Физические силовые поля

ЛекцияN3

 

О природе сил

В природе существует четыре вида фундаментальных взаимодействий

1. Силы гравитации (дальнодействующие)

2. Электромагнитные силы (дальнодействующие)

3. Ядерные силы (коротко действующие 10^-15м)

    а) слабые взаимодействия

    б) сильные взаимодействия

 

Сила гравитации

 

Все тела в природе притягиваются друг к другу. Закон гравитационного взаимодействия тел был установлен Ньютоном.

 

   

Силы гравитации – центральные силы

 

                                                                                          

Получено  экспериментально (крутильные весы)

 

Соотношение справедливо для материальных точек и шаров. В случае произвольных тел необходимо разбить тела на материальные точки и провести двойное  интегрирование.

 

1. В законе всемирного тяготения масса характеризует гравитационные свойства тел т.е. мера гравитационного взаимодействия.

2. Во II законе Ньютона – масса,мера инертности тел, т.е. "отзывчивости" её на силовое воздействие.

3. В формуле Эйнштейна - массамера энергии.

 

 

Принцип эквивалентности

 

Эксперименты, опыты показывают эквивалентность инерционных и гравитационных масс и соответствующих силовых воздействий. Это свойство масс (их тождественность) положена в основу общей теории относительности, релятивистской теории гравитации.

 

                

 

для любого тела

При соответствующем выборе единицы измерения m_г/m_и=1

 

Ускорение свободного падения

 

Все тела притягиваются Землей. При отсутствии сил сопротивления на тело действует только сила тяжести (свободное падение)

 

   

 

По II закону Ньютона    

где g- ускорение свободного падения

 

                      

                             

 

где h – высота над поаерхностью Земли.

 

 

   При h = 0

 

 

 

Нормальное значение м/с²

 

Зависимость g от широты местности имеет две причины (9,78 -9,83 м/с2)

а) Земля – геоид

б) вращение Земли вокруг оси (неинерциальная система отсчёта)

 

Зная массу Земли и скорость вращения её относительно Солнца можно определить массу Солнца.

 

   

 

Физические силовые поля.

Потенциальное (консервативное) силовое поле –  работа сил по перемещению материальной точки не зависит от траектории.

;

Пусть U(x,y,z,t) – потенциальная энергия тела, обусловленная силовым воздействием.

Если    поле стационарное.

Тогда

; ; ;

Градиент (grad или ) скалярной велечины (U) –вектор, совпадающий с направлением максимальной скорости возрастания этой величины.

 

Работа консервативной силы равна приращению потенциальной энергии, взятой с обратным знаком (теорема о потенциальной энергии)

   

Гравитационное поле.

Гравитационное поле- форма материи, передающая гравитационные взаимодействия.

Любое тело массой М изменяет свойства окружающего пространства, создавая в нем гравитационное поле. Если внести в любую точку поля тело массой m, на него будет действовать гравитационная сила .

 

Напряженность поля –векторная величина, силовая характеристика поля.

F

m

;

Из закона всемирного тяготения следует, что напряженность поля совпадает с ускорением свободного падения.

Потенциал поля – скалярная величина, энергетическая характеристика поля, равная

По теореме о потенциальной энергии

;

при ;

Тогда

M

;

Из уравнения (*) следует, что