Что называется системой сил?
Система сил – совокупность сил приложенных к материальному объекту (например твёрдому телу)
Какую силу называют равнодействующей?
Равнодействующая сила – это сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил.
Какое тело называют свободным?
Свободное тело – тело, свобода перемещения которого неограничена.
Какое тело называют несвободным?
Несвободное тело – тело, которое связано с другими телами, которые ограничивают его движение в одном или нескольких направлениях.
Что такое реакция связи?
Реакция связей – силы, с которыми тела, реализующие механические связи действуют на точки механической системы, на которую эти связи наложены.
Как направляется сила реакции гладкой поверхности?
Реакция гладкой поверхности всегда направлена по нормали к этой поверхности.
Чем заменяется действие на тело гибкой связи?
Реакция гибкой связи заменяется силой направленой вдось нити к точке её подвеса.
Чем заменяется действие на тело опоры на катках (подвижной)
Силой направленной по нормали к опорной поверхности
Как направляется сила реакции идеального стержня?
Реакция идеального стержня направлена вдоль оси стержня
Чем заменяется действие на тело неподвижного цилиндрического шарнира?
Чем заменяется действие на тело подпятника?
Чем заменяется действие на тело сферического шарнира?
В качестве неизвестных при определении выбирают проекции этой реакции на оси координат: RAX , RAY , RAZ.
Чему равна проекция силы на ось
Проекция силы F на ось Ох – скалярная величина Fх равная произведению её модуля F на косинус угла между силой и положительным направлением оси.
16. Определите проекцию силы на оси координат. (Будут заданы различные варианты схем )
Какие аналитические условия равновесия системы сходящихся сил?
Для равновесия тела, находящимся под действием системы сходящихся сил, необходимо и достаточно, чтобы их равнодействующая равнялась нулю. В силовом многоугольнике уравновешенной системы сходящихся сил конец последней силы должен совпадать с началом первой силы.
система сил — это… Что такое система сил?
система сил — Любая совокупность сил, действующих на механическую систему. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 102. Теоретическая механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984 г.] Тематики теоретическая механика Обобщающие… … Справочник технического переводчика
система сил — jėgų sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. force system vok. Kräftesystem, n rus. система сил, f pranc. système de forces, m … Fizikos terminų žodynas
система сил неконсервативная — Система сил силового поля, в пределах которого неприменим закон сохранения механической энергии вследствие перехода её в другие виды энергии [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN non conservative… … Справочник технического переводчика
СИСТЕМА СИЛ НЕКОНСЕРВАТИВНАЯ — система сил силового поля, в пределах которого неприменим закон сохранения механической энергии вследствие перехода её в другие виды энергии (Болгарский язык; Български) неконсервативна система на сили (Чешский язык; Čeština) nekonservativní… … Строительный словарь
система сил консервативная — Механическая система, для которой имеет место закон сохранения механической энергии, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии постоянна [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN conservative system … Справочник технического переводчика
СИСТЕМА СИЛ КОНСЕРВАТИВНАЯ — механическая система, для которой имеет место закон сохранения механической энергии, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии постоянна (Болгарский язык; Български) консервативна система на сили (Чешский язык; Čeština) konservativní… … Строительный словарь
уравновешивающая система сил — Система сил, которая вместе с заданной другой системой сил составляет уравновешенную систему сил … Политехнический терминологический толковый словарь
плоская система сил — Система сил, линии действия которых лежат в одной плоскости … Политехнический терминологический толковый словарь
пространственная система сил — Система сил, линии действия которых могут быть расположены как угодно в пространстве … Политехнический терминологический толковый словарь
уравновешенная система сил — Система сил, которая, будучи приложенной к свободному твердому телу, находящемуся в покое, не выводит его из этого состояния … Политехнический терминологический толковый словарь
Понятие о силе и системе сил
Стр 1 из 21Следующая ⇒Сила — это мера механического взаимодействия материальных тел между собой.
Взаимодействие характеризуется величиной и направлением, т.е. сила есть величина векторная, характеризующаяся
- точкой приложения (А),
- направлением (линией действия),
- величиной (модулем) (рис. 1.1).
Силу измеряют в ньютонах, 1Н = 1кг • м/с2.
Силы, действующие на тело (или систему тел), делятся на
· внешние и
· внутренние.
Внешние силы бывают
- активные и
- реактивные.
Активные силы вызывают перемещение тела,
реактиипые стремятся противодействовать перемещению тела под действием внешних сил.
Внутренние силы возникают в теле под действием внешних сил.
Совокупность сил, действующих на какое-либо тело, называют системой сил.
Эквивалентная система сил – система сил, действующая так же, как заданная.
Уравновешенной (эквивалентной нулю) системой сил называется такая система, которая, будучи приложенной к телу, не изменяет его состояния.
Систему сил, действующих на тело, можно заменить одной равнодействующей, действующей так, как система сил.
Теоретическая механика — наука о механическом движении материальных твердых тел и их взаимодействии. Механическое движение понимается как перемещение тела в пространстве и во времени по отношению к другим телам, в частности к Земле.
Для удобства изучения теоретическую механику подразделяют на статику, кинематику и динамику.
· Статика изучает условия равновесия тел под действием сил.
· Кинематика рассматривает движение тел как перемещение в пространстве; характеристики тел и причины, вызывающие движение, не рассматриваются.
· Динамика изучает движение тел под действием сил.
В отличие от физики теоретическая механика изучает законы движения некоторых абстрактных абсолютно твердых тел: здесь материалы, форма тел существенного значения не имеют. При движении абсолютно твердое тело не деформируется и не разрушается. В случае, когда размерами тела можно пренебречь, тело заменяют материальной точкой. Это упрощение, принятое в теоретической механике, значительно облегчает решение задач о движении.
Аксиомы статики
В результате обобщения человеческого опыта были установлены общие закономерности механического движения, выраженные в виде законов и теорем. Все теоремы и уравнения статики выводятся из нескольких исходных положений. Эти положения называют аксиомами статики.
Первая аксиома. Под действием уравновешенной системы сил абсолютно твердое тело или материальная точка находятся в равновесии или движутся равномерно и прямолинейно (закон инерции).
Вторая аксиома. Две силы, равные по модулю и направленные по одной прямой в разные стороны, уравновешиваются (рис. 1.2).
Третья аксиома. Не нарушая механического состояния тела, можно добавить или убрать уравновешенную систему сил (принцип отбрасывания системы сил, эквивалентной нулю) (рис. 1.3).
Четвертая аксиома (правило параллелограмма сил). Равнодействующая двух сил, приложенных в одной точке, приложена в той же точке и является диагональю параллелограмма, построенного на этих силах как на сторонах (рис. 1.4).
Вместо параллелограмма можно построить треугольник сил: силы вычерчивают одну за другой в любом порядке; равнодействующая двух сил соединяет начало первой силы с концом второй.
Пятая аксиома. При взаимодействии тел всякому действию соответствует равное и противоположно направленное противодействие (рис. 1.5).
Силы действующие и противодействующие всегда приложены к разным телам, поэтому они не уравновешиваются.
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в разные стороны.
Следствие из второй и третьей аксиом. Силу, действующую на твердое тело, можно перемещать вдоль линии ее действия(рис. 1.6).
Сила F приложена в точке А. Требуется перенести ее в точку В.
Используя третью аксиому, добавим в точке В уравновешенную систему сил (F’; F»). Образуется уравновешенная по второй аксиоме система сил(F; F»). Убираем ее и получим в точке В силу F», равную заданной F.
Связи и реакции связей
Все законы и теоремы статики справедливы для свободного твердого тела.
Все тела делятся на свободные и связанные.
Свободные тела — тела, перемещение которых не ограничено.
Связанные тела — тела, перемещение которых ограничено другими телами.
Тела, ограничивающие перемещение других тел, называют связями.
Силы, действующие от связей и препятствующие перемещению, называют реакциями связей.
Понятие о силе и системе сил — Студопедия
Тема 1.1. Основные понятия и аксиомы статики
ЛЕКЦИЯ 1
Введение
РАЗДЕЛ I. Теоретическая механика
Техническая механика — комплексная дисциплина. Она включает три раздела: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Детали машин».
«Теоретическая механика» — раздел, в котором излагаются основные законы движения твердых тел и их взаимодействия.
В разделе «Сопротивление материалов» изучаются основы прочности материалов и методы расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость под действием внешних сил.
В разделе «Технической механики» «Детали машин» рассматриваются основы конструирования и расчета деталей и сборочных единиц общего назначения.
