Le concept de force. Grandeurs vectorielles et scalaires

Si un corps accélère, alors quelque chose agit sur lui. Comment trouver ce « quelque chose » ? Par exemple, quels types de forces agissent sur un corps proche de la surface de la terre ? Il s'agit de la force de gravité dirigée verticalement vers le bas, proportionnelle à la masse du corps et pour des hauteurs bien inférieures au rayon de la terre $(\large R)$, presque indépendante de la hauteur ; c'est égal

$(\large F = \dfrac (G \cdot m \cdot M)(R^2) = m \cdot g )$

$(\large g = \dfrac (G \cdot M)(R^2) )$

soi-disant accélération due à la gravité. Dans le sens horizontal, le corps se déplacera à une vitesse constante, mais le mouvement dans le sens vertical se fera selon la deuxième loi de Newton :

$(\large m \cdot g = m \cdot \left (\dfrac (d^2 \cdot x)(d \cdot t^2) \right) )$

après avoir contracté $(\large m)$, on constate que l'accélération dans la direction $(\large x)$ est constante et égale à $(\large g)$. Il s’agit du mouvement bien connu d’un corps en chute libre, décrit par les équations

$(\large v_x = v_0 + g \cdot t)$

$(\large x = x_0 + x_0 \cdot t + \dfrac (1)(2) \cdot g \cdot t^2)$

Comment la force est-elle mesurée ?

Dans tous les manuels et livres intelligents, il est d'usage d'exprimer la force en Newtons, mais à l'exception des modèles exploités par les physiciens, les Newtons ne sont utilisés nulle part. C'est extrêmement gênant.

Newton newton (N) est une unité de force dérivée du Système international d'unités (SI).
Sur la base de la deuxième loi de Newton, l'unité newton est définie comme la force qui modifie la vitesse d'un corps pesant un kilogramme de 1 mètre par seconde en une seconde dans la direction de la force.

Ainsi, 1 N = 1 kg m/s².

Le kilogramme-force (kgf ou kg) est une unité métrique gravitationnelle de force égale à la force qui agit sur un corps pesant un kilogramme dans le champ gravitationnel de la Terre. Par conséquent, par définition, un kilogramme-force est égal à 9,80665 N. Un kilogramme-force est pratique dans la mesure où sa valeur est égale au poids d'un corps pesant 1 kg.
1 kgf = 9,80665 newtons (environ ≈ 10 N)
1 N ≈ 0,10197162 kgf ≈ 0,1 kgf

1 N = 1 kg x 1 m/s2.

Loi de la gravitation

Chaque objet de l'Univers est attiré vers tout autre objet avec une force proportionnelle à leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

$(\large F = G \cdot \dfrac (m \cdot M)(R^2))$

On peut ajouter que tout corps réagit à une force qui lui est appliquée avec une accélération dans la direction de cette force, d'une grandeur inversement proportionnelle à la masse du corps.

$(\large G)$ — constante gravitationnelle

$(\large M)$ — masse de la terre

$(\large R)$ — rayon de la terre

$(\large G = 6,67 \cdot (10^(-11)) \left (\dfrac (m^3)(kg \cdot (sec)^2) \right) )$

$(\large M = 5,97 \cdot (10^(24)) \left (kg \right) )$

$(\large R = 6,37 \cdot (10^(6)) \left (m \right) )$

Dans le cadre de la mécanique classique, l'interaction gravitationnelle est décrite par la loi de la gravitation universelle de Newton, selon laquelle la force d'attraction gravitationnelle entre deux corps de masse $(\large m_1)$ et $(\large m_2)$ séparés par une distance $(\large R)$ est

$(\large F = -G \cdot \dfrac (m_1 \cdot m_2)(R^2))$

Ici $(\large G)$ est la constante gravitationnelle égale à $(\large 6,673 \cdot (10^(-11)) m^3 / \left (kg \cdot (sec)^2 \right) )$. Le signe moins signifie que la force agissant sur le corps d'essai est toujours dirigée le long du rayon vecteur depuis le corps d'essai jusqu'à la source du champ gravitationnel, c'est-à-dire l'interaction gravitationnelle conduit toujours à l'attraction des corps.
Le champ de gravité est potentiel. Cela signifie que vous pouvez introduire l'énergie potentielle d'attraction gravitationnelle d'une paire de corps, et cette énergie ne changera pas après avoir déplacé les corps le long d'une boucle fermée. La potentialité du champ gravitationnel implique la loi de conservation de la somme de l'énergie cinétique et potentielle, qui, lors de l'étude du mouvement des corps dans un champ gravitationnel, simplifie souvent considérablement la solution.
Dans le cadre de la mécanique newtonienne, l’interaction gravitationnelle s’effectue à longue distance. Cela signifie que quelle que soit la manière dont un corps massif se déplace, à tout moment de l'espace, le potentiel et la force gravitationnelle dépendent uniquement de la position du corps à un instant donné.

Plus lourd - Plus léger

Le poids d'un corps $(\large P)$ est exprimé par le produit de sa masse $(\large m)$ et de l'accélération due à la gravité $(\large g)$.

$(\large P = m \cdot g)$

Lorsque sur terre le corps devient plus léger (appuie moins sur la balance), cela est dû à une diminution masses. Sur la Lune, tout est différent ; la diminution du poids est causée par un changement dans un autre facteur - $(\large g)$, puisque l'accélération de la gravité à la surface de la Lune est six fois inférieure à celle de la Terre.

masse de la terre = $(\large 5.9736 \cdot (10^(24))\ kg )$

masse lunaire = $(\large 7.3477 \cdot (10^(22))\ kg )$

accélération de la gravité sur Terre = $(\large 9,81\ m / c^2 )$

accélération gravitationnelle sur la Lune = $(\large 1.62 \ m / c^2 )$

En conséquence, le produit $(\large m \cdot g )$, et donc le poids, diminue de 6 fois.

Mais il est impossible de décrire ces deux phénomènes avec la même expression « faciliter les choses ». Sur la Lune, les corps ne deviennent pas plus légers, mais tombent seulement moins rapidement ; ils sont « moins épileptiques »))).

