Ce înseamnă „câmp de forță”? Câmp de forță (ficțiune) Câmp de forță staționar

Pe lângă interacțiunile de contact care apar între corpurile aflate în contact, se observă și interacțiunile dintre corpurile îndepărtate unul de celălalt. De exemplu, interacțiunea dintre Soare și Pământ, Pământ și Lună, Pământ și un corp ridicat deasupra suprafeței sale, interacțiunea dintre corpurile electrificate. Astfel de interacțiuni se realizează prin câmpuri fizice, care sunt o formă specială de materie. Fiecare corp creează o stare specială în spațiul care îl înconjoară, numită puternic domeniu. Acest câmp se manifestă prin acțiunea forțelor asupra altor corpuri. De exemplu, Pământul creează un câmp gravitațional. În ea, fiecare corp de masă m în fiecare punct din apropierea suprafeței Pământului este acționat de o forță - mg.

Forțele a căror activitate nu depinde de calea pe care s-a deplasat particula, ci este determinată doar de poziția inițială și finală a particulei, se numesc conservator.

Să arătăm că munca forțelor conservatoare pe orice cale închisă este egală cu zero.

Luați în considerare o cale închisă arbitrară. Să-l împărțim cu punctele 1 și 2 alese aleatoriu în două secțiuni: I și II. Lucrul pe o cale închisă este egal cu:

Fig. 18.1. Munca forțelor conservatoare pe o cale închisă

Schimbarea direcției de mișcare de-a lungul secțiunii II spre opus este însoțită de înlocuirea tuturor deplasărilor elementare dr cu (-dr), ceea ce face ca semnul să fie inversat. Apoi:

Acum, înlocuind (18.2.) în (18.1.), aflăm că A = 0, i.e. Am dovedit afirmația de mai sus. O altă definiție a forțelor conservatoare poate fi formulată după cum urmează: forțele conservative sunt forțe al căror lucru pe orice cale închisă este zero.

Toate forțele care nu sunt conservatoare sunt numite neconservator. Forțele neconservative includ forțele de frecare și rezistență.

Dacă forțele care acționează asupra unei particule în toate punctele câmpului sunt identice ca mărime și direcție, atunci câmpul se numește omogen.

Se numește un câmp care nu se modifică în timp staţionar. În cazul unui câmp staționar uniform: F=const.

Afirmație: forțele care acționează asupra unei particule într-un câmp staționar uniform sunt conservative.

Să demonstrăm această afirmație. Deoarece câmpul este omogen și staționar, atunci F=const. Să luăm două puncte arbitrare 1 și 2 din acest câmp (Fig. 18.2.) și să calculăm munca efectuată asupra particulei atunci când aceasta se deplasează de la punctul 1 la punctul 2.

18.2. Lucrul forțelor într-un câmp staționar uniform pe drumul de la punctul 1 la punctul 2

Lucrul efectuat de forțele care acționează asupra unei particule într-un câmp staționar uniform este egal cu:

unde r F este proiecția vectorului deplasare r 12 pe direcția forței, r F este determinată numai de pozițiile punctelor 1 și 2 și nu depinde de forma traiectoriei. Apoi, munca forței în acest câmp nu depinde de forma traseului, ci este determinată doar de pozițiile punctelor inițiale și finale ale mișcării, adică. forțele unui câmp staționar uniform sunt conservatoare.

În apropierea suprafeței Pământului, câmpul gravitațional este un câmp staționar uniform, iar munca efectuată de forța mg este egală cu:

unde (h 1 -h 2) este proiecția deplasării r 12 pe direcția forței, forța mg este îndreptată vertical în jos, gravitația este conservativă.

Forțele care depind doar de distanța dintre particulele care interacționează și sunt direcționate de-a lungul unei linii drepte care trece prin aceste particule sunt numite centrale. Exemple de forțe centrale sunt: ​​Coulomb, gravitaționale, elastice.

În spațiu, în fiecare punct în care o forță de o anumită mărime și direcție (vector forță) acționează asupra unei particule de testat.

Distins din punct de vedere tehnic (cum se face pentru alte tipuri de domenii)

• câmpuri staționare, a căror mărime și direcție pot depinde numai de un punct din spațiu (coordonatele x, y, z) și
• câmpuri de forță nestaționare, în funcție și de momentul de timp t.

• un câmp de forță uniform pentru care forța care acționează asupra particulei de testat este aceeași în toate punctele spațiului și
• un câmp de forță neuniform care nu are această proprietate.

Cel mai simplu de studiat este un câmp de forță omogen staționar, dar reprezintă și cazul cel mai puțin general.

Câmpuri potențiale

Dacă munca forțelor câmpului care acționează asupra unei particule de test care se mișcă în ea nu depinde de traiectoria particulei și este determinată doar de pozițiile sale inițiale și finale, atunci un astfel de câmp se numește potențial. Pentru aceasta, putem introduce conceptul de energie potențială a unei particule - o anumită funcție a coordonatelor particulelor, astfel încât diferența dintre valorile sale la punctele 1 și 2 să fie egală cu munca efectuată de câmp la mutarea unei particule din punct. 1 la punctul 2.

