Le leggi della meccanica di Newton. Massa e forza

Poiché la misura è sempre un confronto con uno standard (con un’unità di misura), la seconda legge di Newton predetermina anche la scelta dell’unità di forza. Poiché le unità di lunghezza, massa e tempo sono già state stabilite, questa equazione ci obbliga a prendere come unità di forza una forza che imprime ad un'unità di massa un'accelerazione pari a uno. L'unità di forza del SI è il newton (N). Newton è una forza che imprime alla massa di un chilogrammo un'accelerazione di 1 m/s 2 .

Per loro natura si distinguono forze di interazione elastica, forze di attrito, forze gravitazionali ed elettromagnetiche.

Sopra c'era un esempio di forze elastiche. Le forze di attrito dipendono dalla velocità del movimento relativo delle superfici in contatto e dalle condizioni della superficie. Le forze gravitazionali ed elettromagnetiche sono causate dalla presenza campi o interazione sul campo e operare a distanza. Di conseguenza, il compito di misurare le forze si divide in due compiti separati: 1) misurare i campi che si presentano in un caso particolare e 2) misurare le forze che agiscono su un dato corpo da un dato campo.

Per misurare le forze, in primo luogo, è necessario stabilire uno standard di forza e, in secondo luogo, un metodo per confrontare altre forze con questo standard.

Prendiamo una molla ben definita (ad esempio, fatta di filo d'acciaio a forma di spirale cilindrica), allungata ad una lunghezza nota. Considereremo come standard di forza la forza con cui questa molla, a tensione fissa, agisce su un corpo attaccato a una qualsiasi delle sue estremità. Il confronto di altre forze con uno standard è una misurazione.

Avendo un modo per misurare le forze, è possibile stabilire in quali condizioni si verificano le forze e trovare la loro grandezza in ogni caso specifico. Ad esempio, studiando le forze elastiche, si può stabilire che una molla cilindrica allungata crea una forza che, se la molla non viene allungata troppo, è proporzionale all'entità dell'allungamento (legge di Hooke). Un tale dispositivo per misurare le forze è chiamato dinamometro (secondo la dimensione della forza nel sistema CGS - dyne). Questa legge semplifica la taratura dei dinamometri, poiché è sufficiente notare solo l'allungamento corrispondente la più grande forza(entro i limiti sopra indicati) e dividere l'intera scala del banco dinamometrico in parti uguali. Allo stesso modo, per qualsiasi altro tipo di deformazione, è possibile stabilire la dipendenza dell'entità della forza elastica risultante dalla natura e dall'entità della deformazione.

Le forze di attrito possono essere misurate in modo simile. Se si collega un dinamometro a un corpo in movimento e si imposta la tensione del dinamometro alla quale il corpo si muoverà in modo rettilineo e uniforme, la forza di attrito sarà uguale in grandezza e opposta in direzione alla forza che agisce dal dinamometro (ovviamente, a condizione che nessun'altra forza sul corpo non funzioni).

Ad esempio, il noto metodo di pesatura dei corpi su bilance a molla consente di misurare l'attrazione di questi corpi da parte della Terra (anche se solo approssimativamente, poiché la Terra su cui poggia il corpo durante la pesatura si muove rispetto al punto "fisso" selezionato sistema di coordinate e questo distorce in qualche modo i risultati della misurazione).

Dopo aver controllato Seconda legge di Newton per esperienza, possiamo, sulla base di questa legge, per dato corpo Utilizzando le forze note, trovare l'accelerazione di un corpo, o, viceversa, utilizzando le accelerazioni note, trovare la somma delle forze che agiscono su di esso, se almeno una volta per questo corpo determiniamo contemporaneamente sia la forza agente che l'accelerazione impressa dalla forza .

Poiché la stessa seconda legge di Newton viene utilizzata per stabilire un metodo per misurare la massa corporea (la quantità di massa è determinata dalla misurazione simultanea di forza e accelerazione), la seconda legge di Newton contiene, da un lato, l'affermazione che l'accelerazione è proporzionale a forza e, dall'altro, la determinazione della massa corporea come rapporto tra la forza agente sul corpo e l'accelerazione impressa da questa forza.

Va sottolineato qui che Newton formulò la legge per le forze elastiche, le forze gravitazionali, ma non sapeva quasi nulla della natura delle forze più complesse, ad esempio delle forze tra gli atomi. Tuttavia, ha scoperto una regola, una proprietà generale di tutte le forze, che costituisce la sua terza legge:

"La forza dell'azione è uguale alla forza della reazione".