Сила — это мера механического взаимодействия материальных тел между собой.
Взаимодействие характеризуется величиной и направлением, т.е. сила есть величина векторная, характеризующаяся
- точкой приложения (А),
- направлением (линией действия),
- величиной (модулем) (рис. 1.1).
Силу измеряют в ньютонах, 1Н = 1кг • м/с2.
Силы, действующие на тело (или систему тел), делятся на
· внешние и
· внутренние.
Внешние силы бывают
- активные и
- реактивные.
Активные силы вызывают перемещение тела,
реактиипые стремятся противодействовать перемещению тела под действием внешних сил.
Внутренние силы возникают в теле под действием внешних сил.
Совокупность сил, действующих на какое-либо тело, называют системой сил.
Эквивалентная система сил – система сил, действующая так же, как заданная.
Уравновешенной (эквивалентной нулю) системой сил называется такая система, которая, будучи приложенной к телу, не изменяет его состояния.
Система сходящихся сил — Карта знаний
- Систе́ма сходя́щихся сил — это такая система сил, действующих на абсолютно твёрдое тело, в которой линии действия всех сил пересекаются в одной точке.
Такая система сил является на плоскости статически определимой, если число неизвестных сил в ней не больше двух (а не трёх, как в других статически определимых системах). Это обусловлено тем,что системы сил имеют равнодействующую, равную нулю, и её момент равен нулю относительно любой точки плоскости по теореме Вариньона, а не исходя из условий равновесия статики.
В трёхмерном пространстве сходящаяся система сил является статически определимой, если число неизвестных сил в ней не превышает трёх.
На практике простейшим примером сходящейся системы сил являются силы, действующие на груз, лежащий на абсолютно гладком, горизонтальном столе. В такой системе сил имеется сила тяжести, и сила реакции опоры, действующие вдоль одной линии. Другим примером сходящейся системы сил являются силы, действующие в точке подвеса груза, висящего на двух тросах (см. рисунок).
Задачи с системой сходящихся сил могут быть решены как аналитически, так и графически (методами графостатики).
Источник: Википедия
Связанные понятия
Ста́тика (от греч. στατός, «неподвижный») — раздел механики, в котором изучаются условия равновесия механических систем под действием приложенных к ним сил и моментов. Па́ра сил — совокупность двух сил, которые приложены к одному абсолютно твёрдому телу и при этом равны по модулю и противоположны по направлению. Статическая система называется статически определимой, если число неизвестных опорных реакций или внутренних усилий соответствует числу уравнений статики. Количество степеней свободы такой системы равно нулю степеней свободы. Величины опорных реакций и внутренних усилий по принципу механического равновесия можно определить из величин внешних нагрузок. Теорема о трёх силах — теорема статики, формулирующая необходимое условие равновесия абсолютно твёрдого тела под действием трёх непараллельных сил. Формулировка теоремы следующая… Мeханическая работа — это физическая величина — скалярная количественная мера действия силы (равнодействующей сил) на тело или сил на систему тел. Зависит от численной величины и направления силы (сил) и от перемещения тела (системы тел).Упоминания в литературе
Необходимо определить равнодействующую системы сходящихся сил (F1; F2; F3;…; Fn), где n – число сил, входящих в систему.Связанные понятия (продолжение)
Центробе́жная си́ла — составляющая фиктивных сил инерции, которую вводят при переходе из инерциальной системы отсчёта в соответствующим образом вращающуюся неинерциальную. Это позволяет в полученной неинерциальной системе отсчёта продолжать применять законы Ньютона для расчёта ускорения тел через баланс сил. Траекто́рия материа́льной то́чки — линия в пространстве, по которой движется тело, представляющая собой множество точек, в которых находилась, находится или будет находиться материальная точка при своём перемещении в пространстве относительно выбранной системы отсчёта. Теорема об изменении кинетического момента системы (теорема об изменении момента импульса системы) — одна из общих теорем динамики, является следствием законов Ньютона. Связывает изменение кинетического момента с моментом внешних сил, действующих на тела, составляющие систему. В качестве системы, о которой идёт речь в теореме, может выступать любая механическая система, состоящая из любых тел. Момент силы (синонимы: крутящий момент, вращательный момент, вертящий момент, вращающий момент) — векторная физическая величина, равная векторному произведению вектора силы и радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело. Задача Вебера обобщает поиск геометрической медианы, для которой цены перевозок полагаются равными для всех точек потребления, и задачу нахождения точки Ферма, геометрической медианы трёх точек. По этой причине задачу иногда называют задачей Ферма – Вебера, хотя то же самое имя используется и для задачи нахождения невзвешенной геометрической медианы. Задача Вебера, в свою очередь, обобщается задачей притяжения – отталкивания, которая позволяет отрицательные цены, так что для некоторых точек большее… Си́ла ине́рции (также инерционная сила) — многозначное понятие, применяемое в механике по отношению к трём различным физическим величинам. Одна из них — «даламберова сила инерции» — вводится в инерциальных системах отсчёта для получения формальной возможности записи уравнений динамики в виде более простых уравнений статики. Другая — «эйлерова сила инерции» — используется при рассмотрении движения тел в неинерциальных системах отсчёта. Наконец, третья — «ньютонова сила инерции» — сила противодействия… Теоре́ма о сложе́нии скоросте́й — одна из теорем кинематики, связывает между собой скорости материальной точки в различных системах отсчёта. Утверждает, что при сложном движении материальной точки её абсолютная скорость равна сумме относительной и переносной скоростей. В физике, при рассмотрении нескольких систем отсчёта (СО), возникает понятие сложного движения — когда материальная точка движется относительно какой-либо системы отсчёта, а та, в свою очередь, движется относительно другой системы отсчёта. При этом возникает вопрос о связи движений точки в этих двух системах отсчета (далее СО).Подробнее: Сложное движение
Круг Мора — это круговая диаграмма, дающая наглядное представление о напряжениях в различных сечениях, проходящих через данную точку. Названа в честь Отто Кристиана Мора. Является двумерной графической интерпретацией тензора напряжений. Позиционная сила — сила, действующая на материальную точку и зависящая только от координат материальной точки. Примерами позиционных сил являются: сила упругости, сила всемирного тяготения. Прямолинейные колебания материальной точки под действием позиционной силы всегда являются изохронными. В классической механике, задача двух тел состоит в том, чтобы определить движение двух точечных частиц, которые взаимодействуют только друг с другом. Распространённые примеры включают спутник, обращающийся вокруг планеты, планета, обращающаяся вокруг звезды, две звезды, обращающиеся вокруг друг друга (двойная звезда), и классический электрон, движущийся вокруг атомного ядра. Трёхме́рное простра́нство — геометрическая модель материального мира, в котором мы находимся. Это пространство называется трёхмерным, так как оно имеет три однородных измерения — длину, ширину и высоту, то есть трёхмерное пространство описывается тремя единичными ортогональными векторами. Абсолю́тно твёрдое те́ло — второй опорный объект механики наряду с материальной точкой. Механика абсолютно твёрдого тела полностью сводима к механике материальных точек (с наложенными связями), но имеет собственное содержание (полезные понятия и соотношения, которые могут быть сформулированы в рамках модели абсолютно твёрдого тела), представляющее большой теоретический и практический интерес. В небесной механике интеграл Якоби является единственной известной сохраняющейся величиной в рамках ограниченной круговой задачи трёх тел. Теоре́ма о движе́нии це́нтра масс (це́нтра ине́рции) системы — одна из общих теорем динамики, является следствием законов Ньютона. Утверждает, что ускорение центра масс механической системы не зависит от внутренних сил, действующих на тела системы, и связывает это ускорение с внешними силами, действующими на систему. Теоре́ма об измене́нии коли́чества движе́ния (и́мпульса) систе́мы — одна из общих теорем динамики, является следствием законов Ньютона. Связывает количество движения с импульсом внешних сил, действующих на тела, составляющие систему. В качестве системы, о которой идёт речь в теореме, может выступать любая механическая система, состоящая из любых тел. Си́ла — физическая векторная величина, являющаяся мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей. Приложение силы обусловливает изменение скорости тела или появление деформаций и механических напряжений. Теоре́ма И́рншоу — теорема об электростатическом поле, сформулирована в XIX веке английским физиком Ирншоу в 1842 году. Графоста́тика — в теоретической механике учение о графическом способе решения задач статики. В физике и математике, в отрасли динамических систем, двойной маятник — это маятник с другим маятником, прикреплённым к его концу. Двойной маятник является простой физической системой, которая проявляет разнообразное динамическое поведение со значительной зависимостью от начальных условий. Движение маятника руководствуется связанными обыкновенными дифференциальными уравнениями. Для некоторых энергий его движение является хаотическим.Подробнее: Двойной маятник