Grandeurs vectorielles et scalaires

Une grandeur vectorielle (par exemple, une force appliquée à un corps), en plus de sa valeur (module), est également caractérisée par la direction. Une quantité scalaire (par exemple la longueur) est caractérisée uniquement par sa valeur. Toutes les lois classiques de la mécanique sont formulées pour des quantités vectorielles.

Image 1.

En figue. La figure 1 montre différentes options pour l'emplacement du vecteur $( \large \overrightarrow(F))$ et ses projections $( \large F_x)$ et $( \large F_y)$ sur l'axe $( \large X)$ et $( \large Y )$ respectivement :

• UN. les quantités $( \large F_x)$ et $( \large F_y)$ sont non nulles et positives
• B. les quantités $( \large F_x)$ et $( \large F_y)$ sont non nulles, tandis que $(\large F_y)$ est une quantité positive, et $(\large F_x)$ est négative, car le vecteur $(\large \overrightarrow(F))$ est dirigé dans la direction opposée à la direction de l'axe $(\large X)$
• C.$(\large F_y)$ est une quantité positive non nulle, $(\large F_x)$ est égal à zéro, car le vecteur $(\large \overrightarrow(F))$ est dirigé perpendiculairement à l'axe $(\large X)$

Moment de pouvoir

Un moment de pouvoir est appelé le produit vectoriel du rayon vecteur tiré de l'axe de rotation jusqu'au point d'application de la force et du vecteur de cette force. Ceux. Selon la définition classique, le moment de force est une grandeur vectorielle. Dans le cadre de notre problème, cette définition peut être simplifiée comme suit : le moment de force $(\large \overrightarrow(F))$ appliqué à un point de coordonnée $(\large x_F)$, par rapport à l'axe situé au point $(\large x_0 )$ est une quantité scalaire égale au produit du module de force $(\large \overrightarrow(F))$ et du bras de force - $(\large \left | x_F - x_0 \right | )$. Et le signe de cette quantité scalaire dépend de la direction de la force : si elle fait tourner l'objet dans le sens des aiguilles d'une montre, alors le signe est plus, si dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, alors le signe est moins.

Il est important de comprendre que nous pouvons choisir l'axe arbitrairement - si le corps ne tourne pas, alors la somme des moments de forces autour de n'importe quel axe est nulle. La deuxième remarque importante est que si une force est appliquée à un point par lequel passe un axe, alors le moment de cette force autour de cet axe est égal à zéro (puisque le bras de la force sera égal à zéro).

Illustrons ce qui précède avec un exemple sur la figure 2. Supposons que le système représenté sur la Fig. 2 est en équilibre. Considérez le support sur lequel reposent les charges. Il est sollicité par 3 forces : $(\large \overrightarrow(N_1),\ \overrightarrow(N_2),\ \overrightarrow(N),)$ points d'application de ces forces UN, DANS Et AVEC respectivement. La figure contient également des forces $(\large \overrightarrow(N_(1)^(gr)),\ \overrightarrow(N_2^(gr)))$. Ces forces sont appliquées aux charges, et selon la 3ème loi de Newton

$(\large \overrightarrow(N_(1)) = - \overrightarrow(N_(1)^(gr)))$

$(\large \overrightarrow(N_(2)) = - \overrightarrow(N_(2)^(gr)))$

Considérons maintenant la condition d'égalité des moments de forces agissant sur le support par rapport à l'axe passant par le point UN(et, comme nous l'avons convenu plus tôt, perpendiculaire au plan de dessin) :

$(\large N \cdot l_1 - N_2 \cdot \left (l_1 +l_2 \right) = 0)$

Veuillez noter que le moment de force $(\large \overrightarrow(N_1))$ n'a pas été inclus dans l'équation, puisque le bras de cette force par rapport à l'axe en question est égal à $(\large 0)$. Si pour une raison quelconque nous voulons sélectionner un axe passant par le point AVEC, alors la condition d'égalité des moments de forces ressemblera à ceci :

$(\large N_1 \cdot l_1 - N_2 \cdot l_2 = 0)$

On peut montrer que, d’un point de vue mathématique, les deux dernières équations sont équivalentes.

Centre de gravité

Centre de gravité dans un système mécanique est le point par rapport auquel le moment de gravité total agissant sur le système est égal à zéro.

Le centre de masse

Le point du centre de masse est remarquable en ce sens que si un grand nombre de forces agissent sur les particules formant un corps (peu importe qu'il soit solide ou liquide, un amas d'étoiles ou autre chose) (c'est-à-dire uniquement des forces externes, puisque toutes les forces internes les forces se compensent), alors la force résultante conduit à une telle accélération de ce point comme si toute la masse du corps $(\large m)$ s'y trouvait.

La position du centre de masse est déterminée par l'équation :

$(\large R_(cm) = \frac(\sum m_i\, r_i)(\sum m_i))$

Il s'agit d'une équation vectorielle, c'est-à-dire en fait, trois équations – une pour chacune des trois directions. Mais considérez uniquement la direction $(\large x)$. Que signifie l'égalité suivante ?

$(\large X_(cm) = \frac(\sum m_i\, x_i)(\sum m_i))$

Supposons que le corps soit divisé en petits morceaux de même masse $(\large m)$, et que la masse totale du corps soit égale au nombre de ces morceaux $(\large N)$ multiplié par la masse d'un morceau , par exemple 1 gramme. Ensuite, cette équation signifie que vous devez prendre les coordonnées $(\large x)$ de toutes les pièces, les additionner et diviser le résultat par le nombre de pièces. En d'autres termes, si les masses des pièces sont égales, alors $(\large X_(c.m.))$ sera simplement la moyenne arithmétique des coordonnées $(\large x)$ de toutes les pièces.

Masse et densité

La masse est une grandeur physique fondamentale. La masse caractérise plusieurs propriétés d'un corps à la fois et possède en elle-même un certain nombre de propriétés importantes.