Ora, sulla base dell'esperienza accumulata della conoscenza, possiamo notare ciò che Newton non notò; possiamo generalizzare la sua formulazione tenendo conto di tutti i tipi di interazioni conosciute oggi dalla scienza. Secondo la terza legge di Newton, due corpi qualsiasi, diciamo due particelle, saranno " spingere» tra loro in direzioni opposte con uguale forza. Newton intendeva solo le interazioni allora conosciute: le forze di gravità e l'elasticità. Adesso però possiamo affermare che la legge vale anche per altri tipi di interazioni finora accertate dalla scienza.

Cos'altro c'è di interessante nella terza legge di Newton? Supponiamo che le particelle interagenti abbiano masse diverse. Cosa ne consegue? Secondo la Seconda Legge, la forza è uguale alla velocità di variazione della quantità di moto nel tempo, quindi la velocità di variazione della quantità di moto della particella 1, in conformità con la Terza Legge, sarà uguale alla velocità di variazione della quantità di moto della particella due , cioè.

D P 1/dt = - d P 2/dt.

Questo è, cambiamento completo la quantità di moto della particella 1 è uguale e opposta cambiamento completo quantità di moto della particella 2. Cioè, la velocità di variazione della somma della quantità di moto totale di entrambe le particelle è zero

D(P 1 + P 2)/dt = 0.

È necessario, tuttavia, ricordare che nel nostro problema relativo a un sistema costituito da due corpi interagenti, abbiamo presupposto l'assenza di altre forze, ad eccezione di quelle interne. Abbiamo così ottenuto che in presenza di sole forze interne in un sistema di corpi interagenti, la quantità di moto totale del sistema di particelle interagenti rimane invariata. Questa affermazione esprime legge di conservazione della quantità di moto. Ne consegue che se misuriamo o contiamo una quantità m1v 1+m2v 2+m3v 3 +… , cioè la somma degli impulsi di tutte le particelle, quindi per qualsiasi forza agente tra di loro, non importa quanto complessa possa essere, dovremmo ottenere lo stesso risultato, sia prima che dopo l'azione delle forze, poiché l'impulso totale rimane costante.

Pertanto, la legge di conservazione della quantità di moto totale in assenza di forze esterne può essere scritta nella forma

m1v 1+m2v 2+m3v 3 +…=cost.

Poiché per ogni particella la seconda legge di Newton ha la forma

f =d(m v)/dt,

quindi per qualsiasi componente a tutta forza, in qualsiasi direzione, per esempio X,

fx= d(mv X)/dt.

Si possono scrivere esattamente le stesse formule sì, z componente.

Se, tuttavia, ci sono forze esterne, forze esterne a un sistema isolato di particelle, allora la somma di tutte queste forze esterne sarà uguale alla velocità di variazione della quantità di moto totale di tutte le particelle nel sistema.

Attrito

Quindi, per comprendere veramente le leggi di Newton, dobbiamo discutere le proprietà delle forze; Lo scopo di questo capitolo è quello di iniziare questa discussione e fornire una sorta di complemento alle leggi di Newton. Conosciamo già le proprietà dell'accelerazione e altri concetti simili, ma ora dobbiamo occuparci delle proprietà delle forze. A causa della loro complessità, in questo capitolo (a differenza dei precedenti) non si perseguiranno formulazioni precise. Per iniziare con una forza specifica, considera la resistenza che l'aria fornisce a un aereo in volo. Qual è la legge di questa forza? (Siamo obbligati a trovarla; dopo tutto, esiste una legge per ogni forza!) È improbabile che sia semplice. Vale la pena immaginare la frenata in aria di un aereo - il sibilo del vento nelle ali, i vortici, le raffiche, lo scuotimento della fusoliera e molte altre difficoltà - per capire che è improbabile che questa legge sia semplice e conveniente. Ancora più notevole è il fatto che la forza ha uno schema molto semplice: F ≈ с·υ 2 (costante per il quadrato della velocità).