Неинерциа́льная систе́ма отсчёта — система отсчёта, движущаяся с ускорением или поворачивающаяся относительно инерциальной. Второй закон Ньютона также не выполняется в неинерциальных системах отсчёта. Для того чтобы уравнение движения материальной точки в неинерциальной системе отсчёта по форме совпадало с уравнением второго закона Ньютона, дополнительно к «обычным» силам, действующим в инерциальных системах, вводят силы инерции. Параллелогра́мм сил — геометрическое построение, выражающее закон сложения сил. Правило параллелограмма сил заключено в том, что вектор равнодействующей силы есть диагональ параллелограмма, построенного на векторах двух слагаемых сил, как на сторонах. Это выполняется оттого, что вектор равнодействующей силы есть сумма векторов складываемых сил, а сумма двух векторов есть диагональ параллелограмма, построенного на этих векторах. Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) — закон, утверждающий, что векторная сумма импульсов всех тел системы есть величина постоянная, если векторная сумма внешних сил, действующих на систему тел, равна нулю. Реше́ние Ке́рра — Нью́мена — точное решение уравнений Эйнштейна, описывающее невозмущённую электрически заряженную вращающуюся чёрную дыру без космологического члена. Астрофизическая значимость решения неясна, так как предполагается, что встречающиеся в природе коллапсары не могут быть существенно электрически заряжены. Моме́нт и́мпульса (кинетический момент, угловой момент, орбитальный момент, момент количества движения) характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение. Механи́ческое равнове́сие — состояние механической системы, при котором сумма всех сил, действующих на каждую её частицу, равна нулю и сумма моментов всех сил, приложенных к телу относительно любой произвольно взятой оси вращения, также равна нулю. Гравитацио́нное по́ле, или по́ле тяготе́ния, — фундаментальное физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие между всеми материальными телами. Лагранжева механика является переформулировкой классической механики, введённой Лагранжем в 1788 году. В лагранжевой механике траектория объекта получается при помощи отыскания пути, который минимизирует действие — интеграл от функции Лагранжа по времени. Функция Лагранжа для классической механики вводится в виде разности между кинетической энергией и потенциальной энергией. Специа́льная тео́рия относи́тельности (СТО; также называемая ча́стная тео́рия относи́тельности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света (в рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей). Фактически СТО описывает геометрию четырёхмерного пространства-времени и базируется на плоском… Пространственно-временная диаграмма, также известная как Диаграмма Минковского, была разработана в 1908 г. Германом Минковским и дает иллюстрацию свойств пространства и времени в специальной теории относительности. Она позволяет без математических уравнений качественно понимать такие явления, как замедление времени и Лоренцево сокращение. Обобщённые координаты — параметры, описывающие конфигурацию динамической системы относительно некоторой эталонной конфигурации в аналитической механике, а конкретно исследовании динамики твёрдых тел в системе многих тел. Эти параметры должны однозначно определять конфигурацию системы относительно эталонной конфигурации. Обобщённые скорости — производные по времени обобщённых координат системы. Теоре́ма о кинети́ческой эне́ргии систе́мы — одна из общих теорем динамики, является следствием законов Ньютона. Связывает кинетическую энергию механической системы с работой сил, действующих на тела, составляющие систему. В качестве системы, о которой идёт речь, может выступать любая механическая система, состоящая из любых тел. Ве́кторная диагра́мма — графическое изображение меняющихся по закону синуса (косинуса) величин и соотношений между ними при помощи направленных отрезков — векторов. Векторные диаграммы широко применяются в электротехнике, акустике, оптике, теории колебаний и так далее. Парадокс Д’Аламбера — утверждение в гидродинамике идеальной жидкости, согласно которому при стационарном (не обязательно потенциальном и безотрывном) обтекании твёрдого тела безграничным поступательным прямолинейным потоком невязкой жидкости, при условии выравнивания параметров далеко впереди и позади тела, сила сопротивления равна нулю. Интервал в теории относительности — аналог расстояния между двумя событиями в пространстве-времени, являющийся обобщением евклидового расстояния между двумя точками. Интервал лоренц-инвариантен, то есть не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой, и, даже более, является инвариантом (скаляром) в специальной и общей теории относительности. Комплекс задач о взаимодействии многих тел достаточно обширный и является одним из базовых, далеко не полностью разрешённых, разделов механики. В рамках ньютоновской концепции проблема ветвится на…Подробнее: Взаимодействие многих тел
Кинема́тика точки — раздел кинематики, изучающий математическое описание движения материальных точек. Основной задачей кинематики является описание движения при помощи математического аппарата без выяснения причин, вызывающих это движение. Поступа́тельное движе́ние — механическое движение системы точек (абсолютно твёрдого тела), при котором отрезок прямой, связывающий две любые точки этого тела, форма и размеры которого во время движения не меняются, остаётся параллельным своему положению в любой предыдущий момент времени. При поступательном движении все точки тела описывают одну и ту же траекторию (с точностью до постоянного смещения в пространстве) и в любой данный момент времени имеют одинаковые по направлению и абсолютной величине… Общее уравнение механики представляет собой математическую формулировку принципа Д’Аламбера — Лагранжа, дающего общий метод решения задач динамики и статики и являющегося одним из основных принципов теоретической механики.( Стр.142) Этот принцип объединяет принцип возможных перемещений и принцип Д’Аламбера… Прямая (основная) задача динамики — определение координат тела и его скорости в любой момент времени по известным начальным условиям и силам, действующим на тело. Для её решения необходимо знать координаты и скорость тела в некоторый начальный момент времени и силу, действующую на тело в любой последующий момент времени. В релятивистской физике координатами Риндлера называется важная и полезная координатная система, представляющая часть плоского пространства-времени, также называемого пространством Минковского. Координаты Риндлера были введены Вольфгангом Риндлером для описания пространства-времени равномерно ускоренного наблюдателя.Подробнее: Координаты Риндлера
Простра́нство-вре́мя (простра́нственно-временно́й конти́нуум) — физическая модель, дополняющая пространство равноправным временны́м измерением и таким образом создающая теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. Пространство-время непрерывно и с математической точки зрения представляет собой многообразие с лоренцевой метрикой. Мирова́я ли́ния в теории относительности — кривая в пространстве-времени, описывающая движение тела (рассматриваемого как материальная точка), геометрическое место всех событий существования тела. Иногда мировой линией называют вообще любую непрерывную линию в пространстве-времени. Три вектора (или большее число) называются компланарными, если они, будучи приведёнными к общему началу, лежат в одной плоскости.Подробнее: Компланарность
Задача трёх тел (в астрономии) — одна из задач небесной механики, состоящая в определении относительного движения трёх тел (материальных точек), взаимодействующих по закону тяготения Ньютона (например, Солнца, Земли и Луны). В отличие от задачи двух тел, в общем случае задача не имеет решения в виде конечных аналитических выражений. Известно лишь несколько точных решений для специальных начальных скоростей и координат объектов.система сил — это… Что такое система сил?
система сил — Любая совокупность сил, действующих на механическую систему. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 102. Теоретическая механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984 г.] Тематики теоретическая механика Обобщающие… … Справочник технического переводчика
система сил — jėgų sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. force system vok. Kräftesystem, n rus. система сил, f pranc. système de forces, m … Fizikos terminų žodynas
система сил — Любая совокупность сил, действующих на механическую систему … Политехнический терминологический толковый словарь
система сил неконсервативная — Система сил силового поля, в пределах которого неприменим закон сохранения механической энергии вследствие перехода её в другие виды энергии [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN non conservative… … Справочник технического переводчика
СИСТЕМА СИЛ НЕКОНСЕРВАТИВНАЯ — система сил силового поля, в пределах которого неприменим закон сохранения механической энергии вследствие перехода её в другие виды энергии (Болгарский язык; Български) неконсервативна система на сили (Чешский язык; Čeština) nekonservativní… … Строительный словарь
система сил консервативная — Механическая система, для которой имеет место закон сохранения механической энергии, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии постоянна [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN conservative system … Справочник технического переводчика
СИСТЕМА СИЛ КОНСЕРВАТИВНАЯ — механическая система, для которой имеет место закон сохранения механической энергии, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии постоянна (Болгарский язык; Български) консервативна система на сили (Чешский язык; Čeština) konservativní… … Строительный словарь
уравновешивающая система сил — Система сил, которая вместе с заданной другой системой сил составляет уравновешенную систему сил … Политехнический терминологический толковый словарь
плоская система сил — Система сил, линии действия которых лежат в одной плоскости … Политехнический терминологический толковый словарь
пространственная система сил — Система сил, линии действия которых могут быть расположены как угодно в пространстве … Политехнический терминологический толковый словарь
уравновешенная система сил — Система сил, которая, будучи приложенной к свободному твердому телу, находящемуся в покое, не выводит его из этого состояния … Политехнический терминологический толковый словарь
1. Аксиомы и понятие силы статики
Теоретическая механика – это наука о механическом движении твердых материальных тел и их взаимодействии. Механическое движение понимается как перемещение тел в пространстве и во времени по отношению к другим телам, в частности, к Земле.