• La masse sert à mesurer la substance contenue dans un corps.
• La masse est une mesure de l'inertie d'un corps. L'inertie est la propriété d'un corps de maintenir sa vitesse inchangée (dans le référentiel inertiel) lorsque les influences extérieures sont absentes ou se compensent. En présence d'influences extérieures, l'inertie d'un corps se manifeste par le fait que sa vitesse ne change pas instantanément, mais progressivement, et plus lentement, plus l'inertie (c'est-à-dire la masse) du corps est grande. Par exemple, si une boule de billard et un bus se déplacent à la même vitesse et sont freinés par la même force, il faut alors beaucoup moins de temps pour arrêter la boule que pour arrêter le bus.
• Les masses des corps sont la raison de leur attraction gravitationnelle les uns vers les autres (voir la section « Gravité »).
• La masse d'un corps est égale à la somme des masses de ses parties. C'est ce qu'on appelle l'additivité de la masse. L'additivité permet d'utiliser un étalon de 1 kg pour mesurer la masse.
• La masse d'un système isolé de corps ne change pas avec le temps (loi de conservation de la masse).
• La masse d’un corps ne dépend pas de la vitesse de son mouvement. La masse ne change pas lorsqu'on passe d'un référentiel à un autre.
• Densité d'un corps homogène est le rapport de la masse du corps à son volume :

$(\large p = \dfrac (m)(V) )$

La densité ne dépend pas des propriétés géométriques du corps (forme, volume) et est une caractéristique de la substance du corps. Les densités de diverses substances sont présentées dans des tableaux de référence. Il convient de retenir la densité de l'eau : 1000 kg/m3.

Deuxième et troisième lois de Newton

L'interaction des corps peut être décrite à l'aide du concept de force. La force est une quantité vectorielle, qui mesure l’influence d’un corps sur un autre.
Étant un vecteur, la force est caractérisée par son module (valeur absolue) et sa direction dans l'espace. De plus, le point d’application de la force est important : une même force en ampleur et en direction, appliquée en différents points du corps, peut avoir des effets différents. Ainsi, si vous saisissez la jante d’une roue de vélo et tirez tangentiellement sur la jante, la roue commencera à tourner. Si vous tirez le long du rayon, il n'y aura pas de rotation.

Deuxième loi de Newton

Le produit de la masse corporelle et du vecteur accélération est la résultante de toutes les forces appliquées au corps :

$(\large m \cdot \overrightarrow(a) = \overrightarrow(F) )$

La deuxième loi de Newton relie les vecteurs d'accélération et de force. Cela signifie que les affirmations suivantes sont vraies.

1. $(\large m \cdot a = F)$, où $(\large a)$ est le module d'accélération, $(\large F)$ est le module de force résultant.
2. Le vecteur accélération a la même direction que le vecteur force résultant, puisque la masse du corps est positive.

Troisième loi de Newton

Deux corps agissent l’un sur l’autre avec des forces de même ampleur et de direction opposée. Ces forces ont la même nature physique et sont dirigées selon une droite reliant leurs points d’application.

Principe de superposition

L'expérience montre que si plusieurs autres corps agissent sur un corps donné, alors les forces correspondantes s'additionnent sous forme de vecteurs. Plus précisément, le principe de superposition est valable.
Le principe de superposition des forces. Laissons les forces agir sur le corps$(\large \overrightarrow(F_1), \overrightarrow(F_2),\ \ldots \overrightarrow(F_n))$ Si vous les remplacez par une seule force$(\large \overrightarrow(F) = \overrightarrow(F_1) + \overrightarrow(F_2) \ldots + \overrightarrow(F_n))$ , alors le résultat de l'impact ne changera pas.
La force $(\large \overrightarrow(F))$ est appelée résultant force $(\large \overrightarrow(F_1), \overrightarrow(F_2),\ \ldots \overrightarrow(F_n))$ ou résultant de force.

Transitaire ou transporteur ? Trois secrets et transport international de marchandises

Transitaire ou transporteur : qui choisir ? Si le transporteur est bon et le transitaire est mauvais, alors le premier. Si le transporteur est mauvais et le transitaire est bon, alors ce dernier est bon. Ce choix est simple. Mais comment décider si les deux candidats sont bons ? Comment choisir entre deux options apparemment équivalentes ? Le fait est que ces options ne sont pas équivalentes.

Histoires d'horreur du transport international

ENTRE UN MARTEAU ET UNE COLLINE.

Il n'est pas facile de vivre entre le client du transport et le propriétaire très rusé et économique de la cargaison. Un jour, nous avons reçu une commande. Fret pour trois kopecks, conditions supplémentaires pour deux feuilles, la collection s'appelle.... Chargement mercredi. La voiture est déjà en place mardi et le lendemain à l'heure du déjeuner, l'entrepôt commence à jeter lentement dans la remorque tout ce que votre transitaire a collecté pour ses clients destinataires.

UN LIEU ENCHANTÉ - PTO KOZLOVICHY.

Selon les légendes et l'expérience, tous ceux qui ont transporté des marchandises depuis l'Europe par la route savent à quel point le bureau de poste de Kozlovichi, la douane de Brest, est un endroit terrible. Quel chaos créent les douaniers biélorusses, ils trouvent à redire de toutes les manières possibles et facturent des prix exorbitants. Et c'est vrai. Mais pas tout...

Au Nouvel An, nous apportions du lait en poudre.

Chargement de marchandises en groupage dans un entrepôt de consolidation en Allemagne. L'une des cargaisons est du lait en poudre en provenance d'Italie, dont la livraison a été commandée par le transitaire.... Un exemple classique du travail d'un transitaire-« émetteur » (il ne fouille dans rien, il transmet simplement le long du chaîne).

Documents pour le transport international

Le transport routier international de marchandises est très organisé et bureaucratique ; par conséquent, un ensemble de documents unifiés sont utilisés pour effectuer le transport routier international de marchandises. Peu importe qu’il s’agisse d’un transporteur douanier ou ordinaire : il ne voyagera pas sans documents. Même si cela n’est pas très passionnant, nous avons essayé d’expliquer simplement le but de ces documents et la signification qu’ils ont. Ils ont donné un exemple de remplissage de TIR, CMR, T1, EX1, facture, liste de colisage...