Forța într-un câmp potențial este exprimată în termeni de energie potențială ca gradient:

Exemple de câmpuri de forță potențiale:

Literatură

E. P. Razbitnaya, V. S. Zaharov „Curs de fizică teoretică”, cartea 1. - Vladimir, 1998.

Fundația Wikimedia.

2010.

Vedeți ce este „câmpul de forță (fizică)” în alte dicționare: Câmp de forță este un termen polisemantic folosit în următoarele semnificații: Câmp de forță (fizică) câmp vectorial de forțe în fizică; Câmp de forță ( Operă științifico-fantastică ) unele barieră invizibilă

, a cărei funcție principală este de a proteja unele ... Wikipedia

Acest articol este propus spre ștergere. O explicație a motivelor și discuția corespunzătoare pot fi găsite pe pagina Wikipedia: A fi șters / 4 iulie 2012. În timp ce procesul de discuție nu este finalizat, articolul poate fi găsit pe ... Wikipedia

Câmpul este un concept polisemantic asociat cu extensia în spațiu: câmp în Wikționar ... Wikipedia - (din greaca veche physis nature). Anticii numeau fizică orice studiu al lumii înconjurătoare și al fenomenelor naturale. Această înțelegere a termenului de fizică a rămas până la sfârșitul secolului al XVII-lea. Ulterior au apărut o serie de discipline speciale: chimia, care studiază proprietățile... ...

Enciclopedia lui Collier Câmp de forță care acționează la mișcare sarcini electrice și pe corpurile care au un moment magnetic (vezi Momentul magnetic), indiferent de starea mișcării lor. Câmpul magnetic este caracterizat de vectorul de inducție magnetică B, care determină: ... ...

Marea Enciclopedie Sovietică Conceptul de „câmp” este întâlnit foarte des în fizică. Din punct de vedere formal, definiția unui câmp poate fi formulată astfel: .

dacă în fiecare punct al spațiului este dată valoarea unei anumite mărimi, scalară sau vectorială, atunci se spune că este dat un câmp scalar sau vectorial al acestei mărimi, respectiv Mai precis, se poate afirma că dacă o particulă în fiecare punct al spațiului este expusă influenței altor corpuri, atunci se află într-un câmp de forțe sau .

câmp de forță Câmpul de forță se numește central

câmp de forță , dacă direcția forței în orice punct trece printr-un centru fix, iar mărimea forței depinde numai de distanța până la acest centru. omogen , dacă în toate punctele câmpului rezistenţă , acționând asupra particulei,

identice ca mărime și direcție. Staţionar numit

câmp invariant în timp. Dacă câmpul este staționar , atunci este posibil ca Post intensitatea câmpului asupra anumitor particule nu depinde de forma căii , de-a lungul căruia s-a deplasat particula și . este complet determinată prin specificarea poziției inițiale și finale a particulei Puterile câmpului conservator având această proprietate se numesc

. (A nu se confunda cu orientarea politică a partidelor...) Cea mai importantă proprietate a forțelor conservatoare este că lucrează asupra lor arbitrar. Într-adevăr, o cale închisă poate fi întotdeauna împărțită în mod arbitrar de două puncte în două secțiuni - secțiunea I și secțiunea II. Când vă deplasați de-a lungul primei secțiuni într-o direcție, se lucrează . Când conduceți pe aceeași secțiune în sens invers se lucrează - în formula de lucru (3.7) fiecare element de deplasare este înlocuit cu semnul opus: . Prin urmare, integrala ca întreg schimbă semnul opus.

Apoi lucrați pe o cale închisă

Deoarece, prin definiția forțelor conservatoare, munca lor nu depinde de forma traiectoriei, atunci . Prin urmare

Este adevărat și invers: dacă munca pe o cale închisă este zero, atunci forțele câmpului sunt conservatoare . Ambele caracteristici pot fi utilizate pentru a determina forțele conservatoare.

Lucrul efectuat de gravitație lângă suprafața Pământului se găsește prin formula A=mg(h 1 -h 2)și evident că nu depinde de forma căii. Prin urmare, gravitația poate fi considerată conservatoare. Aceasta este o consecință a faptului că câmpul gravitațional din cadrul laboratorului poate fi considerat omogen cu o precizie foarte mare. Are aceeași proprietate orice câmp staționar uniform, ceea ce înseamnă forțele unui astfel de câmp sunt conservatoare. Ca exemplu, putem aminti câmpul electrostatic dintr-un condensator plat, care este, de asemenea, un câmp de forțe conservatoare.

Forțele centrale de câmp Asemenea conservator. Într-adevăr, munca lor asupra deplasării este calculată ca

câmp de forță

o parte a spațiului, în fiecare punct al căruia o forță de o anumită mărime și direcție acționează asupra unei particule plasate acolo, în funcție de coordonatele acestui punct și, uneori, în timp. În primul caz, câmpul de forță se numește staționar, iar în al doilea - nestaționar.