Статика изучает условия равновесия тел под действием сил.
Кинематика рассматривает движение тел как перемещение в пространстве; характеристики тел и причины, вызывающие движение, не рассматриваются.
Динамика изучает движение тел под действием сил.
Сила – это мера механического взаимодействия материальных тел между собой. Взаимодействие характеризуется величиной и направлением, т. е. сила – это величина векторная, характеризующаяся точкой приложения, направлением (линией действия), величиной (модулем).
Силы, действующие на тело (или систему сил), делят на внешние и внутренние. Внешние силы бывают активные и реактивные. Активные силы вызывают перемещение тела, реактивные стремятся противодействовать перемещению тела под действием внешних сил.
Системой сил называют совокупность сил, действующих на тело.
Эквивалентная система сил – система сил, действующая так же, как заданная.
Уравновешенной (эквивалентной нулю) системой сил называется такая система, которая, будучи приложенной к телу, не изменяет его состояния.
Систему сил, действующих на тело, можно заменить одной равнодействующей, действующей так, как система сил.
Все теоремы и уравнения статики выводятся из нескольких исходных положений, называемых аксиомами.
Первая аксиома. Под действием уравновешивающей системы сил абсолютно твердое тело или материальная точка находятся в равновесии или движутся равномерно и прямолинейно (закон инерции).
Вторая аксиома. Две силы, равные по модулю и направленные по одной прямой в разные стороны, уравновешиваются.
Третья аксиома. Не нарушая механического состояния тела, можно добавить или убрать уравновешивающую систему сил (принцип отбрасывания системы сил, эквивалентной нулю).
Четвертая аксиома (правило параллелограмма сил). Равнодействующая двух сил, приложенных к одной точке, приложена к той же точке и является диагональю параллелограмма, построенного на этих силах как на сторонах.
Пятая аксиома. При взаимодействии тел всякому действию соответствует равное и противоположно направленное противодействие.
Следствие из второй и третьей аксиом. Силу, действующую на твердое тело, можно перемещать вдоль линии ее действия.
2. Связи и реакции связей
Все тела делятся на свободные и связанные.
Свободные тела – это тела, перемещение которых не ограничено.
Связанные тела – это тела, перемещение которых ограничено другими телами.
Тела, ограничивающие перемещение других тел, называют связями.
Силы, действующие от связей и препятствующие перемещению, называют реакциями связей. Реакция связи всегда направлена с той стороны, куда нельзя перемещаться.
Всякое связанное тело можно представить свободным, если связи заменить их реакциями (принцип освобождения от связей).
Связи делятся на несколько типов.
Связь – гладкая опора (без трения) – реакция опоры приложена в точке опоры и всегда направлена перпендикулярно опоре.
Гибкая связь (нить, веревка, трос, цепь) – груз подвешен на двух нитях. Реакция нити направлена вдоль нити от тела, при этом нить может быть только растянута.
Жесткий стержень – стержень может быть сжат или растянут. Реакция стержня направлена вдоль стержня. Стержень работает на растяжение или сжатие. Точное направление реакции определяют, мысленно убрав стержень и рассмотрев возможные перемещения тела без этой связи.
Возможным перемещением точки называется такое бесконечно малое мысленное перемещение, которое допускается в данный момент.
Шарнирная опора. Шарнир допускает поворот вокруг точки закрепления. Различают два вида шарниров.
Подвижный шарнир. Стержень, закрепленный на шарнире, может поворачиваться вокруг шарнира, а точка крепления может перемещаться вдоль направляющей (площадки). Реакция подвижного шарнира направлена перпендикулярно опорной поверхности, так как не допускается только перемещение поперек опорной поверхности.
Неподвижный шарнир. Точка крепления перемещаться не может.
Стержень может свободно поворачиваться вокруг оси шарнира. Реакция такой опоры проходит через ось шарнира, но неизвестна по направлению. Ее изображают в виде двух составляющих: горизонтальной и вертикальной (Rx, Ry).
Защемление, или «заделка». Любые перемещения точки крепления невозможны.
Под действием внешних сил в опоре возникают реактивная сила и реактивный момент Мz, препятствующий повороту.
Реактивная сила представляется в виде двух составляющих вдоль осей координат:
R = Rx + Ry.
3. Определение равнодействующей геометрическим способом
Система сил, линии действия которых пересекаются в одной точке, называется сходящейся.
Необходимо определить равнодействующую системы сходящихся сил (F1; F2; F3;…; Fn), где n – число сил, входящих в систему.
В соответствии со следствиями из аксиом статики, все силы системы можно переместить вдоль линии действия, и все силы окажутся приложенными к одной точке.
Используя свойство векторной суммы сил, можно получить равнодействующую любой сходящейся системы сил, складывая последовательно силы, входящие в систему. Образуется многоугольник сил.
При графическом способе определения равнодействующей векторы сил можно вычерчивать в любом порядке, результат (величина и направление равнодействующей) при этом не изменится.
Вектор равнодействующей направлен навстречу векторам сил-слагаемых. Такой способ получения равнодействующей называется геометрическим.
Многоугольник сил строится в следующем порядке.
1. Вычертить векторы сил заданной системы в некотором масштабе один за другим так, чтобы конец предыдущего вектора совпал с началом последующего.
2. Вектор равнодействующей замыкает полученную ломаную линию; он соединяет начало первого вектора с концом последнего и направлен ему навстречу.
3. При изменении порядка вычерчивания векторов в многоугольнике меняется вид фигуры. На результат порядок вычерчивания не влияет.
Условие равновесия плоской системы сходящихся сил. При равновесии системы сил равнодействующая должна быть равна нулю, следовательно, при геометрическом построении конец последнего вектора должен совпасть с началом первого.
Если плоская система сходящихся сил находится в равновесии, многоугольник сил этой системы должен быть замкнут.
Если в системе три силы, образуется треугольник сил.
Геометрическим способом пользуются, если в системе три силы. При решении задач на равновесие тело считается абсолютно твердым (отвердевшим).
Задачи решаются в следующем порядке.
1. Определить возможное направление реакций связей.
2. Вычертить многоугольник сил системы, начиная с известных сил, в некотором масштабе. (Многоугольник должен быть замкнут, все векторы-слагаемые направлены в одну сторону по обходу контура).
3. Измерить полученные векторы сил и определить их величину, учитывая выбранный масштаб.
4. Для уточнения определить величины векторов (сторон многоугольника) с помощью геометрических зависимостей.
Сил
Ларс Бринк *
Сил
Одной из основных черт в физике является возникновение сил, которые удерживают материю вместе. Есть, например, силы, которые удерживают клетки вместе, чтобы создать человеческое тело, и есть сила гравитации, которая удерживает нас на земле, а луна на орбите вокруг Земли. Мы можем сами прилагать усилия, когда мы что-то толкаем, и с помощью техники получаем часть энергии, содержащейся в масле, для создания силы на колесах автомобиля, чтобы его двигать.С макроскопической точки зрения мы можем представить множество различных видов сил, сил, действующих на удар, а также сил, действующих на расстоянии, таких как гравитационные. В физике, однако, мы пытаемся систематизировать и найти как можно больше общих понятий. Одна такая систематизация состоит в том, чтобы выяснить конечные составляющие материи. Другое — выяснить, какие силы действуют между ними. В первом случае мы смогли разделить вещество на атомы и атомы на ядра и электроны, а затем ядра на протоны и нейтроны.Столкнув протоны с протонами или протоны с электронами, физики элементарных частиц обнаружили, что вся материя может быть построена из ряда кварков (концепция, предложенная Мюрреем Гелл-Манном в 60-х годах) и лептонов (электроны и нейтрино и их более тяжелые кузены). В этом же процессе физики обнаружили четыре основные силы, которые действуют между этими частицами вещества — гравитация, электромагнетизм, сильная и слабая ядерная сила. Только первые два могут быть непосредственно замечены в макроскопическом мире, поэтому давайте сначала опишем их.