Calcul de la charge à l'essieu pour le transport routier de marchandises

L'objectif est d'étudier la possibilité de redistribuer les charges sur les essieux du tracteur et de la semi-remorque lorsque l'emplacement de la cargaison dans la semi-remorque change. Et appliquer ces connaissances dans la pratique.

Dans le système que nous considérons il y a 3 objets : un tracteur $(T)$, une semi-remorque $(\large ((p.p.)))$ et une charge $(\large (gr))$. Toutes les variables liées à chacun de ces objets seront marquées respectivement par l'exposant $T$, $(\large (p.p.))$ et $(\large (gr))$. Par exemple, la tare d'un tracteur sera notée $m^(T)$.

Pourquoi ne manges-tu pas d'agarics contre les mouches ? Le douanier poussa un soupir de tristesse.

Que se passe-t-il sur le marché du transport routier international ? Le Service fédéral des douanes de la Fédération de Russie a déjà interdit la délivrance de carnets TIR sans garanties supplémentaires dans plusieurs districts fédéraux. Et elle a annoncé qu'à partir du 1er décembre de cette année, elle mettrait définitivement fin à l'accord avec l'IRU car elle ne répondait pas aux exigences de l'Union douanière et faisait des réclamations financières non enfantines.
L'IRU en réponse : « Les explications du Service fédéral des douanes de Russie concernant la prétendue dette d'ASMAP d'un montant de 20 milliards de roubles sont une pure fiction, puisque toutes les anciennes créances TIR ont été entièrement réglées..... Que devons-nous , transporteurs publics, vous pensez ?

Facteur de rangement Poids et volume de la cargaison lors du calcul du coût du transport

Le calcul du coût du transport dépend du poids et du volume de la marchandise. Pour le transport maritime, le volume est le plus souvent déterminant, pour le transport aérien, le poids. Pour le transport routier de marchandises, un indicateur complexe est important. Le paramètre de calcul qui sera choisi dans un cas particulier dépend de densité de la cargaison (Facteur de rangement) .

Il est nécessaire de connaître le point d’application et la direction de chaque force. Il est important de pouvoir déterminer quelles forces agissent sur le corps et dans quelle direction. La force est notée , mesurée en Newtons. Afin de distinguer les forces, elles sont désignées comme suit

Vous trouverez ci-dessous les principales forces à l’œuvre dans la nature. Il est impossible d’inventer des forces qui n’existent pas pour résoudre des problèmes !

Il existe de nombreuses forces dans la nature. Nous considérons ici les forces prises en compte dans le cours de physique scolaire lors de l'étude de la dynamique. D’autres forces sont également mentionnées, qui seront abordées dans d’autres sections.

La gravité

Chaque corps sur la planète est affecté par la gravité terrestre. La force avec laquelle la Terre attire chaque corps est déterminée par la formule

Le point d'application se situe au centre de gravité du corps. La gravité toujours dirigé verticalement vers le bas.

Force de friction

Faisons connaissance avec la force de friction. Cette force se produit lorsque des corps bougent et que deux surfaces entrent en contact. Cette force vient du fait que les surfaces, vues au microscope, ne sont pas aussi lisses qu’elles le paraissent. La force de frottement est déterminée par la formule :

La force est appliquée au point de contact de deux surfaces. Dirigé dans la direction opposée au mouvement.

Force de réaction au sol

Imaginons un objet très lourd posé sur une table. La table fléchit sous le poids de l'objet. Mais selon la troisième loi de Newton, la table agit sur l'objet avec exactement la même force que l'objet sur la table. La force est dirigée à l'opposé de la force avec laquelle l'objet appuie sur la table. Autrement dit, vers le haut. Cette force est appelée réaction au sol. Le nom de la force "parle" le support réagit. Cette force se produit chaque fois qu'il y a un impact sur le support. La nature de son apparition au niveau moléculaire. L'objet semblait déformer la position et les connexions habituelles des molécules (à l'intérieur du tableau), elles s'efforcent à leur tour de revenir à leur état d'origine, de « résister ».

Absolument n'importe quel corps, même très léger (par exemple, un crayon posé sur une table), déforme le support au niveau micro. Une réaction au sol se produit donc.

Il n’existe pas de formule spéciale pour trouver cette force. Elle est désignée par la lettre , mais cette force est simplement un type distinct de force d'élasticité, elle peut donc également être désignée par

La force est appliquée au point de contact de l'objet avec le support. Dirigé perpendiculairement au support.

Puisque le corps est représenté comme un point matériel, la force peut être représentée à partir du centre

Force élastique

Cette force résulte d'une déformation (changement de l'état initial de la substance). Par exemple, lorsque nous étirons un ressort, nous augmentons la distance entre les molécules du matériau du ressort. Lorsqu'on comprime un ressort, on le diminue. Quand nous nous tordons ou nous déplaçons. Dans tous ces exemples, une force apparaît qui empêche la déformation : la force élastique.

la loi de Hooke

La force élastique est dirigée à l’opposé de la déformation.

Puisque le corps est représenté comme un point matériel, la force peut être représentée à partir du centre

Lors de la connexion de ressorts en série, par exemple, la rigidité est calculée à l'aide de la formule

Lorsqu'il est connecté en parallèle, la rigidité

Échantillon de rigidité. Module d'Young.

Le module d'Young caractérise les propriétés élastiques d'une substance. Il s'agit d'une valeur constante qui dépend uniquement du matériau et de son état physique. Caractérise la capacité d’un matériau à résister à une déformation en traction ou en compression. La valeur du module de Young est tabulaire.

En savoir plus sur les propriétés des solides.