Qual è la posizione di questa legge tra le altre? È come una legge? F = mUN ? Affatto. Innanzitutto è empirico ed è stato ottenuto mediante misurazioni approssimative nella galleria del vento. Ma tu obietti: “Beh, la legge F = mUN potrebbe anche essere empirico. Ma è davvero questo il punto? La differenza non sta nell’empirismo, ma nel fatto che, per quanto ne sappiamo, questa legge di attrito è il risultato di molte influenze e non è affatto semplice nella sua essenza. Più lo studiamo, più accuratamente lo misuriamo, tanto più più difficile(ma no Più facile) lui si presenterà a noi. In altre parole, approfondendo la legge della frenata degli aerei, ne comprenderemo sempre più chiaramente la “falsità”. Più lo sguardo è profondo, più le misurazioni sono accurate, più la verità diventa complessa; non ci apparirà come il risultato di semplici processi fondamentali (d'altronde lo avevamo intuito fin dall'inizio). A velocità molto basse (ad esempio, non accessibili nemmeno ad un aereo), la legge cambia: la frenata dipende dalla velocità in modo quasi lineare: Oppure, ad esempio, la frenata di una palla (o di una bolla d'aria o altro) a causa dell'attrito con un liquido viscoso (come il miele ), - è anche proporzionale alla velocità a basse velocità, ma a grandi velocità, quando si formano vortici (non nel miele, ovviamente, ma nell'acqua o nell'aria), una proporzionalità approssimativa alla si verifica nuovamente il quadrato della velocità (F = с·υ 2 ); Con un ulteriore aumento della velocità questa regola non si applica. Ovviamente puoi dire: "Bene, il coefficiente qui cambia leggermente". Ma questo è solo un trucco.

In secondo luogo, ci sono altre difficoltà: è possibile, ad esempio, dividere questa forza in parti - nella forza di attrito delle ali, della fusoliera, della coda, ecc.? Naturalmente, quando hai bisogno di scoprire i momenti di rotazione che agiscono su parti di un aeroplano, puoi farlo, ma poi devi avere una legge speciale di attrito per le ali, ecc. E diventa chiaro che fatto meraviglioso, da cui dipende la forza che agisce sull'ala. l'altra ala, cioè se togli l'aereo e lasci un'ala in aria; allora la forza sarà completamente diversa da quella che sarebbe se l'intero aereo fosse in aria; Il motivo, ovviamente, è che il vento che colpisce il muso dell'aereo si riversa sulle ali e modifica la forza frenante. E anche se sembra miracoloso che esista una legge empirica così semplice e rozza adatta alla creazione di aeroplani, non è una di quelle leggi della fisica che vengono chiamate principale : Man mano che vai più in profondità, diventa sempre più complesso. Alcuni studi sulla dipendenza del coefficiente Con la forma del muso dell'aereo ne distrugge immediatamente la semplicità. Non è rimasta alcuna dipendenza semplice. Che si tratti della legge di gravità: è semplice, e il suo ulteriore approfondimento non fa altro che sottolinearlo.

Abbiamo appena parlato dei due tipi di attrito che risultano dal movimento veloce nell'aria o dal movimento lento nel miele. Ma esiste un altro tipo di attrito: l'attrito secco o scorrevole: ne parlano quando ce n'è uno solido scivola dall'altro. Per continuare a muoversi, un corpo del genere ha bisogno di forza. Si chiama forza di attrito. La sua origine è una questione molto confusa. Entrambe le superfici a contatto sono irregolari se viste a livello atomico. Nei punti di contatto gli atomi aderiscono; quando si preme sulla scocca l'accoppiamento si rompe e si verificano vibrazioni (in ogni caso accade qualcosa di simile). In precedenza si pensava che il meccanismo dell'attrito fosse semplice: la superficie era ricoperta di irregolarità e l'attrito era il risultato del sollevamento delle parti scorrevoli su tali irregolarità; ma questo è sbagliato, perché in tal caso non ci sarebbe alcuna perdita di energia, ma in realtà l'energia viene sprecata per attrito. Il meccanismo di perdita è diverso: le irregolarità durante lo scorrimento vengono schiacciate, si verificano vibrazioni e movimento degli atomi e il calore si diffonde su entrambi i corpi. E qui risulta estremamente inaspettato che empiricamente questo attrito possa essere descritto approssimativamente legge semplice. La forza necessaria per superare l'attrito e trascinare un oggetto lungo la superficie di un altro dipende dalla forza diretta normale (perpendicolare) alle superfici di contatto. Abbastanza buona approssimazione possiamo supporre che la forza di attrito sia proporzionale alla forza normale con un coefficiente più o meno costante:

F = μ·N, (12.1)

dove µ - Coefficiente di attrito(Fig. 12.1).