Гравитация
Первая количественная теория гравитации, основанная на наблюдениях, была сформулирована Исааком Ньютоном в 1687 году в его Принципах года. Он писал, что сила гравитации, действующая на Солнце и планеты, зависит от количества вещества, которое они содержат. Он распространяется на большие расстояния и всегда уменьшается как величина, обратная квадрату расстояния. Формула для силы F между двумя объектами с массами м, , , 1 и м, , , 2, , расстояние r, , таким образом, составляет
.F = Гм 1 м 2 / р 2 ,
, где G — постоянная пропорциональности, гравитационная постоянная.Ньютон не был полностью доволен своей теорией, поскольку предполагал взаимодействие на расстоянии. Эта трудность была устранена, когда было введено понятие гравитационного поля, поля, пронизывающего пространство. Теория Ньютона была очень успешно применена к небесной механике в течение 18-го и начала 19-го века. Например, J.C. Adams и U.J.J. Леверье удалось угадать планету за пределами Урана от неровностей на его орбите, и впоследствии был найден Нептун. Хотя осталась одна проблема.В 1845 году Леверье рассчитал, что орбита Меркурия прецессирует 35 ”в столетие, в отличие от ньютоновской величины, которая равна нулю. Более поздние измерения дали более точное значение 43 ”. (Наблюдаемая прецессия на самом деле составляет 5270 ”/ столетие, но кропотливый расчет, чтобы вычесть возмущения от всех других планет, дает значение 43”.) Только в 1915 году Альберт Эйнштейн мог объяснить это несоответствие.
Галилей был первым, кто заметил, что объекты падают с одинаковой скоростью независимо от их массы.В уравнениях Ньютона понятие массы встречается в двух разных уравнениях. Второй закон гласит, что сила F на теле с массой м дает ускорение на в соответствии с уравнением F = ma. В законе силы тяжести сила тяжести F удовлетворяет F = мг, , где г зависит от других тел, действующих на тело (обычно земля, когда мы говорим о силе гравитации). В обоих уравнениях м является коэффициентом пропорциональности (инерционная масса и гравитационная масса), и нет очевидной причины, по которой они должны быть одинаковыми для двух разных объектов.Однако все эксперименты показывают, что они есть. Эйнштейн принял этот факт как отправную точку для своей теории гравитации. Если вы не можете отличить инерционную массу от гравитационной, вы не можете отличить гравитацию от ускорения. Эксперимент, выполненный в гравитационном поле, мог бы быть выполнен в ускоряющем лифте без гравитационного поля. Когда астронавт в ракете ускоряется, чтобы уйти от Земли, он чувствует силу гравитации, которая в несколько раз превышает силу на Земле.Большая часть этого происходит от ускорения. Если человек не может отличить гравитацию от ускорения, он всегда может заменить силу гравитации, находясь в ускоряющей системе отсчета. Система отсчета, в которой ускорение нейтрализует силу тяжести, называется системой инерции. Следовательно, луна, вращающаяся вокруг Земли, может рассматриваться как ускоряющаяся система отсчета. Однако этот кадр будет отличаться от точки к точке, так как поле гравитации изменяется. (В примере с Луной гравитационное поле меняет направление от одной точки к другой.) Принцип, согласно которому всегда можно найти инерциальную систему отсчета в любой точке пространства и времени, в которой физика следует законам в отсутствие гравитации, называется принципом эквивалентности .
 |
Тот факт, что гравитационная сила может рассматриваться как системы координат, которые отличаются от точки к точке, означает, что гравитация является геометрической теорией. Истинная система координат, которая охватывает все пространство и время, следовательно, является более сложной, чем обычные плоские системы, к которым мы привыкли из обычной геометрии.Этот тип геометрии называется неевклидовой геометрией. Сила, как мы ее видим, проистекает из свойств пространства и времени. Мы говорим, что пространство-время искривлено. Рассмотрим шар, лежащий на плоской поверхности. Он не будет двигаться, или, если нет трения, он может двигаться равномерно, когда на него не действует сила. Если поверхность искривлена, шар будет ускоряться и опускаться до самой низкой точки, выбирая кратчайший путь. Точно так же Эйнштейн учил нас, что четырехмерное пространство и время искривлены, и тело, движущееся в этом искривленном пространстве, движется по геодезическим , который является кратчайшим путем.Эйнштейн показал, что гравитационное поле — это геометрическая величина, определяющая так называемое собственное время, которое представляет собой концепцию, которая принимает одно и то же значение во всех системах координат, аналогично расстоянию в обычном пространстве. Ему также удалось построить уравнения для гравитационного поля, знаменитые уравнения Эйнштейна , , и с помощью этих уравнений он мог вычислить правильное значение прецессии для орбиты Меркурия. Уравнения также дают измеренную величину отклонения световых лучей, которые проходят через Солнце, и нет сомнений в том, что уравнения дают правильные результаты для макроскопической гравитации.Теория гравитации Эйнштейна, или «Общая теория относительности », как он сам назвал ее «», является одним из величайших триумфов современной науки.
Электромагнетизм
Это был Джеймс Кларк Максвелл, который в 1865 году окончательно объединил концепции электричества и магнетизма в одну теорию электромагнетизма. Сила опосредована электромагнитным полем. Различные производные этого поля приводят к электрическому и магнитному полям соответственно.Теория не является полностью симметричной в электрическом и магнитном полях, хотя, поскольку она только вводит прямые источники в электрическое поле, электрические заряды. Полностью симметричная теория также вводит магнитные заряды (предсказанные существующей современной квантовой теорией, но с такими огромными величинами, что свободные магнитные заряды должны быть крайне редки в нашей вселенной). Для двух статических тел с зарядами е 1 и е 2 теория приводит к закону Кулона , дающему силу
F = ke 1 e 2 / r 2 ,
, где снова k — константа пропорциональности.Обратите внимание на сходство с законом Ньютона для гравитации. Хотя есть одно отличие. Хотя гравитационная сила всегда привлекательна, электромагнитная также может быть отталкивающей. Заряды могут иметь отрицательные знаки, например, для электрона, или быть положительными, как для протона. Это приводит к тому, что положительные и отрицательные заряды имеют тенденцию связываться друг с другом, например в атомах, и, следовательно, экранировать друг друга и уменьшать электромагнитное поле. Таким образом, большинство частиц в земле экранируют друг друга, и общее электромагнитное поле очень сильно уменьшается.Тем не менее, мы знаем о магнитном поле Земли. Также в наших телах большинство зарядов экранированы, поэтому между человеком и землей существует очень маленькая электромагнитная сила. Ситуация сильно отличается для гравитационного поля. Поскольку она всегда привлекательна, каждая частица на Земле взаимодействует с каждой частицей в человеческом теле, поэтому сила, создаваемая силой, — это только наш вес. Однако, если мы сравним электромагнитные и гравитационные силы между двумя электронами, мы обнаружим, что электромагнитная сила больше с коэффициентом, который составляет примерно 10 40 .Это невероятно большое количество! Это показывает, что когда мы приходим в микромир и изучаем физику элементарных частиц, нам не нужно учитывать гравитацию, когда мы изучаем квантовую электродинамику, по крайней мере, не при обычных энергиях.
 |
При рассмотрении уравнений Максвелла обнаруживается, что электромагнитное поле движется с конечной скоростью. Это означает, что Кулоновский закон верен только тогда, когда электромагнитное поле успело пройти между двумя зарядами.Это статический закон. Также обнаруживается, что электромагнитное поле движется как волна точно так же, как свет. Именно Ромер обнаружил, что скорость света конечна, а Ньютон и Гюйгенс открыли, что свет распространяется в виде волн в конце 17-го века, и к концу 19-го века скорость света была хорошо установлена и, как видно, согласуется с скорость электромагнитного поля. Отсюда было установлено, что свет — это не что иное, как электромагнитное излучение. В 1900 году Макс Планк предположил, что свет квантуется для объяснения излучения черного тела.Однако именно Альберт Эйнштейн был первым, кто действительно понял революционные последствия этой идеи, когда сформулировал фотоэлектрический эффект . Под электромагнитным полем можно понимать поток корпускулярных тел, называемый фотонами , которые составляют электромагнитное поле. Революционный аспект этой идеи заключался в том, что поток частиц также мог вести себя как волна, и многие известные ученые того времени были против этой идеи.Лишь в 1923 году Артур Комптон экспериментально показал, что световые кванты могут отклонять электрон так же, как это делает корпускулярное тело, и эта дискуссия закончилась.