Poids

Le poids corporel est la force avec laquelle un objet agit sur un support. Vous dites, c'est la force de gravité ! La confusion se produit de la manière suivante : en effet, souvent le poids d'un corps est égal à la force de gravité, mais ces forces sont complètement différentes. La gravité est une force résultant de l’interaction avec la Terre. Le poids est le résultat de l’interaction avec le support. La force de gravité est appliquée au centre de gravité de l'objet, tandis que le poids est la force qui s'applique au support (et non à l'objet) !

Il n’existe pas de formule pour déterminer le poids. Cette force est désignée par la lettre.

La force de réaction du support ou force élastique apparaît en réponse à l'impact d'un objet sur la suspension ou le support, donc le poids du corps est toujours numériquement le même que la force élastique, mais a la direction opposée.

La force de réaction du support et le poids sont des forces de même nature selon la 3ème loi de Newton, elles sont égales et dirigées de manière opposée. Le poids est une force qui agit sur le support et non sur le corps. La force de gravité agit sur le corps.

Le poids corporel peut ne pas être égal à la gravité. Cela peut être plus ou moins, ou il se peut que le poids soit nul. Cette condition est appelée apesanteur. L'apesanteur est un état dans lequel un objet n'interagit pas avec un support, par exemple l'état de vol : il y a la gravité, mais le poids est nul !

Il est possible de déterminer la direction de l'accélération si vous déterminez où la force résultante est dirigée

Veuillez noter que le poids est une force, mesurée en Newtons. Comment répondre correctement à la question : « Combien pesez-vous » ? Nous répondons 50 kg, en nommant non pas notre poids, mais notre masse ! Dans cet exemple, notre poids est égal à la gravité, soit environ 500N !

Surcharge- rapport poids/gravité

La force d'Archimède

La force résulte de l'interaction d'un corps avec un liquide (gaz), lorsqu'il est immergé dans un liquide (ou un gaz). Cette force pousse le corps hors de l’eau (gaz). Par conséquent, il est dirigé verticalement vers le haut (pousse). Déterminé par la formule :

Dans les airs, nous négligeons le pouvoir d'Archimède.

Si la force d'Archimède est égale à la force de gravité, le corps flotte. Si la force d'Archimède est plus grande, alors elle monte à la surface du liquide, si elle est inférieure, elle coule.

Forces électriques

Il existe des forces d'origine électrique. Se produit en présence d'une charge électrique. Ces forces, telles que la force de Coulomb, la force Ampère, la force de Lorentz, sont discutées en détail dans la section Électricité.

Désignation schématique des forces agissant sur un corps

Souvent, un corps est modélisé comme un point matériel. Par conséquent, dans les diagrammes, divers points d'application sont transférés en un seul point - au centre, et le corps est représenté schématiquement sous la forme d'un cercle ou d'un rectangle.

Afin de désigner correctement les forces, il est nécessaire de lister tous les corps avec lesquels le corps étudié interagit. Déterminez ce qui se produit à la suite de l’interaction avec chacun : friction, déformation, attraction ou peut-être répulsion. Déterminez le type de force et indiquez correctement la direction. Attention! La quantité de forces coïncidera avec le nombre de corps avec lesquels l'interaction se produit.

La principale chose à retenir

1) Les forces et leur nature ;
2) Direction des forces ;
3) Être capable d'identifier les forces agissantes

Il existe des frottements externes (secs) et internes (visqueux). Un frottement externe se produit entre des surfaces solides en contact, un frottement interne se produit entre des couches de liquide ou de gaz lors de leur mouvement relatif. Il existe trois types de frottement externe : le frottement statique, le frottement de glissement et le frottement de roulement.

Le frottement de roulement est déterminé par la formule

La force de résistance se produit lorsqu'un corps se déplace dans un liquide ou un gaz. L'ampleur de la force de résistance dépend de la taille et de la forme du corps, de la vitesse de son mouvement et des propriétés du liquide ou du gaz. À faible vitesse de déplacement, la force de traînée est proportionnelle à la vitesse du corps

À grande vitesse, il est proportionnel au carré de la vitesse.

Considérons l'attraction mutuelle d'un objet et de la Terre. Entre eux, selon la loi de la gravité, une force naît

Comparons maintenant la loi de la gravité et la force de gravité

L'ampleur de l'accélération due à la gravité dépend de la masse de la Terre et de son rayon ! Ainsi, il est possible de calculer à quelle accélération les objets tomberont sur la Lune ou sur toute autre planète, en utilisant la masse et le rayon de cette planète.

La distance entre le centre de la Terre et les pôles est inférieure à celle de l'équateur. Par conséquent, l’accélération de la gravité à l’équateur est légèrement inférieure à celle aux pôles. Dans le même temps, il convient de noter que la principale raison de la dépendance de l’accélération de la gravité à la latitude de la zone est le fait de la rotation de la Terre autour de son axe.

À mesure que nous nous éloignons de la surface de la Terre, la force de gravité et l'accélération de la gravité changent en proportion inverse du carré de la distance au centre de la Terre.

DÉFINITION

Forcer est une quantité vectorielle qui est une mesure de l'action d'autres corps ou champs sur un corps donné, à la suite de laquelle un changement dans l'état de ce corps se produit. Dans ce cas, un changement d'état signifie un changement ou une déformation.

La notion de force fait référence à deux corps. Vous pouvez toujours indiquer le corps sur lequel agit la force et le corps à partir duquel elle agit.

La force se caractérise par :

• module;
• direction;
• point d'application.

L'ampleur et la direction de la force sont indépendantes du choix.

L'unité de force dans le système C est 1 Newton.

Dans la nature, il n’existe aucun corps matériel qui échappe à l’influence d’autres corps et, par conséquent, tous les corps sont sous l’influence de forces externes ou internes.

Plusieurs forces peuvent agir simultanément sur un corps. Dans ce cas, le principe d'indépendance d'action est valable : l'action de chaque force ne dépend pas de la présence ou de l'absence d'autres forces ; l'action combinée de plusieurs forces est égale à la somme des actions indépendantes des forces individuelles.

Force résultante

Pour décrire le mouvement d'un corps dans ce cas, la notion de force résultante est utilisée.