Sebbene il coefficiente μ non sia molto costante, questa formula risulta essere una buona regola pratica per stimare quanta forza sarà necessaria in una determinata circostanza pratica o ingegneristica. Solo quando la forza normale o la velocità del movimento sono molto grandi la legge viene meno: viene rilasciato troppo calore. È importante capire che ognuna di queste leggi empiriche ha dei limiti oltre i quali non funziona.

Validità approssimativa della formula F = μ·N può essere assistito semplice esperienza. Poniamo un blocco di peso W su un piano inclinato di un angolo θ. Sollevare l'aereo più ripidamente mentre il blocco è sotto peso proprio peso non scivolerà via. La componente verso il basso del peso lungo il piano W sin θ è uguale alla forza di attrito F, una volta che il blocco scorre uniformemente. La componente del peso normale al piano è W·cosθ; lei è la forza normale N. La formula diventa W·sin θ = μ· W·cosθ, da dove μ = sinθ/cosθ = tgθ. Secondo questa legge, ad una certa inclinazione del piano, il blocco inizia a scivolare. Se il blocco viene caricato con un peso aggiuntivo, tutte le forze nella formula aumenteranno nella stessa proporzione e W uscirà dalla formula. Se il valore μ non è cambiato, il blocco caricato scorrerà nuovamente con la stessa inclinazione. Avendo determinato l'angolo θ per esperienza, saremo convinti che quando più peso blocco, lo scorrimento inizia comunque con lo stesso angolo di inclinazione. Anche se il peso è aumentato molte volte, questa regola viene rispettata. Arriviamo alla conclusione che il coefficiente di attrito non dipende dal peso.

Quando fai questo esperimento, è facile notare che quando angolo corretto quando è inclinato in un blocco, non scivola continuamente, ma con arresti: in un punto si bloccherà e nell'altro si precipiterà in avanti. Questo comportamento è segno che il coefficiente di attrito può essere considerato costante solo approssimativamente: varia da luogo a luogo. Un comportamento altrettanto incerto si osserva quando cambia il carico sul blocco. Le differenze di attrito derivano dalla diversa levigatezza o durezza delle parti della superficie, dallo sporco, dalla ruggine e da altri fattori estranei. Le tabelle che elencano i coefficienti di attrito “acciaio su acciaio”, “rame su rame” e così via sono tutte una vera e propria truffa, perché trascurano queste piccole cose, ma ne determinano il valore μ . L’attrito del “rame sul rame”, ecc., è in realtà l’attrito “contro i contaminanti che aderiscono al rame”.

Negli esperimenti del tipo descritto l'attrito è quasi indipendente dalla velocità. Molte persone credono che l'attrito che deve essere superato per mettere in movimento un oggetto (statico) sia maggiore della forza necessaria per mantenere il movimento già avvenuto (attrito radente). Ma sui metalli secchi è difficile notare alcuna differenza. Probabilmente questa opinione è stata generata da esperimenti in cui erano presenti tracce di olio o grasso, o magari dove le barre venivano fissate con una molla o qualcosa di flessibile, come se fossero legate ad un supporto.

È molto difficile ottenere precisione negli esperimenti quantitativi sull'attrito, e nonostante ciò, finora l'attrito non è stato analizzato molto bene grande valore tale analisi per la tecnologia. Sebbene la legge F = μ·N per le superfici standard è quasi esatto, il motivo di questo tipo di legge non è realmente compreso. Per dimostrarlo μ dipende poco dalla velocità; sono necessari esperimenti particolarmente accurati, perché le rapide vibrazioni della superficie inferiore fanno sì che l'attrito apparente diminuisca notevolmente. Negli esperimenti ad alta velocità bisogna fare attenzione a garantire che i corpi non tremino, altrimenti l'attrito visibile diminuirà immediatamente. In ogni caso, questa legge di attrito appartiene a quelle leggi semisperimentali che non sono pienamente comprese e non diventano più chiare, nonostante grande sforzo. Quasi nessuno oggi può stimare il coefficiente di attrito tra due sostanze.

