Вторник, 24.11.2020
Мой сайт
Меню сайта
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа
Главная » 2013 » Июнь » 29 » Беседа 12. Силы в Природе
21:42
Беседа 12. Силы в Природе
Мой друг, долгое время «сила» была самым «таинственным» параметром в Физике. Теперь настала пора разобраться с этим, ибо двигаться дальше без осознания смысла данного параметра уже будет трудно.

Коллега. Думаю, что здесь всё не так просто. Ведь движение тел мы объясняем через силу, а силу, в свою очередь, вынуждены объяснять через движение. Получается порочный круг.

Вы совершенно правы, мой друг, ибо для математики, к примеру, всё качественное многообразие мира заключено в различии движения частиц.  Именно поэтому математик и механик Анри Пуанкаре (1854-1912) заявил: «нет надобности, чтобы определение силы объясняло, что есть сила в себе и что она – причина или следствие движения». 

А, что же происходит в действительности, когда два тела (или тело и среда) взаимодействуют друг с другом? При этом сразу оговорим, что взаимодействие имеет место в двух случаях: 
- при непосредственном контакте тел; 
- через посредство силового поля. 

В первом случае ясно, что одно тело передаёт часть своей энергии другому телу. При этом первое тело замедляется, а второе ускоряется. Следовательно, происходит изменение кинетической энергии тел в пространстве. Вектор, определяющий интенсивность и направление этого изменения при перемещении на единицу длины, мы называем градиентом энергии. А, это и есть сила

Справка
Кинетическая энергия, – энергия материальной среды, зависящая от скоростей движения её точек. 
Градиент (от латинского gradiens, родительный падеж gradientis – шагающий), вектор, показывающий направление наискорейшего изменения некоторой величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой.

Коллега, здесь Вы рассматриваете только кинетическую энергию. Значит, если отнести эту энергию к единице массы (1 кг), то получим некий параметр, которому так и просится  название – кинетиал.  

Вы совершенно правы, мой друг. Ведь, удельную потенциальную энергию (энергия, отнесённая к единице массы) мы называем потенциалом, а удельную кинетическую энергию мы по аналогии просто обязаны называть кинетиалом.

Более того, градиентом кинетиала в пространстве тоже является ускорение, но это ускорение мы должны уже называть напряжённостью кинетического поля. Более подробно об этом мы поговорим при рассмотрении магнитного поля, ибо тут просматривается явная аналогия.

Однако давайте теперь рассмотрим второй случай, когда пробное тело взаимодействует с силовым полем, которым может быть гравитационное или электрическое поле. 

Справка
Силовое поле, часть пространства (ограниченная или неограниченная), в каждой точке которой на помещённую туда материальную частицу действует определённая по величине и направлению сила. 

Двигаясь в силовом поле, пробное тело может отобрать у этого поля (или передать ему) часть энергии. И этот процесс тоже связан, соответственно, с ускорением или замедлением пробного тела и одновременно с изменением потенциальной энергии в пространстве. Следовательно, и здесь присутствует тот же вектор, который показывает направление изменения потенциальной энергии. И мы этот вектор тоже называем градиентом энергии или силой. 

Справка
Потенциальная энергия, часть общей энергии системы (включая вещество и поле), зависящая от взаимного расположения частиц, составляющих эту систему, во внешнем силовом поле. 

Вывод: Сила является градиентом энергии.

Коллега, Вы хотите сказать, что сила является производной энергии?

Именно так, мой друг. Сила является всего лишь производной энергии, то есть её градиентом в пространстве. Это первое, что мы с Вами должны помнить всегда.

Но есть и вторая, не менее важная особенность силы, о чём тоже не следует забывать. Здесь мы уже сказали, что действие силы возможно только в двух случаях: при непосредственном контакте тел и через посредство силового поля.

В первом случае сила действует только на некоторую поверхность тела и вызывает его деформацию (столкновение тел, давление тел друг на друга). Следовательно, здесь мы имеем дело с поверхностной силой.

Во втором случае сила действует одновременно на каждую элементарную частичку по всему объёму тела и деформаций в теле не вызывает (сила тяготения, сила инерции). Поэтому такую силу мы можем называть объёмной силой. Иногда её называют пондеромоторной силой (от лат. pondus, родительный падеж ponderis – тяжесть и motor – приводящий в движение). Однако определение «объёмная» здесь ближе по смыслу, ибо эта сила действует одновременно на весь объём тела.

Вот, это пока и есть то главное, что мы должны знать о силе взаимодействия. Немного позже мы поговорим и о силе инерции.
 
Дополнение:

Мы уже выяснили, что изменение состояния вещества под влиянием внешних воздействий всегда связано с изменением его энергии, которое, в свою очередь, указывает на наличие силы. Однако сила характеризует не только изменение энергии в пространстве, но и изменение импульса во времени.

Чтобы разобраться с этим, воспользуемся методом размышления об идеализированном эксперименте.

Обычная пуля имеет массу 9 грамм. Если кто-нибудь бросит Вам такую пулю, Вы легко можете поймать её голыми руками. Если Вы попытаетесь поймать такую пулю, вылетевшую в результате выстрела из ствола со скоростью 300 метров в секунду, то даже перчатки Вам не помогут.     

Следовательно, есть что-то такое в большой скорости движущегося тела, что затрудняет его остановку.

Если же на Вас катится игрушечный автомобиль, Вы можете остановить его простым движением ноги. Но, если на Вас катится обычный грузовик, Вам следует уносить ноги с его пути. 

Значит, есть что-то такое и в большой массе движущегося тела, что тоже затрудняет его остановку.

Итак, когда тело с определённой массой (m, кг) движется с определённой скоростью (v, м/с), то у нас возникает представление о некотором количестве движения, которое затрудняет остановку движущегося тела. Мерой этого количества движения (или просто импульса – р) является произведение массы на скорость:
p = m*v, кг*м/с.

Если привести значение импульса к единице времени (1 с), то получим значение силы. Следовательно, сила является градиентом импульса во времени.

Необходимо отметить,  что такие универсальные параметры, как энергия и импульс, связаны не только с силой, но и оба подчиняются Закону сохранения. Один из творцов Закона сохранения энергии, Роберт Майер, так оценивал его значение:
«Теперь, чтобы получить доступ в науку о движении, нам не надо подниматься сперва на высоты математики; наоборот, природа сама предстаёт в своей простой красоте перед изумлённым взором, и даже человек с небольшими способностями может увидеть множество вещей, которые до сих пор оставались скрытыми от величайших учёных».

Закон сохранения и превращения энергии не ограничивается механическим движением, и поэтому не удивительно, что описание взаимодействий посредством энергии оказалось более общим, чем с помощью сил. Однако долгое время, пока не утвердился термин «энергия», для обозначения этой новой физической величины пользовались словом сила. Работа Гельмгольца, с именем которого (наряду с Ломоносовым, Майером и Джоулем) связано открытие Закона сохранения энергии, называлась «О сохранении силы». 

И только теперь мы твёрдо знаем, что сила является всего лишь градиентом энергии в пространстве и импульса во времени. Только последовательное осознание нами Физики и опора на её физический смысл, может дать однозначное определение понятию силы.
 
Просмотров: 947 | Добавил: fizika97 | Рейтинг: 4.5/2
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск
Календарь
«  Июнь 2013  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
Архив записей
Друзья сайта
  • Создать сайт
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Все проекты компании
  • Copyright MyCorp © 2020
    Бесплатный хостинг uCoz