DÉFINITION

Force résultante est une force dont l'action remplace l'action de toutes les forces appliquées au corps. Ou, en d'autres termes, la résultante de toutes les forces appliquées au corps est égale à la somme vectorielle de ces forces (Fig. 1).

Fig. 1. Détermination des forces résultantes

Étant donné que le mouvement d'un corps est toujours considéré dans un système de coordonnées, il convient de considérer non pas la force elle-même, mais ses projections sur les axes de coordonnées (Fig. 2, a). Selon la direction de la force, ses projections peuvent être soit positives (Fig. 2, b), soit négatives (Fig. 2, c).

Fig.2. Projections de force sur des axes de coordonnées : a) sur un plan ; b) sur une droite (la projection est positive) ;
c) sur une ligne droite (la projection est négative)

Figure 3. Exemples illustrant l'addition vectorielle de forces

On voit souvent des exemples illustrant l'addition vectorielle de forces : une lampe est suspendue à deux câbles (Fig. 3, a) - dans ce cas, l'équilibre est atteint du fait que la résultante des forces de tension est compensée par le poids du lampe; le bloc glisse le long d'un plan incliné (Fig. 3, b) - le mouvement se produit en raison des forces résultantes de frottement, de gravité et de réaction d'appui. Lignes célèbres de la fable d'I.A. Krylov "et le chariot est toujours là!" - également une illustration de l'égalité de la résultante de trois forces à zéro (Fig. 3, c).

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

En plus de la gravité, les corps en mouvement par rapport à la surface de la Terre sont également affectés par la force de Coriolis.

Histoire

Jordan Nemorarius, dans son essai « On Gravities », en considérant les charges sur un plan incliné, décomposait leurs forces de gravité en composantes normales et parallèles au plan incliné, et était proche de la définition du moment statique.

Corps à symétrie sphérique

Terre

(\displaystyle P=9(,)780318(1+0(,)005302\sin \varphi -0(,)000006\sin ^(2)2\varphi)m-0(,)000003086Hm.) Coinα (\ displaystyle \ alpha) entre la gravité P → (\displaystyle (\vec (P))) et la force d'attraction gravitationnelle vers la Terre F → (\displaystyle (\vec (F)))

α ≈ 0,001 8 sin ⁡ 2 φ (\displaystyle \alpha \approx 0(,)0018\sin (2\varphi )) Elle varie de zéro (à l'équateur, oùφ = 0 ∘ (\displaystyle \varphi =0^(\circ )) et aux pôles, oùφ = 90 ∘ (\displaystyle \varphi =90^(\circ )) ) avant 0,001 8 (\style d'affichage 0(,)0018) heureux ou 6′ (\displaystyle 6 ») (à la latitude).

45 ∘ (\displaystyle 45^(\circ ))

Mouvement des corps sous l'influence de la gravité

Lors du lancement d'un corps depuis une certaine hauteur parallèle à la surface de la Terre, la portée de vol augmente avec l'augmentation de la vitesse initiale. Aux valeurs élevées de la vitesse initiale, pour calculer la trajectoire du corps, il est nécessaire de prendre en compte la forme sphérique de la Terre et le changement de direction de la gravité en différents points de la trajectoire.

À une certaine valeur de vitesse, appelée première vitesse cosmique, un corps projeté tangentiellement à la surface de la Terre, sous l'influence de la gravité en l'absence de résistance de l'atmosphère, peut se déplacer en cercle autour de la Terre sans tomber sur la Terre. . À une vitesse dépassant la deuxième vitesse de fuite, le corps s'éloigne de la surface terrestre vers l'infini selon une trajectoire hyperbolique. À des vitesses intermédiaires entre la première et la deuxième vitesses cosmiques, le corps se déplace autour de la Terre selon une trajectoire elliptique.

Énergie potentielle d'un corps élevé au-dessus de la Terre

L'énergie potentielle d'un corps élevé au-dessus de la Terre est le travail de gravité pris avec le signe opposé, effectué lors du déplacement du corps de la surface de la Terre vers cette position. C'est égal E p = γ M m (1 R z − 1 R) (\displaystyle E_(p)=\gamma Mm((\frac (1)(R_(z)))-(\frac (1)(R)) )), Où γ ( displaystyle gamma )- constante gravitationnelle, M (style d'affichage M)- la masse de la terre, m (style d'affichage m)- masse corporelle, R z ( displaystyle R_ (z))- rayon de la Terre, R (style d'affichage R)- distance au centre de la Terre du corps.

Lorsque le corps s'éloigne d'une distance non petite par rapport au rayon de la Terre, le champ gravitationnel peut être considéré comme uniforme, c'est-à-dire que l'accélération de la gravité est constante. Dans ce cas, lors du levage d'un corps avec une masse m (style d'affichage m)à la hauteur h (style d'affichage h) la gravité fonctionne depuis la surface de la Terre A = − m g h (\displaystyle A=-mgh). L’énergie potentielle du corps est donc : E p = m g h (\displaystyle E_(p)=mgh). L'énergie potentielle d'un corps peut avoir des valeurs positives et négatives. Corps en profondeur h (style d'affichage h) de la surface de la Terre a une énergie potentielle négative E p = − m g h (\displaystyle E_(p)=-mgh) .

Lorsque l'eau s'évapore de la surface de la Terre, le rayonnement solaire se transforme en énergie potentielle de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Ensuite, lorsque les précipitations atmosphériques tombent sur la terre, elles se transforment en énergie cinétique lors du ruissellement et effectuent un travail érosif dans le processus de transport des matériaux de dénudation sur l'ensemble de la terre et rendent possible la vie du monde organique sur Terre.

L'énergie potentielle des masses rocheuses transportées par les processus tectoniques est principalement dépensée pour déplacer les produits de destruction des roches des zones élevées de la surface vers les zones inférieures.

Signification dans la nature

La gravité joue un rôle important dans l'évolution des étoiles. Pour les étoiles au stade principal de leur évolution, la gravité est l’un des facteurs importants fournissant les conditions nécessaires à la fusion thermonucléaire. Aux derniers stades de l'évolution des étoiles, en train de s'effondrer, grâce à la force de gravité, non compensée par les forces de pression interne, les étoiles se transforment en étoiles à neutrons ou en trous noirs.