Câmp de forță

o parte de spațiu (limitată sau nelimitată), în fiecare punct al căruia o forță de o anumită mărime și direcție acționează asupra unei particule materiale plasate acolo, în funcție fie numai de coordonatele x, y, z ale acestui punct, fie de coordonatele x, y, z și timpul t . În primul caz, procesul staționar se numește staționar, iar în cel de-al doilea caz, este numit non-staționar. Dacă forța în toate punctele unei căi liniare are aceeași valoare, adică nu depinde de coordonate sau de timp, atunci mișcarea liniară se numește omogenă. Un spațiu în care munca forțelor de câmp care acționează asupra unei particule de material care se mișcă în ea depinde numai de poziția inițială și finală a particulei și nu depinde de tipul traiectoriei acesteia se numește potențial. Acest lucru poate fi exprimat prin energia potențială a particulei P (x, y, z) prin egalitatea A = P (x1, y1, z).

≈ P (x2, y2, z

Unde x1, y1, z1 și x2, y2, z2 ≈ coordonatele pozițiilor inițiale și, respectiv, finale ale particulei. Atunci când o particulă se mișcă într-un spațiu potențial sub influența doar a forțelor de câmp, are loc legea conservării energiei mecanice, care face posibilă stabilirea relației dintre viteza particulei și poziția sa în câmp.

Exemple de câmpuri gravitaționale potențiale: un câmp gravitațional uniform, pentru care P = mgz, unde m ≈ masa particulelor, g ≈ accelerația gravitațională (axa z este îndreptată vertical în sus); Câmp gravitațional newtonian, pentru care P = ≈ fm/r, unde r ≈ distanța particulei de centrul de greutate, f ≈ o constantă a coeficientului pentru un câmp dat.

Distins din punct de vedere tehnic:

• câmpuri de forță staționare, a cărei mărime și direcție pot depinde numai de un punct din spațiu (coordonatele x, y, z) și
• câmpuri de forță nestaționare, de asemenea în funcție de momentul de timp t.

• câmp de forță uniform, pentru care forța care acționează asupra particulei de testat este aceeași în toate punctele din spațiu și

• câmp de forță neomogen, care nu are această proprietate.

Cel mai simplu de studiat este un câmp de forță omogen staționar, dar reprezintă și cazul cel mai puțin general.

Câmp de forță

Câmpul de forță este un termen polisemantic folosit în următoarele semnificații:

• Câmp de forță- câmp vectorial de forţe în fizică;
• Câmp de forță- un fel de barieră invizibilă, a cărei funcție principală este de a proteja o anumită zonă sau țintă de pătrunderi externe sau interne.

Câmp de forță (fantezie)

Câmp de forță sau scut de putere sau scut protector- un termen larg răspândit în literatura fantasy și science-fiction, precum și în literatura genului fantasy, care denotă o barieră invizibilă, a cărei funcție principală este de a proteja o zonă sau obiectiv de pătrunderi externe sau interne. Această idee se poate baza pe conceptul de câmp vectorial. În fizică, acest termen are și câteva semnificații specifice (vezi câmpul de forță).

Câmp de forță este un spațiu fizic care îndeplinește condiția ca punctele unui sistem mecanic situat în acest spațiu să fie acționate de forțe care depind de poziția acestor puncte sau de poziția punctelor și timpului (dar nu și de vitezele acestora).

Câmp de forță, ale cărui forțe nu depind de timp se numește staţionar(exemple câmp de forță poate servi ca un câmp gravitațional, un câmp electrostatic, un câmp de forță elastică).

Câmp de forță potențial.

Câmp de forță staționar Staţionar potenţial, dacă munca forțelor câmpului care acționează asupra unui sistem mecanic nu depinde de forma traiectoriilor punctelor acestuia și este determinată doar de pozițiile lor inițiale și finale Aceste forțe se numesc forțe potențiale sau forțe conservatoare.

Să demonstrăm că condiția de mai sus este îndeplinită dacă există o funcție de coordonate unică:

numită funcție de forță de câmp, ale cărei derivate parțiale în raport cu coordonatele oricărui punct M i (i=1, 2...n) sunt egale cu proiecția forței aplicate în acest punct pe axele corespunzătoare, i.e.

Lucrul elementar de forță aplicat fiecărui punct poate fi determinat prin formula:

Lucrul elementar al forțelor aplicate tuturor punctelor sistemului este egal cu:

Folosind formulele obținem:

După cum se poate observa din această formulă, lucrul elementar al forțelor potențiale de câmp este egal cu diferența totală a funcției de forță. Lucrul forțelor de câmp asupra deplasării finale a sistemului mecanic este egal cu:

adică, munca forțelor care acționează asupra punctelor unui sistem mecanic într-un câmp potențial este egală cu diferența dintre valorile funcției de forță în pozițiile finale și inițiale ale sistemului și nu depinde de forma traiectoriile punctelor acestui sistem. pozițiile sistemului și nu depinde de forma traiectoriilor punctelor acestui sistem. De aici rezultă că câmpul de forță pentru care există funcția de forță este într-adevăr potenţial.