Si è detto prima che tenta di misurare μ quando le sostanze pure (rame scivolo su rame) portano a risultati discutibili, perché le superfici a contatto non sono rame puro, ma miscele di ossidi e altri contaminanti. Se vogliamo ottenere un rame completamente puro, se puliamo e lucidiamo le superfici, degassiamo la sostanza sotto vuoto e osserviamo il tutto precauzioni necessarie, allora non importa μ non lo otterremo. Perché due pezzi di rame si uniranno e poi almeno metteranno l'aereo sottosopra! Coefficiente μ , per superfici moderatamente dure è solitamente inferiore a uno, ma qui cresce fino a diverse unità! Il motivo di questo comportamento inaspettato è questo: quando atomi dello stesso tipo entrano in contatto, non possono “sapere” di appartenere a pezzi di rame diversi. Se tra loro ci fossero altri atomi (atomi, ossidi, lubrificanti, sottili strati superficiali di contaminanti), allora gli atomi di rame sarebbero “chiari” sia che si trovino sullo stesso pezzo che su pezzi diversi. Ricorda ora che è proprio a causa delle forze attrattive tra gli atomi di rame che rameè un solido e capirai perché è impossibile determinare correttamente il coefficiente di attrito per i metalli puri.

Lo stesso fenomeno si osserva in un semplice esperimento domestico con una lastra di vetro e un bicchiere. Posizionare il bicchiere sul piatto, metterci sopra un cappio e tirare; scivola bene e il coefficiente di attrito si fa sentire; Naturalmente questo rapporto è leggermente irregolare, ma è pur sempre un rapporto. Ora inumidiamo il piatto e lo stelo del bicchiere e tiriamo; sentirai che sono attaccati insieme. Se guardi da vicino, puoi persino trovare dei graffi. Il fatto è che l'acqua può rimuovere il grasso e altre sostanze che intasano la superficie; Rimane un contatto vetro-vetro pulito. Questo contatto è così buono che non è così facile romperlo: romperlo è più difficile che strappare pezzi di vetro, motivo per cui si verificano dei graffi.

Primo Quello di Newton dice che esistono sistemi di riferimento (detti inerziali) in cui tutti i corpi su cui non agiscono forze si muovono con velocità costante (o nulla). Il significato della 1a legge non è che la forza nulla corrisponde ad un'accelerazione pari a zero (questo segue esattamente dalla 2a legge). Il significato della 1a legge è che esistono quadri di riferimento in cui la 2a legge è vera. Come può essere confutato sperimentalmente, ad es. falsificare? Occorre dimostrare che tali sistemi di riferimento non esistono. Ma è molto difficile dimostrare sperimentalmente la non esistenza di qualcosa. La teoria "i vampiri non esistono" è falsificabile. La teoria "i vampiri esistono" non è falsificabile. Inoltre, c'è un problema con ciò che chiamiamo vampiro. Puoi sempre dire che non esistono vampiri, come li intendevamo noi, ma ci sono questi animali succhiatori di sangue, che ora chiamiamo vampiri. E nel caso della 1a legge, puoi sempre fare riferimento al fatto che non esistono sistemi di riferimento inerziali in cui la 2a legge è vera, ma questo è un problema della 2a legge, non della 1a. In breve, sembra che sia impossibile confutare la prima affermazione separatamente dalla seconda; essa introduce solo il concetto necessario per l'uso della 2a legge.

La seconda legge afferma che la forza è uguale al prodotto della massa per l'accelerazione (o più precisamente, alla derivata della quantità di moto). Come falsificarlo? Sembrerebbe molto semplice misurare la forza e l'accelerazione, ad esempio, per un corpo del peso di un chilogrammo. Non appena l'accelerazione risulta sproporzionata rispetto alla forza, la seconda legge viene confutata. Per semplicità non consideriamo il concetto di massa (altrimenti bisognerebbe subito analizzare la legge di conservazione della massa), ma assumiamo che si tratti dello stesso corpo di massa costante (il che, tra l'altro, implica la uso della legge aristotelica dell'identità di un oggetto con se stesso, che non ha nulla a che fare con la fisica, e con la metafisica). Quindi sappiamo come misurare le accelerazioni, perché il primo valore ci ha dato i sistemi inerziali. Resta da capire qual è la forza? Diciamo di aver applicato al corpo una forza di 9,81 newton e di aver misurato un'accelerazione di 9,81 m/s 2 . E poi hanno applicato una forza di 100 N e hanno misurato 100 m/s 2 . Come facciamo a sapere che la forza era esattamente 100 N e 9,81 N? Non abbiamo alcun modo indipendente per misurare la forza! Possiamo dire di aver calcolato la forza 9,81 N in base alla legge gravità universale. Questo è un metodo indipendente. Ma diciamo che abbiamo misurato l'accelerazione, e risulta essere 10 m/s 2 e 9,81 m/s 2 . Questo significa che abbiamo confutato Secondo zn Newton? No, piuttosto lo abbiamo confutato z-mondo gravità. Cioè, probabilmente, la forza era di 10 N e non di 9,81 N, come previsto dal principio di gravità. Lo stesso vale per una forza determinata “dall’esterno” (non dal 2° valore) in qualsiasi altro modo – dalla legge di Coulomb, dalla legge di Hooke, da Archimede, ecc. Risulteranno falsificati se lo sperimentatore non corrisponde alla previsione. Si scopre che la 2a legge non è così facile da confutare. Essa (secondo un punto di vista) è qualcosa come una definizione di forza.