La gravité est très importante pour la formation de la structure interne de la Terre et des autres planètes et pour l'évolution tectonique de sa surface. Plus la force de gravité est grande, plus la masse de matériau météoritique tombe par unité de surface. Au cours de l'existence de la Terre, sa masse a considérablement augmenté en raison de la gravité : chaque année, 30 à 40 millions de tonnes de matière météoritique, principalement sous forme de poussière, se déposent sur la Terre, ce qui dépasse largement la dispersion des composants légers de la Terre. La haute atmosphère terrestre dans l'espace.

Sans l’énergie potentielle de la gravité, qui se transforme continuellement en énergie cinétique, la circulation de la matière et de l’énergie sur Terre serait impossible.

La gravité joue un rôle très important pour la vie sur Terre. Ce n’est que grâce à elle que la Terre possède une atmosphère. En raison de la force de gravité agissant sur l’air, il existe une pression atmosphérique.

Tous les organismes vivants dotés d'un système nerveux possèdent des récepteurs qui déterminent l'ampleur et la direction de la gravité et servent à s'orienter dans l'espace. Chez les organismes vertébrés, y compris les humains, l'ampleur et la direction de la gravité sont déterminées par l'appareil vestibulaire.

La présence de la gravité a conduit à l'émergence dans tous les organismes terrestres multicellulaires de squelettes solides nécessaires pour la vaincre. Chez les organismes vivants aquatiques, la gravité est équilibrée par la force hydrostatique.

Le rôle de la gravité dans les processus vitaux des organismes est étudié par la biologie gravitationnelle.

Application en technologie

Des mesures précises de la gravité et de son gradient (gravimétrie) sont utilisées dans l'étude de la structure interne de la Terre et dans l'exploration gravitationnelle de divers minéraux.

Stabilité d'un corps dans un champ de gravité

Pour un corps dans un champ de gravité reposant sur un point (par exemple, lors de la suspension d'un corps par un point ou du placement d'une balle sur un avion), pour un équilibre stable, il est nécessaire que le centre de gravité du corps occupe la position la plus basse par rapport vers toutes les positions voisines possibles.

Pour un corps dans un champ de gravité reposant sur plusieurs points (par exemple une table) ou sur une plate-forme entière (par exemple une boîte sur un plan horizontal), pour un équilibre stable il faut que la ligne verticale passant par le centre de la gravité passent à l'intérieur de la zone d'appui du corps. Zone d'assistance Le corps est un contour reliant les points d'appui ou à l'intérieur de la plateforme sur laquelle repose le corps.

Méthodes de mesure de la gravité

La gravité est mesurée à l'aide de méthodes dynamiques et statiques. Les méthodes dynamiques utilisent l'observation du mouvement d'un corps sous l'influence de la gravité et mesurent le temps de transition du corps d'une position prédéterminée à une autre. Ils utilisent : les oscillations d'un pendule, la chute libre d'un corps, les oscillations d'une corde avec une charge. Les méthodes statiques utilisent l'observation des changements dans la position d'équilibre d'un corps sous l'influence de la gravité et d'une certaine force qui l'équilibre et mesurent le déplacement linéaire ou angulaire du corps.

Les mesures de gravité sont soit absolues, soit relatives. Les mesures absolues déterminent la valeur totale de la gravité en un point donné. Les mesures relatives déterminent la différence entre la force de gravité en un point donné et une autre valeur précédemment connue. Les instruments conçus pour les mesures relatives de la gravité sont appelés gravimètres.

Les méthodes dynamiques pour déterminer la gravité peuvent être à la fois relatives et absolues, les méthodes statiques - uniquement relatives.

La gravité sur d'autres planètes

voir également

Remarques

1. Sivukhin D.V. Cours de physique générale. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. I. Mécanique. - P. 372. - 560 p. - ISBN5-9221-0225-7.
2. Targ S.M. La gravité// Encyclopédie physique / Ch. éd. A.M. Prokhorov. - M. : Grande Encyclopédie Russe, 1994. - T. 4. - P. 496. - 704 p. - 40 000 exemplaires.
3. -ISBN5-85270-087-8.
4. , Avec. 49. Le changement maximal de gravité dû à la gravité de la Lune est d'environ 0 , 25 ⋅ 10 − 5 (\displaystyle 0(,)25\cdot 10^(-5)) m/s 2 , Soleil 0 , 1 ⋅ 10 − 5 (\displaystyle 0(,)1\cdot 10^(-5))

m/s 2

Le mot « force » en russe est polysémantique et est souvent utilisé (seul ou en combinaison, dans la science et dans des situations quotidiennes) dans des sens différents de la définition physique du terme.

informations générales

Caractéristiques de résistance

En plus de la division selon le type d'interactions fondamentales, il existe d'autres classifications des forces, notamment : externe-interne (c'est-à-dire agissant sur des points matériels (corps) d'un système mécanique donné à partir de points matériels (corps) n'appartenant pas à ce système et les forces d'interaction entre les points matériels (corps) d'un système donné), potentiels ou non (que le champ de forces étudié soit potentiel), élastique-dissipatif, concentré-distribué (appliqué en un ou plusieurs points) , constant ou variable dans le temps.

Un système de forces est un ensemble de forces agissant sur le corps considéré ou sur des points d'un système mécanique. Deux systèmes de forces sont dits équivalents si leur action individuelle sur le même corps solide ou point matériel est la même, toutes choses étant égales par ailleurs.

Un système de forces équilibré (ou un système de forces équivalent à zéro) est un système de forces dont l'action sur un corps rigide ou un point matériel n'entraîne pas de modification de leur état cinématique.

