Слайд 1
Лекция 5.
Фундаментальные и нефундаментальные взаимодействия
Фундаментальные взаимодействия
Реальные силы: силы упругости,
силы трения
Силы инерции
Общее понятие поля
Гравитационное поле
Электромагнитное поле
Напряженность и потенциал
поля.
Слайд 2 Классификация фундаментальных взаимодействий
Слайд 3Реальные силы
Все нефундаментальные силы а именно: сила трения, сила
упругости, сила гидростатического давления, сила поверхностного натяжения и т.д. можно
свести к выше указанным фундаментальным взаимодействиям.
Слайд 4Силы упругости
Силы упругости возникают как реакция на деформацию твердого тела,
при этом тело после деформации возвращается в исходное состояние.
Упругая сила
– сила, пропорциональная смещению материальной точки из положения равновесия и направленная к положению равновесия
где r – радиус-вектор, характеризующий смещение материальной точки из положения равновесия;
к– положительный коэффициент, зависящий от упругих свойств среды.
Fупр=-кr,
Закон Гука
Слайд 5 Силы трения
Силы, возникающие между поверхностями соприкасающихся тел, и
препятствующие их относительному перемещению, называются силами трения.
Сила трения направлена
против скорости и относительного перемещения тел.
Слайд 6Силы трения
Внешним или сухим трением называется трение, возникающее между
твердыми телами. В свою очередь оно подразделяется на трение покоя
и кинематическое трение (скольжения и качения). Сила трения покоя равна максимальной силе, которую следует приложить к твердому телу, чтобы началось его перемещение. Сила трения скольжения равна
Fтр = мN,
N – сила нормального
давления, м- коэффициент трения
Слайд 7Способы уменьшения коэффициента трения
Замена трения скольжения трением качения.
Замена сухого трения
– вязким.
Повышение качества обработки поверхностей трущихся деталей.
Замена трения покоя –
трением скольжения и трением качения путем применения звуковых и ультразвуковых вибраций.
Использование полимернаполненных композиций на основе фторопласта.
Слайд 8Силы инерции
Силы инерции не относятся к реальным силам, сила инерции
вводится только в системах отсчета движущихся с ускорением
т.е. в
неинерциальных системах отсчета; сила инерции всегда пропорциональна массе. Сила инерции не является потенциальной силой.
Слайд 9Обобщение опытов -
законы взаимодействий
Ньютона
Кулона
Слайд 10Поле - это физически измененное
пространство, в каждой точке которого
однозначно определена
сила,
действующая на пробное тело
(m, q, s)
Определение:
Слайд 11Гравитационное поле.
Закон всемирного тяготения имеет вид:
где γ – гравитационная
постоянная.
r – растояние между центрами масс тел.
Источником гравитационного поля
является масса. Любые две материальные точки притягивая друг друга с силой пропорциональной произведению масс этих точек и обратно пропорциональной квадрату расстояний между ними.
Этот же закон справедлив для любых тел со сферической симметрией, причем расстояние берется между их центрами.
Слайд 12Принцип эквивалентности
В физике существует два понятия массы: масса инерциальная (
как мера инертности тела ) и гравитационная масса - являющаяся
источником гравитационного поля.
Вся совокупность опытных данных указывает на то, что инертная и гравитационные массы строго пропорциональны друг другу, это обозначает, что при соответствующем выборе единиц гравитационная и инертная массы тождественны. Принцип эквивалентности положен в основу общей теории относительности.
Слайд 13 Электрический заряд и его свойства
С современной точки зрения, носителями
зарядов являются элементарные частицы
Три элементарные частицы — электрон, протон и
нейтрон — являются теми строительными кирпичиками, из которых состоит каждый атом. Комбинация из протонов и нейтронов образует ядро, находящееся в центре каждого атома.
Слайд 14Закон Кулона
Кулоновская сила действующая между двумя точечными зарядами q1 и
q2
где r – расстояние между зарядами
k - коэффициент пропорциональности,
зависящий от выбора системы единиц.
Слайд 15Электрический заряд
Электрический заряд -это физическая величина, характеризующая свойство частиц или
тел вступать в силовые электромагнитные взаимодействия и показывающая степень возможного
участия в этом взаимодействии.