Если мы думаем об электрической силе между двумя зарядами как о электромагнитном поле, опосредующем его на расстоянии, мы можем теперь получить более фундаментальную картину в виде потока фотонов, посылаемых из одной частицы, чтобы поразить другую. Это более интуитивная картина, чем сила, действующая на расстоянии. Наша макроскопическая картина силы состоит в том, что нечто поражает тело, которое затем чувствует силу.В микроскопическом мире это снова способ понять силу. Однако это сложнее. Предположим, что есть две заряженные частицы, которые взаимодействуют. Какая частица посылает фотон, а какая получает фотон, если две частицы идентичны, как квантовая механика говорит нам о фундаментальных частицах? Ответ должен состоять в том, что картина должна включать обе возможности. Открытие того, что электромагнитное поле квантуется, положило начало квантовой механике и привело нас к микрокосму, который создается точечными объектами и где силы возникают, когда две частицы сталкиваются друг с другом.
Квантовая механика как таковая привела ко многим новым революционным концепциям. Одним из наиболее важных из них является Отношение неопределенности Гейзенберга , сформулированное Вернером Гейзенбергом в 1927 году, в котором говорится, что нельзя одновременно измерять положение и импульс или энергию и время. Для ядра можно либо определить положение электрона и ничего не знать о его импульсе, либо знать его импульс и ничего не знать о его положении. На рисунке, показывающем силовое поле между двумя зарядами, мы должны думать о нем как о фотонах, путешествующих от одного заряда к другому.Следовательно, энергия не может быть определена лучше, чем то, что говорит нам отношение неопределенности из-за неопределенности в определении времени. Следовательно, особое отношение относительности для света, что фотон безмассовый, переводит в отношение, что энергия 2 = импульс 2 c 2 не должна быть удовлетворена. Если мы соединим энергию и трехмерный импульс в четырехимпульс, мы увидим, что он не ограничен условием безмассивности, мы скажем, что фотон является виртуальным и, следовательно, имеет (виртуальную) массу.Таким образом, мы можем интерпретировать описанный выше процесс как определенный фотон, идущий от частицы 1 к частице 2 с определенным четырьмя импульсами, или как один из частиц 2 к частице 1 с противоположным четырьмя импульсами. Когда два заряда находятся далеко, отношение неопределенности дает мало свободы, а фотон ближе к безмассовому. Мы знаем, что закон Кулона , кажется, действителен на самых длинных расстояниях, поэтому он должен устанавливаться фотонами, близкими к безмассовому. Если два обвинения близки, должно быть больше условий для силы.Кстати, чтобы измерить скорость света, фотоны должны взаимодействовать. Следовательно, существует небольшая неопределенность в его массе и небольшая неопределенность в его скорости. Тем не менее, мы измеряем всегда одну и ту же скорость для света, что означает, что на макроскопических расстояниях, которые мы измеряем, виртуальность и, следовательно, масса фотона практически равны нулю с очень хорошей точностью. Тогда можно сказать, что скорость света постоянна.
Полное описание электромагнитной силы между элементарными частицами было сформулировано Син-Итиро Томонага, Ричардом Фейнманом и Джулианом Швингером в независимых работах 1940-х годов.Они сформулировали квантовую электродинамику (КЭД). Это теория, которая в полной мере учитывает квантовую физику и специальную относительность (которая лежит в основе симметрии уравнений Максвелла ). Он очень элегантно сформулирован так называемыми диаграммами Фейнмана , где элементарные частицы обмениваются фотонами, как было описано выше, и где каждая диаграмма представляет собой определенное математическое выражение, которое можно получить из некоторых основных правил распространения виртуальных частиц и из вершины взаимодействия.Простейшая диаграмма взаимодействия двух электронов —
 |
Эта диаграмма фактически приводит к закону Кулона. Фейнман теперь инструктирует нас, что мы можем объединить любую линию для распространяющегося электрона (или когда он движется назад, позитрон) и любую линию для распространяющегося фотона, связанного вместе с вершиной, где электронная линия испускает фотон, чтобы составить новые диаграммы. Любая другая диаграмма, отличная от приведенной выше, представляет собой квантовые поправки к основной силе.Именно благодаря работе трех вышеупомянутых ученых было показано, что каждая такая диаграмма может иметь смысл, чтобы дать точные ответы. Говорят, что QED является перенормируемым . Сила силы, как в закон Кулона , определяется величиной вершины, которая является электрическим зарядом e в КЭД, и для приведенной выше диаграммы она пропорциональна квадрату e и является штрафом Константа структуры 
= 1/137.Поскольку это небольшое число, имеет смысл записать амплитуду в серии терминов с более высокими и более высокими степенями , поскольку этот коэффициент будет все меньше и меньше для все возрастающей сложности диаграммы. Члены более высокого порядка — это более высокие квантовые поправки, и определенное нами разложение для возмущения будет иметь все меньшие и меньшие члены, когда мы перейдем к более высоким квантовым поправкам.
Ядерные силы
Поскольку в начале 20-го века были известны только две основные силы, гравитация и электромагнетизм, и было видно, что электромагнетизм ответственен за силы в атоме, было естественно полагать, что он также ответственен за сохранение сил ядро вместе.В 1920-х годах было известно, что ядра содержат протоны, на самом деле ядро водорода — это просто протон, и почему-то считалось, что электроны могут участвовать в удержании протонов вместе. Однако такая идея имеет непосредственные проблемы. В чем разница между электронами в ядре и электронами на орбите вокруг ядра? Каковы последствия отношения неопределенности Гейзенберга, если электроны втиснуты в маленькое ядро? Единственным подтверждением этой идеи, помимо отсутствия других известных элементарных частиц, было то, что в некоторых радиоактивных распадах электроны, как было видно, исходили из ядра.Однако в 1932 году Джеймс Чедвик открыл новый тип излучения, которое может исходить от ядер, нейтральный, и его эксперимент показал, что внутри ядер действительно есть электрически нейтральные частицы, которые стали называть нейтронами. Вскоре Юджин Вигнер объяснил ядра как следствие двух разных ядерных сил. Сильная ядерная сила — это сила притяжения между протонами и нейтронами, которые удерживают ядро вместе, а Слабая ядерная сила отвечает за радиоактивный распад некоторых ядер.Выяснилось, что сила двух сил сильно различалась. Типичное соотношение составляет порядка 10 14 при обычных энергиях.
Сильные взаимодействия
Естественной идеей сейчас был поиск механизма, подобного механизму электромагнетизма, для опосредования сильной силы. Уже в 1935 году Хидеки Юкава предложил теорию поля для сильного взаимодействия, в которой частицу посреднического поля нужно было назвать мезоном.
Однако между сильной силой и электромагнитной существует существенная разница в том, что сильная сила имеет очень малую дальность действия (обычно это ядерный радиус).Это причина, по которой он не имеет классического аналога и, следовательно, не был обнаружен в классической физике. Юкава решил эту проблему, дав мезону массу. Такая частица была впоследствии, по-видимому, обнаружена в космических лучах Карлом Андерсоном. Открытие деления ядер в конце 1930-х годов вызвало огромный интерес к ядерной физике, и в годы войны большинство физиков работали над проблемами с делением, поэтому лишь после войны идеи Юкавы были вновь приняты.Затем выяснилось, что обнаруженная Андерсоном частица не может быть мезоном сильных взаимодействий, поскольку она слишком мало взаимодействует с веществом, и затем было показано, что эта частица, теперь называемая мюоном, является тяжелым кузеном электрона. Однако, мезон, теперь называемый пионом, был наконец обнаружен в космических лучах Сесилом Пауэллом в 1947 году, и его свойства были измерены. Новая дилемма теперь появилась. Когда большие ускорители начали работать в 1950-х годах, пионы были созданы в защиту теории Юкавы, но когда его теория поля была тщательно изучена в соответствии с правилами, установленными Фейнманом, было показано, что теория действительно перенормируемая, но константа связи огромна больше одного.Это означает, что диаграмма с несколькими взаимодействиями даст больший вклад, чем наивный с обменом только одного пиона, который, хотя и дает грубую картину рассеяния двух протонов. Разложение возмущений не имеет смысла. Кроме того, рассеяние протонов породило новые сильно взаимодействующие частицы рядом с пионом, которые были названы адронами. Действительно, был обнаружен огромный зверинец элементарных частиц, некоторые из которых имеют срок службы от 10 -8 до 10 -10 с, а некоторые со временем жизни 10 -23 с.Эта проблема была решена Мюрреем Гелл-Манном, когда он предположил, что все сильно взаимодействующие частицы действительно являются связанными состояниями еще более фундаментальных состояний, кварков . Эта идея была в конечном итоге экспериментально подтверждена в экспериментах в Стэнфорде в 1970-х годах под руководством Джерома Фридмана, Генри Кендалла и Ричарда Тейлора. Чтобы понять силы внутри ядра, нужно было действительно понять теорию поля для кварков. Прежде чем описать силы между кварками, мы должны обсудить другую ядерную силу, более слабую.
