Сила - это количественная мера взаимодействия тел.
В рамках классической механики мы имеем дело со следующими видами сил: силами инерции, гравитационными, электростатическими, упругими, силами трения и сопротивления. Объектами воздействия классических сил являются м.т., с.м.т., абсолютно твердое тело – без внутренних свобод. Если подходить к ней принципиально, то можно включить и сплошные среды - твердое вещество, газ, жидкость, плазма. Но при непременном условии – подходить к ней с т.з., что сплошные среды состоят из отдельных элементарных "классических" не "квантовых объектов" – "атомов". Сила в классической физике определяется некоторым физическим параметром F, который определяется как количественная оценка действия внешнего силового фактора на материальный объект и описывается вторым законом Ньютона:
w = F/m. (1)
Это уравнение говорит о том, что под действием силы F материальный объект массой m получает ускорение w. Здесь хочу заметить, что сила F никаким образом не является чисто "математическим", "абстрактным" понятием. Она вполне является экспериментально измеримым параметром. Совместно с параметром w "ускорение". И поэтому масса m вполне является физическим параметром. Таким же как и ускорение и сила. Конечно, здесь есть элемент для "философского" осмысления этого факта: два "физических" параметра определяют третий. Чем то оно напоминает математическую аксиому коммутативности:
"Если А равно В, то В равно А".
Но ничего не поделаешь – одни слова определяют другие, а другие - первое, а самого первое слово – который до яйца и до курицы – оказывается, и нет. Возможно, до них только буквы. Да и они – только в тех языках, в которых сумели выделить минимальное количество элементарных фонем.
Силы трения и сопротивления определяются взаимодействиями между молекулами вещества и имеют в своей основе электромагнитное происхождение и действуют в масштабах межмолекулярных расстояний. Но, как отметил выше, молекулы вещества не должны привносить в законы его движения внутренние свободы и все молекулы рассматриваются как "единое целое".
Силы упругости определяют некоторый отход от "абсолютно" твердого тела, но при этом добавляется очень небольшое, ограниченное, количество дополнительных свобод движения.
Этими ограничениями на "сплошную" среду достигается ограничение на рассмотрение объектов механики по законам больших (статистических) систем.
Закон всемирного тяготения. Силы гравитации
Гравитация была первым взаимодействием, описанным математической теорией. Аристотель считал, что объекты с разной массой падают с разной скоростью. Только много позже Галилео Галилей экспериментально определил, что это не так — если сопротивление воздуха устраняется, все тела ускоряются и падают одинаково.
Закон всемирного тяготения определяет силу взаимодействия материальных тел. Она независима от первых трех законов Ньютона. Область ее применения – движение материальных тел под действием притяжения массивных космических тел, силы гравитационного притяжения в окрестности (в частности, на поверхности) массивных тел, в т.ч. Земли. Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.
Наличие гравитационных сил было установлено Ньютоном в результате анализа законов движения планет, открытых Кеплером. В 1687 г. Ньютон на основе законов Кеплера, а также наблюдений за движением Луны установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения. Эту силу называют силой тяготения (или гравитационной силой). Силы, с которыми взаимно притягиваются тела по закону всемирного тяготения, являются центральными, т. е. они направлены вдоль прямой, соединяющей центры взаимодействующих тел.
Оказалось, что движение любой планеты вокруг Солнца можно объяснить, если предположить, что между ними действует сила взаимного притяжения, пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Ньютон обобщил эту закономерность на любые тела (не только астрономические) и сформулировал закон всемирного тяготения, согласно которому любые два тела с массами m1 и m2, находящиеся на расстоянии R друг от друга, взаимно притягивают друг друга с силой Fg, равной
Здесь g — гравитационная постоянная, равная 6,67 * 10-11м3/(кг∙с2). Знак минус означает, что сила, действующая на тело, всегда направлена по радиус-вектору, направленному на взаимодействующее тело, т.е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел. Именно гравитационное взаимодействие во многом ответственно за процесс образования звезд и галактик. В гравитации участвуют абсолютно все объекты во вселенной, обладающие какой либо энергией.
Гравитационные и электростатические (точнее, электромагнитные) силы по своей природе являются фундаментальными. Их нельзя свести к другим, более простым силам. Гравитационное и электромагнитное взаимодействия осуществляются без контакта между телами, на расстоянии.
Силы инерции
С массой связаны не только силы Ньютона в соответствии со вторым законом Ньютона (в т.ч. гравитации), но также и силы, возникающие при попытке изменить состояние равномерного прямолинейного движения тела в произвольно метризованном пространстве. В частности - ускоренном. Их называют силами инерции. Силы инерции пропорциональны массе и также могут служить ее мерой.
Гравитация и инерция - два свойства, неотъемлемо присущие массе. Их в равной мере можно использовать для количественной характеристики массы. Масса, найденная через величину силы и ускорения по второму закону Ньютона и масса, найденная на основе измерения силы из закона всемирного тяготения, будет иметь одно и то же значение. Это утверждение основывается на постулате, сформулированном Эйнштейном, и носящем название принципа эквивалентности. Согласно этому принципу силы инерции и силы гравитации физически эквивалентны, и если созданы условия, в которых они равны, то их нельзя различить никакими физическими опытами.
ИСО и НСО
За счет силы инерции свободное не взаимодействующее ни с кем м.т. в инерциальной системе отсчета (ИСО) движется равномерно и прямолинейно. И обратно – это утверждение является определением ИСО. Кроме ИСО, существуют и НСО - неинерциальные системы отсчета. Отличие их от ИСО в том, что даже не взаимодействующее ни с кем м.т. движется не равномерно и не прямолинейно. Например, на поверхности сферы, которая, например, реализована на глобусе, тело принципиально не может двигаться равномерно и прямолинейно даже без разметки широты и долготы. Поверхность сферы сама по себе криволинейна. Да и систему декартову координат на ней невозможно организовать. И только на маленькой части этой земной "сферы" с определенной погрешностью можно определить декартову систему координат и рассматривать как галилеево пространство классической механики.
Мои странички на Дзен: ВАЛЕРИЙ ТИМИН
Ссылка на мою статью Как написать формулы в статье на Дзен
Если вам понравилась статья, то поставьте "лайк" и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!
Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите "Искать в ...", далее - "Yandex". Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите "перейти …". Все! О-ля-ля!