Единица измерения заряда в СИ — Кулон. Заряд в 1 Кл очень велик. Два заряда (q1=q2=1Кл) расположенных в вакууме на расстоянии 1 м, взаимодействуют с силой 9 * 10**9 H.
Слайд 16Свойства электрического заряда
Электрический заряд квантуется (имеет дискретную природу)
Элементарный заряд- заряд
электрона
В природе существуют два вида зарядов-положительные и отрицательные
Закон сохранения электрического
заряда
Слайд 17 Электростатическое поле
По современным представлениям каждое заряженное тело создает
в окружающем пространстве электрическое поле.
Главное свойство электрического поля –
действие на электрические заряды с некоторой силой.
Поле, образованное заряженными телами, покоящимися в данной системе отсчета называется электростатическим.
Слайд 18Общие характеристики
* напряженность поля
(силовая характеристика поля)
Слайд 19Каждый источник создает свое поле
независимо от присутствия других
источников
Принцип суперпозиции
полей:
Слайд 20Напряженность электрического поля –
силовая характеристика поля
Напряженностью электрического поля Е
называют физическую величину, равную силе, с которой поле действует на
единичный положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства.
Тогда сила, действующая на произвольный заряд q равна
Слайд 21Напряженность поля точечного заряда
В соответствии с законом Кулона, напряженность электростатического
поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него,
равна по модулю
Слайд 22Графически поле представляют
линиями напряженности
Слайд 23 Электрический диполь – система из двух одинаковых по модулю
зарядов разного знака q и –q, расположенных на некотором расстоянии
l.
Слайд 24Общие характеристики
* потенциал поля
(энергетическая характеристика поля)
- электростатического
Слайд 25Потенциал энергетическая характеристика электростатического поля
Потенциал поля в данной точке пространства
равен потенциальной энергии, которой обладает единичный положительный заряд в данной
точке пространства
Потенциал численно равен работе, которую нужно совершить при перенесении единичного положительного заряда из бесконечности в данную точку пространства
Слайд 26Потенциал поля, созданного несколькими точечными зарядами
(принцип суперпозиции для потенциала)
В Международной
системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В).
1 В = Дж / Кл
Слайд 27Работа по перемещению электрического заряда q
Работа A12 по перемещению электрического
заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2)
равна произведению заряда на разность потенциалов (φ1 – φ2) начальной и конечной точек:
A12 = = qφ1 – qφ2 = q(φ1 – φ2).
В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В).
Слайд 28Эквипотенциальные поверхности
Эквипотенциальной поверхностью называется поверхность, во всех точках которой потенциал
электрического поля имеет одинаковые значения.
Силовые линии электрического поля всегда
перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы
Слайд 29Эквипотенциальные поверхности (синие линии) и силовые линии (красные линии) простых
электрических полей
Слайд 30Работа
падения тела
из бесконечности
на Землю
Слайд 31
Электрическое
поле неподвижного
заряда симметрично
Следствие СТО: искажение
поля движущегося заряда
Слайд 32
q
Работа сил поля
вдоль замкнутого пути
не равна нулю!
Такое поле оказывается
непотенциальным:
Слайд 33Линии индукции магнитного
поля замкнуты!
Эта особенность связана
с появлением нового
поля - магнитного
Слайд 34Динамические поля
представляют собой
волновые процессы:
- гравитационные волны,
- электромагнитные
Они распространяются от источника
со
скоростью света
Слайд 35Электромагнитные волны
вызваны ускоренным
движением заряда
На далеких расстояниях от источника
волны синусоидальны
Слайд 36Контрольные вопросы
Расстояние между точечными зарядами q1 = 2 нКл
и q2 = −2 нКл равно 50 см. Определить
напряженность электростатического поля, созданного этими зарядами в точке, находящейся в середине между ними.
Металлический шарик, подвешенный на пружине жесткостью 20 Н/м, помещается в однородное вертикальное электрическое поле напряженностью 200 В/м. При этом растяжение пружины увеличилось на 0,05м. Определить величину заряда шарика.
Шар радиусом 0,05 м заряжен до потенциала 50 В. Найти напряженность электрического поля на расстоянии трех радиусов от его поверхности.