Слабые взаимодействия
В 1896 году Анри Беккерель обнаружил, что соли урана испускают излучение; они радиоактивны. За его работой последовали Мари и Пьер Кюри, которые обнаружили, что несколько атомов распались при отправке радиоактивности. С открытием нейтрона стало понятно, что это явление является еще одним аспектом действующей силы. Было обнаружено, что нейтрон распадается на протон, электрон и затем гипотетическую частицу, предложенную Вольфгангом Паули, которую стали называть нейтрино (на самом деле антинейтрино).Поскольку в ядре масса нуклонов является виртуальной, процесс может также пойти другим путем, в котором протон распадается на нейтрон, позитрон и нейтрино. Первым, кто создал модель этого взаимодействия, был Энрико Ферми, в котором предполагалось, что взаимодействие между частицами вещества происходит мгновенно. В конце 1950-х годов теория Ферми была модифицирована для учета нарушения паритета Маршаком и Сударшаном, а также Фейнманом и Гелл-Манном. Нарушение четности слабых взаимодействий было постулировано Цунг-Дао Ли и Чэнь Нин Янгом в 1956 году и экспериментально подтверждено У и его сотрудниками год спустя.(Слабые взаимодействия могут различать левый и правый.)
Однако у представленной модели были серьезные проблемы. Оно не перенормируемо, поэтому не может иметь смысла в качестве общей теории. С другой стороны, модель работала очень хорошо для многих процессов. Как можно примирить эти два факта? В течение 1960-х годов были предложены новые теоретические описания поля, и для примирения приведенных выше фактов были введены очень тяжелые частицы-посредники. Для процессов с низкой энергией такая частица может распространяться только на очень короткое расстояние, и на практике это будет выглядеть так, как если бы взаимодействие происходило в одной точке, давая приведенную выше модель для энергий, которые в то время можно было исследовать.Используемая схема, так называемые «неабелевы теории калибровок», была использована Шелдоном Глэшоу, Стивеном Вайнбергом и Абдусом Саламом в независимых работах, чтобы предложить модель, обобщающую модель выше. Такая теория поля является обобщением КЭД, в которой есть несколько опосредующих частиц, которые также могут иметь самовзаимодействия. В начале 1970-х годов эта схема моделей была доказана перенормируемыми и, следовательно, хорошими квантовыми теориями Герхарда Этута и Тини Вельтмана. Подавляющее экспериментальное подтверждение модели было собрано в 1970-х годах, и, наконец, в 1983 году в ЦЕРНе были обнаружены частицы-посредники в эксперименте, проведенном Карло Руббиа и Саймоном ван дер Меером.Действительно, опосредующие частицы очень тяжелые, почти в 100 раз превышающие массу протона.
Теория сильных взаимодействий
Примечательной особенностью экспериментов SLAC, которые подтвердили существование кварков, было «масштабирование». Сечения глубоконеупругого рассеяния электронов на протонах зависят от меньшего количества кинематических переменных для более высоких энергий. Сечения масштабированы. Это явление было теоретически предложено Джеймсом Бьоркеном, и данные ясно показали это.Ричард Фейнман объяснил это, предположив, что протоны состоят из точечных составляющих. Чтобы объяснить масштабирование, эти составляющие должны иметь силу связи, которая уменьшается с энергией, в отличие от случая КЭД. Это было названо «асимптотической свободой». Было довольно трудно поверить, что квантовая теория поля может быть асимптотически свободной, поскольку энергетическая зависимость константы связи обусловлена экранированием от пар виртуальных частиц. Релятивистская квантовая механика учитывает такие пары, если они не живут слишком долго.Это связано с принципом неопределенности Гейзенберга и тем фактом, что энергия соответствует массе согласно известной формуле Эйнштейна.
Асимптотическая свобода должна означать, что кварковые заряды являются антиэкранированными, что, как было сказано, трудно поверить в существование в квантовой теории поля. Однако в 1973 году Дэвид Гросс, Дэвид Политцер и Фрэнк Вильчек одновременно обнаружили, что для неабелевой калибровочной теории поля требование асимптотической свободы выполняется, если кварков не слишком много.Ключом к решению было то, что векторные частицы, опосредующие силу, глюоны, действительно противоэкранные. Это можно понять, поскольку для зарядов кварков и глюонов «цветные заряды» удовлетворяют более сложным соотношениям, чем более простые электрические заряды. Есть три разных цвета и их антицветы. В то время как кварки имеют цветной заряд, глюоны имеют цветной и антицветный заряд. Следовательно, виртуальные глюоны могут выровняться с зарядами, экранирующими друг друга, в то время как сила поля увеличивается.
Открытие асимптотической свободы открылось для неабелевой калибровочной теории поля для взаимодействий между кварками и было названо Квантовая хромодинамика, КХД. На протяжении многих лет эта теория была очень успешно проверена на больших ускорителях, и теперь она прочно утвердилась как теория сильных взаимодействий.
Стандартная модель
Успех неабелевых калибровочных теорий показал, что все взаимодействия могут быть объединены в общей структуре.Это привело к так называемой Стандартной модели, в которой все частицы вещества обрабатываются вместе, то есть электрон и его более тяжелые партнеры — мюон и тау-частица и соответствующие нейтрино, которые имеют только слабые взаимодействия, вместе с кварками, которые может иметь как сильные, так и слабые взаимодействия. Частицы силы, то есть медиаторы, являются затем фотоном для электромагнетизма, Вт, и Z для слабой силы и глюонами для сильной силы.Несмотря на то, что стандартная модель унифицирует взаимодействия, в деталях есть различия. Фотон и глюоны являются безмассовыми частицами, а частицы W, и Z имеют массу. Фотон приводит к закону Кулона для больших расстояний, в то время как глюоны приводят к ограничивающей силе между кварками. На самом деле это происходит из-за асимптотической свободы, которая также может быть интерпретирована, чтобы сказать, что сила связи увеличивается с меньшей энергией, что квантово-механически также означает, что она увеличивается с расстоянием.Фактически это увеличение похоже на увеличение для пружины, так что кварки постоянно связаны в адронах. Несмотря на это, свойства глюонов были твердо установлены экспериментаторами.
 |
Унификация всех взаимодействий
В стандартной модели выше нет упоминания о гравитационной силе. Говорят, что он настолько слаб, что нам не нужно это учитывать при экспериментах с частицами.Однако на общих основаниях должна существовать квантовая версия силы тяжести, которая действует на достаточно малых расстояниях. Если мы попытаемся просто скопировать квантование электромагнитного поля с точки зрения фотонов, мы должны квантовать гравитационное поле в так называемые гравитонов. Однако процедура Фейнмана, Томонага и Швингера здесь не работает. Гравитация Эйнштейна не перенормируется. В чем проблема? Это теория Эйнштейна или квантовая механика, которая не является полной? Две великие концептуальные вехи XX века, квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна, просто не согласуются друг с другом.Эйнштейн думал всю свою жизнь, что квантовая механика действительно неполна, но к настоящему времени проведено так много испытаний, что физики вместо этого пытаются обобщить теорию Эйнштейна. Замечательный успех Стандартной Модели также показал, что идея объединения сил является обоснованной. Почему существуют четыре разные силы или они действительно разные? Они действительно проявляются как различные силы в наших экспериментах, но Стандартная модель показывает, что электромагнитные и слабые силы объединены для энергий выше 100 ГэВ.Точно так же модель показывает, что и сильная сила, которая, казалось бы, так сильно отличается, объединяется с другой при энергиях выше 10 15 ГэВ. Может ли гравитационный вписаться в эту схему?
