Сила как пишется в физике: какой буквой обозначается сила – Школьные Знания.com

3 над поверхнею води. Який об’єм підводної частини айсберга?

Два небольших груза связаны нерастяжимой нитью, переброшенной через блок. Ось блока поднимают вверх со скоростью u=1,5 м/с. Оба груза движутся вертика … льно, и при этом в некоторый момент времени скорость груза 1 по величине в 2 раза больше скорости груза 2. Чему может быть равна в этот же момент времени проекция скорости груза 2 на ось, направленную вертикально вверх? Ответ выразите в м/с, округлив до целого числа. Вы можете сами добавлять поля ответов.

На ровном склоне горы, наклон которого к горизонту α=30∘, на высоте h=20 м друг над другом находятся два школьника. Они одновременно бросают камни с о … динаковыми скоростями: нижний — перпендикулярно склону, верхний — в горизонтальном направлении. На каком минимальном расстоянии друг от друга пролетят камни, если вплоть до момента максимального сближения они ещё будут находиться в воздухе? Ответ выразите в м, округлив до десятых. Сопротивлением воздуха пренебречь.

визначте об’єм тіла густина якого 7000 кг/м3 що спускаєтьсяз горки якщо сила тертя дорівнює 80н а коєфіцієнт тертя 1,5

визначте силу Архімеда що діє на камінь об’ємом 60 см3 густина води 1030 кг/м3

Пожалуйста Помогите Сделайте задания 197 200 203 С объяснением Заранее спасибо

за допомогою пружини жорсткість якої 200 н/м тягнуть тіло масою 4кг коєфіцієнт ковзання 1,5. визначте видовження пружини

Содержание

суть и принцип для начинающих чайников

Что такое ЭДС (электродвижущая сила) в физике? Электрический ток понятен далеко не каждому. Как космическая даль, только под самым носом. Вообще, он и ученым понятен не до конца. Достаточно вспомнить Николу Тесла с его знаменитыми экспериментами, на века опередившими свое время и даже в наши дни остающимися в ореоле тайны. Сегодня мы не разгадываем больших тайн, но пытаемся разобраться в том, что такое ЭДС в физике.

Определение ЭДС в физике

ЭДС

– электродвижущая сила.  Обозначается буквой E или маленькой греческой буквой эпсилон.

Электродвижущая сила – скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил (сил неэлектрического происхождения), действующих в электрических цепях переменного и постоянного тока.

ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах. Однако ЭДС и напряжение – явления разные.

Напряжение (между точками А и Б) – физическая величина, равная работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из одной точки в другую.

Объясняем суть ЭДС  “на пальцах”

Чтобы разобраться в том, что есть что, можно привести пример-аналогию. Представим, что у нас есть водонапорная башня, полностью заполненная водой. Сравним эту башню с батарейкой.

Схема водонапорной башни

Вода оказывает максимальное давление на дно башни, когда башня заполнена полностью. Соответственно,  чем меньше воды в башне, тем слабее давление и напор вытекающей из крана воды. Если открыть кран, вода будет постепенно вытекать сначала под сильным напором, а потом все медленнее, пока напор не ослабнет совсем. Здесь напряжение – это то давление, которое вода оказывает на дно. За уровень нулевого напряжения примем само дно башни.

Водокачка

То же самое и с батарейкой. Сначала мы включаем наш источник тока (батарейку) в цепь, замыкая ее. Пусть это будут часы или фонарик. Пока уровень напряжения достаточный и батарейка не разрядилась, фонарик светит ярко, затем постепенно гаснет, пока не потухнет совсем.

Но как сделать так, чтобы напор не иссякал? Иными словами, как поддерживать в башне постоянный уровень воды, а на полюсах источника тока – постоянную разность потенциалов. По примеру башни ЭДС представляется как бы насосом, который обеспечивает приток в башню новой воды.

Советская батарейка

Природа ЭДС

Причина возникновения ЭДС в разных источниках тока разная. По природе возникновения различают следующие типы:

  •  Химическая ЭДС.  Возникает в батарейках и аккумуляторах вследствие  химических реакций.
  • Термо ЭДС.  Возникает, когда находящиеся при разных температурах контакты  разнородных проводников соединены.
  • ЭДС индукции. Возникает в генераторе при  помещении вращающегося проводника в магнитное поле. ЭДС будет наводиться в проводнике, когда проводник  пересекает силовые линии постоянного магнитного поля или когда магнитное поле изменяется по величине.
  • Фотоэлектрическая ЭДС. Возникновению этой ЭДС способствует явление  внешнего или внутреннего фотоэффекта.
  • Пьезоэлектрическая ЭДС. ЭДС возникает при растяжении или сдавливании веществ.

