke eksistere af sig selv. En indikation af inertikraften på diagrammet over de kræfter, der virker på kroppen, vurderes i elementære fysikkurser som en fejl.

Se også

Noter

↑ 1 2 3 Feynman, RP, Leighton, RB, Sands, M. Lectures on Physics, Vol 1 (ubestemt) . - Addison-Wesley , 1963. (engelsk)
↑ Coelho, 2010 , s. 91.
↑ Coelho, 2010 .
↑ A. A. Ivin , A. L. Nikiforov , Dictionary of Logic (se "operationel definition" ). - M .: Tumanit, red. center VLADOS (1997).
↑ I. Butikov, A. S. Kondratiev. § 15. Træghed. Newtons første lov // Fysik til dybdegående undersøgelse 1. Mekanik. - S. 85, 87.
↑ Rupert W. Anderson. Det kosmiske kompendium: Big Bang og det tidlige univers . — Lulu.com, 2015-03-28. - S. 86. - 244 s. — ISBN 9781329024182 .
↑ 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
↑ V. I. Grigoriev. [bse.sci-lib.com/article008164.html Galileas relativitetsprincip] . TSB , 3. udg. (1969-1978). - "...kræfter... er invarianter i klassisk mekanik, dvs. mængder, der ikke ændres, når man flytter fra en referenceramme til en anden. Hentet: 12. december 2020. (ubestemt)
↑ Kabardin O.F., Orlov V.A., Ponomareva A.V. Valgfrit fysikkursus. 8. klasse. - M .: Uddannelse , 1985. - Oplag 143.500 eksemplarer. — S. 208
↑ 1 2 3 4 Kabardin O.F., Orlov V.A., Ponomareva A.V. Valgfrit fysikkursus. 8. klasse. - M .: Education , 1985. - 3. udg., Revideret. — 208 s. – Oplag 143.500 eksemplarer.
↑ Data hentet fra Wikipedia-artiklen Soyuz (launcher)
↑ Data hentet fra Wikipedia-artiklen TEP70
↑ Targ S. M. Strength // Physical Encyclopedia : [i 5 bind] / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Streamers. - S. 494. - 704 s. - 40.000 eksemplarer. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Jammer, 1999 , s. 18-20.
↑ Jammer, 1999 , s. 21.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , s. 25.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , s. 26.
↑ Jammer, 1999 , s. 27.
↑ Jammer, 1999 , s. 31.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , s. 32.
↑ Jammer, 1999 , s. 34-35.
↑ Jammer, 1999 , s. 36.
↑ Jammer, 1999 , s. 35-39.
↑ Jammer, 1999 , s. 39.
↑ Jammer, 1999 , s. 66.
↑ Heath, TL The Works of Archimedes (1897) . Archive.org. Hentet 14. oktober 2007. Arkiveret fra originalen 23. august 2011. (ubestemt) (Engelsk)
↑ Jammer, 1999 , s. 41.
↑ Jammer, 1999 , s. 41-42.
↑ Jammer, 1999 , s. 60.
↑ Jammer, 1999 , s. 64.
↑ Stinner 1994 , s. 79.
↑ Jammer, 1999 , s. 66-67.
↑ Jammer, 1999 , s. 81-83.
↑ Jammer, 1999 , s. 84.
↑ Jammer, 1999 , s. 103-104.
↑ Jammer, 1999 , s. 101.
↑ Jammer, 1999 , s. 116-117.
↑ Jammer, 1999 , s. 119-120.
↑ Jammer, 1999 , s. 124.
↑ 1 2 Jammer, 1999 , s. v.
↑ John Bigelow, Brian Ellis og Robert Pargetter. Kræfter // Videnskabsfilosofi 55, no. 4 (dec., 1988): 614-630. doi : 10.1086 / 289464
↑ Jammer, 1999 , s. v-vi.
↑ Stinner 1994 , s. 83-84.
↑ University Physics , Sears, Young & Zemansky, pp. 18-38 (engelsk)
↑ 1 2 3 Newton, I. The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy . - University of California Press, 1999. - ISBN 0-520-08817-4 . (Engelsk)
↑ Multanovsky V.V. Kursus i teoretisk fysik. Klassisk mekanik. Grundlæggende om den særlige relativitetsteori. Relativistisk mekanik. - M .: Uddannelse, 1988. - S. 80−81.
↑ Henderson, Tom Lektion 4: Newtons tredje bevægelseslov (link utilgængeligt) . Fysik klasseværelset (1996-2007). Hentet 4. januar 2008. Arkiveret fra originalen 23. august 2011. (ubestemt) (Engelsk)
↑ Capra, Fritjof DAO OF FYSICS. SPb., "ORIS" * "YANA-PRINT". 1994 304 s. ISBN 5-88436-021-5
↑ Weinberg, S. Drømmer om en endelig teori. - Vintage Books USA, 1994. - ISBN 0-679-74408-8 . (Engelsk)
↑ University Physics , Sears, Young & Zemansky, pp. 59-82 _
↑ Sir Isaac Newton: Den universelle lov om gravitation . Astronomi 161 Solsystemet . Hentet 4. januar 2008. Arkiveret fra originalen 23. august 2011. (ubestemt) (Engelsk)
↑ "Gravity". Novikov ID // Physical Encyclopedia. Ch. udg. Prokhorov A. M. - M . : "Store russisk encyklopædi", 1998. - T. 5. - S. 188−193. — 760 s. — ISBN 5-85270-101-7 .
↑ Nave, R. Pauli Eksklusionsprincip . Hyperfysik***** Kvantefysik . Hentet 2. januar 2008. Arkiveret fra originalen 23. august 2011. (ubestemt) (Engelsk)

Litteratur

Grigoriev V. I., Myakishev G. Ya. - "Krfter i naturen"
Landau L. D. , Lifshits E. M. Mekanik. - 5. udgave, stereotypisk. — M .: Fizmatlit , 2004. — 224 s. - (" Teoretisk fysik ", bind I). - ISBN 5-9221-0055-6 .
Guide to the Measurement of Force - udarbejdet af The Institute of Measurement and Control, London (udgivet 1998, genudgivet 2013) - ISBN 0 904457 28 1
Jammer, Max . Kraftbegreber. - Mineola, NY: Dover Publications Inc., 1999. - ISBN 0-486-40689-X . (Engelsk)
Stinner, Arthur. Kraftens historie: fra Aristoteles til Einstein (engelsk) // Fysikundervisning. - 1994. - Bd. 29 , nr. 2 . - S. 77-85 .
Ricardo Lopes Coelho. Om kraftbegrebet: Hvordan forståelse af dens historie kan forbedre fysikundervisningen // Sci & Educ. - 2010. - Bd. 19 . — S. 91-113 . - doi : 10.1007/s11191-008-9183-1 .

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron jorden rundt Lille Brockhaus og Efron Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	GND : 4032651-2 J9U : 987007543324305171 LCCN : sh85050452 NDL : 00926874 NKC : ph314949