Можно показать, что при энергиях порядка 10 19 Гэв сила тяжести будет такой же сильной, как и другие, поэтому должно быть объединение всех сил, по крайней мере, при той энергии, которая является энергией невероятно высоко, что это произошло в нашей вселенной только через 10 -42 с после Большого взрыва.Однако физика также должна уметь описывать явления, которые произошли тогда, поэтому должна быть единая картина, которая также включает гравитацию. Такая схема уже была предложена Superstring Model , в которой частицы описываются одномерными объектами, строками. Эта модель действительно дает теорию Эйнштейна для низких энергий и может быть сделана совместимой со Стандартной моделью при энергиях, где она была исследована. Это также конечная квантовая теория, поэтому теория возмущений гравитации, основанная на модели суперструн, действительно последовательна.Еще слишком рано говорить о том, является ли это окончательной «теорией всего», но в этой модели нет парадокса или несоответствия, насколько это было понято. Наконец, модель делает еще одно объединение, а именно частиц материи и силовых частиц, имеющих только один вид частиц. Это также конечная цель физиков, иметь одну объединенную силу и один объединенный вид частиц.
* Ларс Бринк родился в 1943 году.С 1986 года он является профессором теоретической физики элементарных частиц в Технологическом университете Чалмерса в Гетеборге, Швеция. Он был научным сотрудником группы по теории в ЦЕРН, 1971-73, и научным сотрудником в Калифорнийском технологическом институте, 1976-77. Он был приглашенным ученым в течение более продолжительных периодов в CERN, Caltech, ITP в Санта-Барбаре, а также во многих других учреждениях по всему миру. Он был вице-деканом по физике в Чалмерсе, 1987-93 гг. И был председателем совета директоров Nordita в Копенгагене, 1990-93 гг. И членом совета в 1993-97 гг.Он является председателем совета Международного центра фундаментальной физики в Москве с 1993 года. Он был избран членом Шведской королевской академии наук в 1997 году и членом ее Нобелевского комитета по физике в 2001 году. Он также является координатором Сеть ЕС «Теория суперструн» с 2000 года. Его научная работа была в основном посвящена теории элементарных частиц, особенно в попытках объединить все фундаментальные взаимодействия. Он является одним из пионеров теории суперструн, а также активно участвует в суперсимметричных квантовых теориях поля.Одним из основных моментов здесь является построение и доказательство первой конечной квантовой теории поля в четырех измерениях пространства-времени.
Впервые опубликовано 9 августа 2001
,Космические силы Соединенных Штатов теперь обладают силой наступления, хотя это может быть не та огромная система орбитального оружия, которую вы представляете.
Новая система вооружения, доставленная космическим силам, представляет собой массив типа помех, который может помешать военным или разведывательным бойцам получить доступ к своим военным спутникам. Эта функциональность позволяет космическим силам нейтрализовать орбитальные спутники за считанные минуты.
Как работает новое оружие
Технически это новое оружие называется Блок систем связи (CCS). Блок 10.2. Доставленные в 4-ю эскадрилью космического контроля недавно созданных космических сил, они являются долгожданным дополнением к возможностям военной отрасли.
Руководитель программы для новой системы вооружений, майор Сет Хорнер из Космических сил США, сказал это о новой CCS.
«Система счетной связи» — это переносная спутниковая система связи, которая обеспечивает возможность наземного отклонения спутниковой связи противника.С начала 2000-х годов в CCS происходили постепенные обновления, которые включали новые методы, полосы частот, обновления технологий и уроки, извлеченные из предыдущих обновлений блоков. Это конкретное обновление включает в себя новые программные возможности для противодействия новым целям и угрозам противника ».
Более краткое определение того, что могут делать эти новые машины, заключается в том, что они являются помехами для мобильной спутниковой связи, которые можно подключать к самолетам или устанавливать на наземные транспорты. Приведенный ниже твит должен дать вам лучшее представление о том, как выглядят эти системы оружия.
SMC CCS B10.2 вводит «Силу» в Космические силы, достигая МОК, в понедельник, 9 марта, отмечая первую систему наступательного оружия, назначенную @SpaceForceDoD. 12 марта @PeteAFB запланирована церемония в честь этого исторического события. (Фото любезно предоставлено @ L3HarrisTech) pic.twitter.com/EoH9nxkfQ8
— SMC (@AF_SMC) 11 марта 2020 г.
Одно из самых больших потенциальных преимуществ использования CCS в качестве системы наступательного вооружения заключается в том, что теперь она дает США возможность блокировать способности врагов, чтобы получать предупреждения о поступающих ракетных ударах.
США #SpaceForce приобретает свое первое наступательное оружие, систему противодействия коммуникации #CCS, глушитель. Вот ссылка на объявление и видео о нем в действии. Https://t.co/gylonMdPtf#Spaceballs#NotStarWars#WarOfTheFuturepic.twitter.com/bATKUQfnka
— Фрэнк Юэ (@feyue) 17 марта 2020 года
Впервые система была разработана и внедрена в 2004 году, но с тех пор она постоянно совершенствуется, и теперь она достигла нового стандартного модуля Block 10.2, который получил Космические войска.Обновления системы с течением времени по существу позволяют ей блокировать больше частот, чем когда-либо раньше.
Теоретически понять, как работает новая система вооружений, просто, она блокирует сигналы, но понимание на самом деле является тщательно охраняемым секретом. В отчете о глобальных контрпространственных возможностях, в частности, говорится об CCS.
«Нет общедоступной информации о каких-либо технических характеристиках CCS, таких как диапазоны частот, уровни мощности и формы сигналов.Тем не менее, разумно сделать вывод, что CCS, вероятно, может подавлять большинство основных коммерческих частот (в частности, C и Ku) и наиболее распространенные военные частоты (X-диапазон) с возможными возможностями во все более популярном Ka-диапазоне. Кроме того, вполне вероятно, что CCS нацелена в основном на геостационарные спутники связи (COMSAT), учитывая, что в настоящее время они являются основным источником спутниковой связи. «- стр. 73, CCR
После получения системы космические силы предприняли серия тренировок и испытаний для обеспечения успешного развертывания систем нового оружия.
, СВЯЗАННЫЕ С: МИЛИТАРИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВА: КАК ВЫСТУПАЕТ «КОСМИЧЕСКАЯ СИЛА»?
Лейтенант полковник Уильям Сандерс сказал об успешных эксплуатационных испытаниях после поставки:
«Модернизированная система CCS меняет правила игры для развернутых сухопутных войск. Сегодня развернутые войска получают выгоду от аналогичной способности быстрого реагирования, обеспечивающей ежедневную оперативную поддержку. С оперативным принятием CCS мы можем применять более значительные эффекты для командования комбатантов.
Как и когда космические силы планируют использовать новую систему вооружения в бою? Они еще не совсем уверены, но они рады своим новым наступательным возможностям в качестве стратегического космического командования. Подполковник Стив Броган сказал, что «CCS является единственной наступательной системой в арсенале космических сил США. Это обновление помещает «силу» в Космические силы и имеет решающее значение для Космоса как области боевых действий ».
Как военные используют спутники и полагаются на них
Спутники, как вы, вероятно, уже поняли, являются важной частью коммуникационных возможностей современных военных сил.Спутники являются основой мировых систем связи.
Кто-то может подумать, что лучший способ уничтожить коммуникационные возможности противника — это просто сбить его спутник, но это не всегда так просто. Сбивание спутника создает значительную проблему мусора. Этот мусор может каскадироваться и непреднамеренно выводить больше спутников на орбиту. Не говоря уже о том, что взрыв спутника довольно дорогой и довольно постоянный.
Новая система вооружения CCS позволяет Космическим силам временно блокировать связь, гораздо более управляемый способ получить тот же эффект.
Еще одна проблема, связанная со сбиванием военных спутников, заключается в возможности их достижения. По сравнению со стандартными спутниками военные спутники движутся по орбите дальше, чтобы один единственный спутник достиг большей части Земли.
Это означает, что для того, чтобы добраться до этих спутников и уничтожить их, потребуется достаточно ракеты / ракеты. Глушение сигнала становится наиболее предпочтительным решением.
СВЯЗАННО: ВПЕРВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ СИЛЫ США запускают ракету ATLAS 5
U.Теперь С. присоединяется к России в ее способности блокировать связь между землей и спутниками. Система российского оружия известна как Tirada-2S, и предполагается, что она довольно похожа на CCS космических сил США, согласно Popular Mechanics.
Учитывая, что в России уже была установлена система этого оружия, неудивительно, что Космические силы рады иметь в своем распоряжении CCS.
Китай также работает над созданием собственных спутниковых глушителей, но они публично не объявили ни о каком завершенном проекте.