Дорогие друзья, сегодня мы рассмотрели тему «ЭДС для чайников». Как видим, ЭДС  –  сила неэлектрического происхождения, которая поддерживает протекание электрического тока в цепи. Если Вы хотите узнать, как решаются задачи с ЭДС, советуем обратиться к нашим авторам – скрупулезно отобранным и проверенным специалистам, которые быстро и доходчиво разъяснят ход решения любой тематической задачи.  И по традиции в конце предлагаем Вам посмотреть обучающее видео. Приятного просмотра и успехов в учебе!

 

Автор: Иван

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Какой буквой обозначается атмосферное давление в физике — MOREREMONTA

1. Давление = отношение силы, действующей на поверхность перпендикулярно этой поверхности, к площади этой поверхности.

Единица давления в СИ = 1Па (паскаль) .

Обиходная (особенно в технике) единица давления = 1атм (примерно, давление земной атмосферы) = 100000Па.

2. Сила давления — это сила, которая оказывает давление на какую-либо поверхность.

Для уменьшения давления в том случае, если силу уменьшить невозможно, увеличивают площадь опоры.

В тех случаях, когда бывает необходимо увеличить давление, уменьшают площадь поверхности, на которую действует сила давления.

3. Закон Паскаля: “жидкости и газы передают оказываемое на них давление без изменения в каждую точку жидкости или газа”.

4. Основное свойство жидкостей и газов — передавать давление без изменения по всем направлениям — лежит в основе конструкции гидравлических и пневматических устройств и машин.

Во сколько раз площадь одного поршня больше площади другого, во столько же раз гидравлическая машина дает выигрыш в силе.

5. Давление на глубине жидкости не зависит от площади поверхности, а зависит от плотности жидкости и от глубины:

6. Свойство сообщающихся сосудов: поверхности жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаются на одном уровне.

Но поверхности разных жидкостей, плотности которых отличаются, устанавливаются в сообщающихся сосудах на разных уровнях!

Сосуды, соединенные между собой, называются сообщающимися.

7. Действие простейшего U-образного жидкостного манометра основано на свойстве сообщающихся сосудов.

Никому не нравится быть под давлением. И не важно, под каким. Об этом спела еще группа Queen вместе с Дэвидом Боуи в своем знаменитом сингле “Under pressure”. Что такое давление? Как понять давление? В чем оно измеряется, какими приборами и методами, куда направлено и на что давит. Ответы на эти и другие вопросы – в нашей статье про

давление в физике и не только.

Давление в физике

Если преподаватель давит на вас, задавая каверзные задачки, мы сделаем так, чтобы вы смогли верно на них ответить. Ведь понимание самой сути вещей – ключ к успеху! Итак, что такое давление в физике?

Давление – скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.

В международной системе СИ измеряется в Паскалях и обозначается буквой p. Единица измерения давления – 1 Паскаль. Русское обозначение – Па, международное – Pa.

Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.

Любая жидкость или газ, помещенный в сосуд, оказывает на стенки сосуда давление. Например, борщ в кастрюле действует на ее дно и стены с некоторым давлением. Формула определения давления жидкости:

где g – ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h – высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро» – плотность борща.

Одно из важнейших свойств жидкостей — изотропность. Это значит, что по закону Паскаля во всех направлениях жидкости производимое ею давление передается одинаково. Кстати, подробнее о жидкостях, их свойствах и движении читайте в нашем материале про уравнение Бернулли.

Наиболее распространенный в быту прибор для определения давления – барометр. Но в чем измеряют давление? Кроме паскаля существуют и другие внесистемные единицы измерения:

  • атмосфера;
  • миллиметр ртутного столба;
  • миллиметр водяного столба;
  • метр водяного столба;
  • килограмм-сила.

В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.

Например, когда вы слушаете или читаете прогноз погоды, там и речи не идет о паскалях. Говорят о миллиметрах ртутного столба. Один миллиметр ртутного столба – это 133 Паскаля. Если вы ездите за рулем, то наверное знаете, что нормальное давление в колесах легкового автомобиля — около двух атмосфер.

Давление в шинах — это давление газа. Оно обусловлено столкновениями молекул воздуха с поверхностью шины

Атмосферное давление

Атмосфера – это газ, точнее, смесь газов, которая удерживается у Земли благодаря гравитации. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, а ее высота – примерно 100 километров.