Infine, la terza legge dice che la forza dell’azione è uguale alla forza della reazione. È possibile confutarlo? È possibile, ma in un sistema del genere non si conserverà lo slancio. Se il corpo A agisce sul corpo B con una forza di 100 N e il corpo B agisce sul corpo A con una forza di 99 N, il loro centro di massa comune inizierà a muoversi rapidamente. Cioè, nessuna forza esterna agisce sul sistema AB, ma esso accelera. Ciò contraddice la prima e la seconda legge.

Allo stesso tempo, non vi sono dubbi sul fatto che la meccanica newtoniana abbia pienamente un significato significativo e confutabile, vale a dire non è solo una raccolta di definizioni e nomi. Apparentemente il fatto è che le leggi di Newton sono una cosa, ma la meccanica newtoniana (disposizioni sostanziali che possono essere applicate nella pratica) è un po’ diversa, e le disposizioni sostanziali includono, oltre alle tre leggi, varie cose aggiuntive. Tuttavia, Truesdell e Noll credono che la 2a e la 1a legge insieme siano ancora confutabili se introduciamo il concetto matematicamente preciso di forza.

Dinamica.

Domanda 1: concetto di forza. Forze fondamentali. Corpo libero. Sistemi di riferimento inerziali.

Risposta:

Il concetto di forza.

La forza è una quantità fisica vettoriale che misura l'intensità dell'influenza di altri corpi su un dato corpo, così come i campi. Una forza applicata a un corpo massiccio provoca una variazione della sua velocità o il verificarsi di deformazioni in esso (misurate in Newton).

Forze fondamentali.

1) La forza gravitazionale è una delle quattro forze fondamentali in natura. La gravità è la più debole rispetto alle altre. La forza gravitazionale F tra due oggetti di massa m1 e m2 a distanza d, trovata da Isaac Newton, è pari a F=Gm1m2/d2, dove G è il coefficiente di proporzionalità, chiamato costante gravitazionale universale.

2) Forza elettromagnetica: lega gli elettroni caricati negativamente a un nucleo caricato positivamente all'interno di un atomo. (Teoria del Campo Unificato - TEORIA DEL CAMPO UNIFICATO, un tentativo di espandere la teoria generale della RELATIVITÀ per dare una rappresentazione simultanea sia del campo gravitazionale che di quello elettromagnetico. La teoria più completa e comprensiva dovrebbe includere anche le forze nucleari forti e deboli. Sebbene in generalizzazione di Forze elettromagnetiche e forze nucleari deboli Sono stati fatti alcuni progressi un problema comune rimane irrisolto).

3) Interazione nucleare – interazione nucleare debole. Le interazioni deboli sono responsabili del decadimento radioattivo. Hanno un raggio d'azione molto breve: possono essere osservati solo a livello subatomico. Le interazioni deboli sono più deboli della forza elettromagnetica e dell'interazione forte (la più forte delle forze fondamentali), ma molto più forti delle forze gravitazionali.

4) L'INTERAZIONE NUCLEARE FORTE, che è associata alla “colla” che tiene insieme i nuclei, è la più forza potente, conosciuto in natura.

Corpo libero.