Dimension de la force

Aspect historique du concept de force

Dans le monde antique

L’humanité a commencé à percevoir le concept de force à travers l’expérience directe du déplacement d’objets lourds. « Force », « puissance », « travail » étaient synonymes (comme dans le langage moderne en dehors des sciences naturelles). Le transfert de sentiments personnels vers des objets de la nature a conduit à l'anthropomorphisme : tous les objets pouvant influencer les autres (rivières, pierres, arbres) doivent être vivants, les êtres vivants doivent contenir la même force qu'une personne ressent en elle-même.

Dans l'Antiquité

Lorsque les scientifiques grecs ont commencé à réfléchir à la nature du mouvement, le concept de force est apparu dans le cadre de l'enseignement d'Héraclite sur la statique comme équilibre des opposés. Empédocle et Anaxagore ont tenté d'expliquer la cause du mouvement et sont parvenus à des concepts proches du concept de force. Pour Anaxagore, « l’esprit » déplace la matière à l’extérieur de lui. Chez Empédocle, le mouvement est provoqué par la lutte de deux principes, « l'amour » (philia) et « l'inimitié » (phobie), que Platon considérait comme une attraction et une répulsion. De plus, l'interaction, selon Platon, était expliquée en termes de quatre éléments (le feu, l'eau, la terre et l'air) : les choses proches sont attirées, de la terre à la terre, de l'eau à l'eau, du feu au feu. Dans la science grecque antique, chaque élément avait également sa propre place dans la nature, qu'il tentait d'occuper. Ainsi, la force de gravité, par exemple, s’expliquait de deux manières : l’attraction de choses semblables et le désir des éléments de prendre leur place. Contrairement à Platon, Aristote a systématiquement occupé la deuxième position, qui a reporté le concept de force générale de gravité, qui expliquerait le mouvement des corps terrestres et célestes, jusqu'à l'époque de Newton.

Pour désigner le concept de force, Platon a utilisé le terme « dynamis » (« possibilité » de mouvement). Le terme était utilisé dans un sens élargi, proche du concept moderne de pouvoir : les réactions chimiques, la chaleur et la lumière étaient également des dynamisations.

Aristote considérait deux forces différentes : inhérente au corps lui-même (« nature », physis) et la force avec laquelle un corps en tire ou pousse un autre (les corps doivent être en contact). C'est ce concept de force qui constituait la base de la mécanique aristotélicienne, bien que le dualisme empêchait la détermination quantitative de la force d'interaction entre deux corps (puisque le poids était une force naturelle non associée à l'interaction et ne pouvait donc pas être utilisée comme norme). . Dans le cas du mouvement naturel (chute d'un corps lourd ou ascension d'un corps léger), Aristote a proposé une formule pour la vitesse sous la forme du rapport des densités du corps en mouvement A et du milieu à travers lequel le mouvement se produit. , B : v=A/B (le problème évident pour le cas d'égales densités a déjà été noté au VIe siècle).

Il a étudié les forces dans le processus de construction de mécanismes simples au IIIe siècle. avant JC e. Archimède. Archimède considérait les forces de manière statique et purement géométrique, et sa contribution au développement du concept de force est donc insignifiante.

Les stoïciens ont contribué au développement du concept de force. Selon leur enseignement, les forces liaient inextricablement deux corps par une « sympathie » à longue portée ou (dans Posidonius) par une tension universelle imprégnant tout l’espace. Les stoïciens sont arrivés à ces conclusions en observant les marées, où l'interaction de la Lune, du Soleil et de l'eau dans l'océan était difficile à expliquer du point de vue de l'action aristotélicienne à courte portée (Aristote lui-même croyait que le Soleil, se couchant dans l'océan, provoque des vents qui entraînent des marées).

En mécanique préclassique

Bacon appelle les forces à longue portée espèces(généralement ce terme propre à Bacon n'est pas traduit) et considérait leur répartition dans l'environnement comme une chaîne d'interactions étroites. De telles forces, selon Bacon, avaient un caractère entièrement physique ; l'équivalent le plus proche dans la physique moderne est une onde.

Ockham fut le premier à abandonner la description aristotélicienne de l'interaction comme contact direct et déclara la capacité du moteur à influencer le mobile à distance, citant les aimants comme exemple.

La formule aristotélicienne v=A/B a également fait l'objet de révision. Déjà au VIe siècle, Jean Philopon considérait la différence A-B comme le côté droit, ce qui, outre la situation problématique avec des densités identiques, permettait également de décrire le mouvement dans le vide. Au 14ème siècle, Bradwardin proposa la formule v=log(A/B) .

Kepler

En mécanique classique

Newton

La modernité

La fin du XXe siècle a été marquée par un débat sur la question de savoir si le concept de force est nécessaire en science et si les forces existent en principe - ou s'il s'agit simplement d'un terme introduit par commodité.

Bigelow et al. ont soutenu en 1988 que les forces déterminent essentiellement les relations de cause à effet et ne peuvent donc pas être écartées. M. Jammer a objecté que dans le Modèle Standard et d'autres théories physiques, la force n'est interprétée que comme un échange de moment cinétique, la notion de force se résume donc à une « interaction » plus simple entre particules. Cette interaction est décrite en termes d'échange de particules supplémentaires (photons, gluons, bosons et éventuellement gravitons). Jammer donne l'explication simplifiée suivante : deux patineurs glissent sur la glace épaule contre épaule, tous deux tenant un ballon. Un échange rapide et simultané de balles entraînera une interaction répulsive.

Mécanique newtonienne

Newton a entrepris de décrire le mouvement des objets en utilisant les concepts d'inertie et de force. Ce faisant, il établit simultanément que tout mouvement mécanique obéit à des lois générales de conservation. Dans Newton, il a publié son célèbre ouvrage « Principes mathématiques de philosophie naturelle », dans lequel il expose les trois lois fondamentales de la mécanique classique (lois de Newton).

La première loi de Newton

Deuxième loi de Newton

La deuxième loi de Newton est :

(\displaystyle m(\vec (a))=(\vec (F)).) m (style d'affichage m) Où - masse d'un point matériel, une → (\displaystyle (\vec (a))) et la force d'attraction gravitationnelle vers la Terre− son accélération,