Как понимать выражение «атмосферное давление»? Над каждым квадратным метром земной поверхности находится стокилометровый столб газа. Конечно, воздух прозрачен и приятен, но у него есть масса, которая давит на поверхность земли. Это и есть атмосферное давление.

Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325 Па. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766 миллиметров.

Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.

Эверест. На его вершине давление в 4 раза меньше, чем у подножия

Артериальное давление

Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни – это измерение кровяного давления.

Артериальное давление – это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае – артерий.

Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120 на 80, то все хорошо. Если 90 на 50 или 240 на 180, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.

Артериальное давление — давление крови на стенки артерий

Тем не менее, возникает вопрос: 120 на 80 чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?

Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.

Кровь оказывает давление на сосуды и тем самым компенсирует действие атмосферного давления. Будь иначе, нас бы просто раздавило огромной массой воздуха над нами.

Но почему в измерении артериального давления две цифры?

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина – наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим давлением.

При измерении фиксируются значения систолического и диастолического давлений. Например, для здорового человека типичное значение артериального давления составляет 120 на 80 миллиметров ртутного столба. Это означает, что систолическое давление равно 120 мм. рт. ст., а диастолическое – 80 мм рт. ст. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.

Физический вакуум

Вакуум – это отсутствие давления. Точнее, практически полное его отсутствие. Абсолютный вакуум является приближением, как идеальный газ в термодинамике и материальная точка в механике.

В зависимости от концентрации вещества различают низкий, средний и высокий вакуум. Наилучшее приближение к физическому вакууму – космическое пространство, в котором концентрация молекул и давление минимальны.

В космосе наблюдается почти полное отсутствие давления

Давление – основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики. А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое “Давление” в других словарях:

давление — См. бремя, влияние, иго, насилие оказывать давление, производить давление. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. давление бремя, влияние, иго, насилие, нажим, гнет, напор,… … Словарь синонимов

давление — падает • изменение, субъект, мало давление поднялось • изменение, субъект, много измерять давление • оценка, измерение оказать давление • действие оказывать давление • действие поднялось давление • изменение, субъект, много подскочило давление •… … Глагольной сочетаемости непредметных имён

ДАВЛЕНИЕ — ДАВЛЕНИЕ, действие силы, приложенной к определенной поверхности. Действие силы на твердое тело в направлении, перпендикулярном к поверхности, производит нормальное давление на поверхность тела. Поверхность твердого тела находится под Д.… … Большая медицинская энциклопедия

ДАВЛЕНИЕ — ДАВЛЕНИЕ, давления, ср. (книжн.). 1. Действие по гл. давить в 1 и 7 знач. 2. Степень упругости (газов и жидкостей; физ. тех.). Давление воды. Паровой котел высокого давления. Атмосферное давление. 3. перен. Моральное принуждение, насильственное… … Толковый словарь Ушакова

ДАВЛЕНИЕ — ДАВЛЕНИЕ, я, ср. 1. см. давить. 2. Сила действия одного тела на поверхность другого (спец.). Д. жидкости на стенки сосуда. Д. воды. Атмосферное д. Кровяное д. (давление крови в сосудах). 3. То же, что кровяное давление (разг.). Повышенное,… … Толковый словарь Ожегова

ДАВЛЕНИЕ — (Pressure) равнодействующая внешних сил, приложенных к поверхности. Единица давления в абсолютной системе мер бария, равна дине/см2, техническая единица давления атмосфера или бар = 1 000 000 бариям. В системе МТС пьеза или стэн/м2 = 10 000… … Морской словарь

ДАВЛЕНИЕ — ДАВЛЕНИЕ, физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил F, с которыми одно тело действует на поверхность S другого (например, фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда и т.п.). Если… … Современная энциклопедия

ДАВЛЕНИЕ — физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил F, с которыми одно тело действует на поверхность S другого (напр., фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда и т. п.). Если силы… … Большой Энциклопедический словарь

ДАВЛЕНИЕ — физ. величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с к рыми одно тело действует на поверхность другого (напр., фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда, газ в цилиндре двигателя на поршень).… … Физическая энциклопедия

Давление — ДАВЛЕНИЕ, физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил F, с которыми одно тело действует на поверхность S другого (например, фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда и т.п.). Если… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Давление — Давление. В механике и математической физике под давлением накакое либо тело подразумевается совокупность сил, сплошным образомприложенных к поверхности тела и направленных по нормалям ее внутрьтела; таковы, напр., Д. газов и жидкостей на стенки… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Международная система единиц (СИ) | Диаэм

Единицы измерения

Международная система единиц (СИ) (фр. Le Système International d’Unités (SI)) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы.

СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее – единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела.

Основные единицы системы СИ

Величина

Единица измерения

Обозначение

русское название

международное название

русское

международное

Длина

метр

metre (meter)

м

m

Масса

килограмм

kilogram

кг

kg

Время

секунда

second

с

s

Сила тока

ампер

ampere

А

A

Термодинамическая температура

кельвин

kelvin

К

K

Сила света

кандела

candela

кд

cd

Количество вещества

моль

mole

моль

mol

Производные единицы системы СИ

Величина

Единица измерения

Обозначение

русское название

международное название

русское

международное

Плоский угол

радиан

radian

рад

rad

Телесный угол

стерадиан

steradian

ср

sr

Температура по шкале Цельсия¹

градус Цельсия

degree Celsius

°C

°C

Частота

герц

hertz

Гц

Hz

Сила

ньютон

newton

Н

N

Энергия

джоуль

joule

Дж

J

Мощность

ватт

watt

Вт

W

Давление

паскаль

pascal

Па

Pa

Световой поток

люмен

lumen

лм

lm

Освещённость

люкс

lux

лк

lx

Электрический заряд

кулон

coulomb

Кл

C

Разность потенциалов

вольт

volt

В

V

Сопротивление

ом

ohm

Ом

Ω

Электроёмкость

фарад

farad

Ф

F

Магнитный поток

вебер

weber

Вб

Wb

Магнитная индукция

тесла

tesla

Тл

T

Индуктивность

генри

henry

Гн

H

Электрическая проводимость

сименс

siemens

См

S

Активность (радиоактивного источника)

беккерель

becquerel

Бк

Bq

Поглощённая доза ионизирующего излучения

грэй

gray

Гр

Gy

Эффективная доза ионизирующего излучения

зиверт

sievert

Зв

Sv

Активность катализатора

катал

katal

кат

ka

¹) – Шкалы Кельвина и Цельсия связаны между собой следующим образом: °C = K – 273,15

Кратные единицы – единицы, которые в целое число раз превышают основную единицу измерения некоторой физической величины.

Международная система единиц (СИ) рекомендует следующие десятичные приставки для обозначений кратных единиц:

Кратность

Приставка

Обозначение

русская

международная

русское

международное

101

дека

deca

да

da

102

гекто

hecto

г

h

103

кило

kilo

к

k

106

мега

Mega

М

M

109

гига

Giga

Г

G

1012

тера

Tera

Т

T

1015

пета

Peta

П

P

1018

экса

Exa

Э

E

1021

зетта

Zetta

З

Z

1024

йотта

Yotta

И

Y

Дольные единицы составляют определённую долю (часть) от установленной единицы измерения некоторой величины.

Международная система единиц (СИ) рекомендует следующие приставки для обозначений дольных единиц:

Дольность

Приставка

Обозначение

русская

международная

русское

международное

10-1

деци

deci

д

d

10-2

санти

centi

с

c

10-3

милли

milli

м

m

10-6

микро

micro

мк

µ (u)

10-9

нано

nano

н

n

10-12

пико

pico

п

p

10-15

фемто

femto

ф

f

10-18

атто

atto

а

a

10-21

зепто

zepto

з

z

10-24

йокто

yocto

и

y

в физике, в чем измеряется, какой буквой обозначается, формула

Подготовили для вас краткую статью о том, что такое давление, чтобы помочь разобраться и структурировать свои знания по этой теме.2} ).\)

Внесистемными единицами измерения данной величины являются мм рт.ст. (миллиметр ртутного столба), мм.в.ст. (миллиметр водяного столба), атмосфера, бар.

Общая формула 

Значение давления находится по формуле:

\(p=\frac{F}{S} ,\)

где \(F\) — сила, которая действует на поверхность, \(S\) — площадь этой поверхности.

Основываясь на формуле, можно сделать вывод о том, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, которое воздействует одной и той же силой на эту опору. Это отлично демонстрируется, когда человек на лыжах меньше проваливается в снег, чем тот, который передвигается без них.

Давление, которое производится на жидкость или газ, передается на любую точку равнонаправленно, то есть одинаково в каждом из направлений. Данное утверждение получило название закона Паскаля.

Формула гидростатического давления

Гидростатическое давление — это воздействие столба жидкости в состоянии равновесия на дно, а также стенки сосуда.