Corpo libero - la libertà di movimento del corpo non è limitata da nessun altro corpo (un corpo sul quale non agiscono forze). Un corpo non libero: il suo movimento è limitato da altri corpi. Una connessione è un corpo che limita la libertà di movimento di un oggetto. La reazione di una connessione è la forza che agisce su un oggetto dal lato della connessione. Principio di liberazione dalle connessioni: un corpo non libero può essere considerato libero se le connessioni vengono eliminate e la loro azione è sostituita da reazioni corrispondenti.

Sistemi di riferimento inerziali.

I sistemi di riferimento inerziali sono sistemi rispetto ai quali un punto materiale, in assenza di influenze esterne oppure la loro mutua compensazione è ferma o si muove uniformemente e rettilineamente.

Esistono infiniti sistemi inerziali. Anche il sistema di riferimento associato ad un treno che si muove a velocità costante lungo un tratto rettilineo di binario è un sistema inerziale (approssimativamente), come quello associato alla Terra. Tutti i sistemi di riferimento inerziali formano una classe di sistemi che si muovono l'uno rispetto all'altro in modo uniforme e rettilineo. Le accelerazioni di qualsiasi corpo in diversi sistemi inerziali sono le stesse.

Anche i sistemi di riferimento che si muovono uniformemente e rettilineamente rispetto ad un sistema di riferimento inerziale sono inerziali.

Domanda : Le leggi di Newton. Il concetto di massa, quantità di moto, impulso di forza.

Risposta :

Le leggi di Newton.

Le leggi della meccanica di Newton

1) Prima legge di Newton: Esistono sistemi di riferimento, detti inerziali, rispetto ai quali i corpi liberi si muovono in modo uniforme e rettilineo.

La prima legge della meccanica, o legge dell'inerzia, come viene spesso chiamata, fu essenzialmente stabilita da Galileo, ma Newton le diede una formulazione generale.

Il movimento rettilineo ed uniforme di un punto materiale libero in un sistema di riferimento inerziale è chiamato movimento per inerzia . Con tale movimento, il vettore velocità del punto materiale rimane costante (= cost). Un punto fermo è un caso speciale di moto d'inerzia (=0).

Nei sistemi di riferimento inerziali, la quiete o il movimento uniforme è uno stato naturale e la dinamica deve spiegare il cambiamento in questo stato (cioè la comparsa di accelerazione di un corpo sotto l'influenza di forze). Non esistono corpi liberi che non siano influenzati da altri corpi. Tuttavia, a causa della diminuzione di tutte le interazioni conosciute con l'aumentare della distanza, un tale corpo può essere realizzato con qualsiasi precisione richiesta.

I sistemi di riferimento in cui un corpo libero non mantiene costante la sua velocità sono detti non inerziali . Un sistema di riferimento non inerziale è quello che si muove con accelerazione rispetto a qualsiasi sistema di riferimento inerziale. In un sistema di riferimento non inerziale anche un corpo libero può muoversi con accelerazione.

Il movimento uniforme e rettilineo del sistema di riferimento non influenza il decorso dei fenomeni meccanici che in esso si verificano. Nessun esperimento meccanico consente di distinguere il resto di un sistema di riferimento inerziale dal suo moto rettilineo uniforme. Per qualsiasi fenomeno meccanico, tutti i sistemi di riferimento iniziali risultano uguali. Queste affermazioni esprimono il principio meccanico di relatività (principio di relatività di Galileo) . Il principio di relatività è una delle leggi più generali della natura; nella teoria della relatività ristretta si estende ai fenomeni elettromagnetici e ottici.

Seconda legge di Newton

La seconda legge di Newton descrive il moto di una particella causato dall'influenza dei corpi circostanti, e stabilisce una relazione tra l'accelerazione della particella, la sua massa e la forza con cui questi corpi agiscono su di essa:

Se una particella con massa m viene influenzata dai corpi circostanti con una forza, allora questa particella acquisisce un'accelerazione tale che il prodotto della sua massa e dell'accelerazione sarà uguale alla forza agente.

Matematicamente la seconda legge di Newton si scrive così:

Sulla base di questa legge, viene stabilita l'unità di forza: 1 N (newton). 1 N è la forza con cui è necessario agire su un corpo del peso di 1 kg per imprimergli un'accelerazione di 1 m/s 2 .

Se la forza , con quali corpi agiscono su una data particella, allora l'equazione della seconda legge di Newton scritta per questa particella si chiama equazione del moto.

La seconda legge di Newton è spesso chiamata legge fondamentale della dinamica, poiché è in essa che il principio di causalità trova l'espressione matematica più completa ed è lei che finalmente ci permette di risolvere il problema principale della meccanica. Per fare ciò, devi scoprire quali corpi che circondano la particella hanno un effetto significativo su di essa e, esprimendo ciascuna di queste azioni sotto forma di una forza corrispondente, dovresti creare un'equazione del movimento per questa particella. Dall'equazione del moto (con massa nota) si ricava l'accelerazione della particella. Conoscere

l'accelerazione può essere determinata dalla sua velocità e, dopo la velocità, dalla posizione di questa particella in qualsiasi momento.

La pratica dimostra che risolvere il problema principale della meccanica utilizzando la seconda legge di Newton porta sempre a risultati corretti. Questa è una conferma sperimentale della validità della seconda legge di Newton.

La terza legge di Newton.

Terza legge di Newton: Le forze con cui i corpi agiscono l'uno sull'altro sono uguali in grandezza e dirette su una linea retta in direzioni opposte.

Ciò significa che se sul corpo UN dal lato del corpo IN una forza agisce quindi contemporaneamente sul corpo IN dal lato del corpo UN la forza agirà , e = - .

Usando la seconda legge di Newton possiamo scrivere:

Ne consegue che

cioè, il rapporto tra i moduli di accelerazione e i corpi che interagiscono tra loro è determinato dal rapporto inverso delle loro masse ed è completamente indipendente dalla natura delle forze che agiscono tra loro. Un corpo più massiccio riceve meno accelerazione e un corpo più leggero ne riceve di più.

È importante capire che le forze su quali stiamo parlando nella terza legge di Newton, allegata corpi diversi e quindi non possono bilanciarsi a vicenda.

Corollari dalle leggi di Newton

Le leggi di Newton sono un sistema di leggi interconnesse che ci permettono di comprendere meglio l'essenza dei concetti di forza e massa. Conseguenze delle leggi:

1. La forza è una misura dell'influenza esercitata su una data particella da altri corpi, e con l'aumentare della distanza da essi diminuisce, tendendo a zero.

Il fatto che la forza sia una misura dell'influenza da parte dei corpi che circondano la particella deriva dal fatto che essa dipende dallo stato di questi corpi e allo stesso tempo determina l'accelerazione di una data particella: . Discendente forza agente a zero a una distanza illimitata dalla particella dei corpi circostanti è una conseguenza della prima e della seconda legge di Newton. Poiché, secondo la prima legge di Newton, infinitamente distante da tutti i corpi

la particella ha accelerazione zero. Secondo la seconda legge di Newton, quindi, quando e forza .

2 . La forza con cui più corpi agiscono contemporaneamente su una data particella è uguale alla somma delle forze con cui questi corpi agiscono su di essa individualmente:

Questa affermazione è chiamata principio di indipendenza delle interazioni. Tenendo conto di questo principio, la seconda legge di Newton si scrive come:

Si chiama la somma delle forze sul lato destro di questa legge forza risultante.

Il principio di indipendenza delle interazioni è altrimenti chiamato principio di sovrapposizione delle forze.

3. La somma di tutte le forze interne che agiscono in qualsiasi sistema è sempre zero.

Sotto interno comprendere le forze che agiscono tra i corpi del sistema in esame.

Le forze interne non sono in grado di muovere un sistema di corpi nel suo insieme. Infatti, per questo sarebbe necessario imprimere un’accelerazione, e l’accelerazione, come segue dalla seconda legge di Newton, può essere impartita al sistema solo da quelle forze la cui somma è diversa da zero.

4. Il rapporto tra i moduli di accelerazione ottenuti da due corpi a seguito dell'interazione tra loro è uguale al rapporto inverso delle loro masse:

2. Massa, quantità di moto, forza impulso.

La proprietà di un corpo di mantenere la sua velocità in assenza di interazione con altri corpi si chiama inerzia. Una grandezza fisica che misura l'inerzia di un corpo movimento in avanti, chiamato massa inerte. Il peso corporeo è misurato in chilogrammi: .

La massa caratterizza anche la capacità di un corpo di interagire con altri corpi secondo la legge di gravitazione universale. In questi casi la massa funge da misura della gravità e viene chiamata massa gravitazionale.

Nella fisica moderna con alto grado L'identità dei valori delle masse inerziale e gravitazionale di un dato corpo è precisamente dimostrata. Quindi parlano e basta peso corporeo(M).