Важно понимать:

  • давление внутри жидкости на определенном уровне одинаково во всех направлениях. При увеличении глубины давление увеличивается;
  • давление столба жидкости не зависит от формы сосуда.

Давление жидкости на дно сосуда обуславливается плотностью жидкости, а также ее высотой столба. Измерить можно по формуле:

\(p = gρh\)

При данном расчете плотность \(ρ\) следует считать в килограммах на кубический метр, а высоту столба жидкости \(h\) — в метрах, \(g = 9,8 \frac{Н}{кг}\), тогда итог будет выражен в паскалях.

Парциальное давление и его формула

Парциальное давление — то, которое имел бы газ, который входит в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объем, который занимает объем смеси при той же температуре.

Давление отдельного газа из смеси находится по формуле:

\(p1 = x1p,\)

где \(p1\) — парциональное давление конкретного газа в газовой смеси, \(x1\) — мольная доля этого газа, а \(p\) — общее давление газовой смеси.

Также его можно найти следующим образом:

\(p1=\frac{h2RT}{V}\)

Здесь \(V\) — объем смеси, \(T\) — температура смеси.

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений каждого газа в смеси.

\(p = p1 + p2 + p3 … + p4\)

Формула давления идеального газа

Давление газа на стенки сосуда, а также на помещенное в него тело, возникает благодаря ударам молекул.

Для установления связи между объемом, давлением и температурой существует уравнение Клапейрона-Менделеева. Оно имеет вид:

\(pV=nRT\)

Здесь \(V\) — объем, \(R\) — газовая постоянная, равная \(8,31431 \frac{Дж}{моль\cdotК}\) , \(T\) — температура, \(n\) — количество молей газа.

Выводы на основе данного уравнения:

  • при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема — уменьшается при условии того, что масса и температура газа остаются неизменными;
  • давление газа в закрытом сосуде увеличивается при увеличении температуры газа.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории имеет вид:

\(p=\frac{2}{3}nEk\)

Сложно? Обращайтесь за помощью к нашим авторам. Для ФениксХелп нет ничего невозможного.

Вставка математических знаков – Word

Основные математические символы

Нет

Часто используемые математические символы, такие как > и <

Греческие буквы

Строчные буквы

Строчные буквы греческого алфавита

Прописные буквы

Прописные буквы греческого алфавита

Буквоподобные символы

Нет

Символы, которые напоминают буквы

Операторы

Обычные бинарные операторы

Символы, обозначающие действия над двумя числами, например + и ÷

Обычные реляционные операторы

Символы, обозначающие отношение между двумя выражениями, такие как = и ~

Основные N-арные операторы

Операторы, осуществляющие действия над несколькими переменными

Сложные бинарные операторы

Дополнительные символы, обозначающие действия над двумя числами

Сложные реляционные операторы

Дополнительные символы, обозначающие отношение между двумя выражениями

Стрелки

Нет

Символы, указывающие направление

Отношения с отрицанием

Нет

Символы, обозначающие отрицание отношения

Наборы знаков

Наборы знаков

Математический шрифт Script

Готические

Математический шрифт Fraktur

В два прохода

Математический шрифт с двойным зачеркиванием

Геометрия

Нет

Часто используемые геометрические символы

Что такое «сигма»? • Физика элементарных частиц • LHC на «Элементах»

Сигмой (σ) в статистическом анализе обозначают стандартное отклонение. Опуская тонкости, которые будут обсуждены ниже, можно сказать, что стандартное отклонение — это та погрешность, то «± сколько-то», которым обязательно сопровождают измерение величины. Если вы измерили массу предмета и получили результат 100 ± 5 грамм, то величина «110 грамм» отличается от измеренного результата на два стандартных отклонения (то есть на 2 сигмы), величина «50 грамм» отличается на 10 стандартных отклонений (на 10 сигм).

Зачем всё это нужно: сигмы и вероятности

При обсуждении погрешностей мы уже говорили, что фраза «измеренная масса равна 100 ± 5 грамм» вовсе не означает, что истинная масса гарантированно лежит в интервале от 95 до 105 грамм. Она может оказаться и за пределами этого интервала «± 1σ», но, как правило, недалеко. В небольшом проценте случаев может даже случиться, что она выходит за пределы интервала «± 2σ», и уж совсем редко она оказывается за пределами «± 3σ». В общем, тенденция ясна: количество сигм связано с вероятностью того, что истинное значение будет настолько отличаться от измеренного.

Пропустим все математические подробности и покажем результат для самого простого и распространенного случая, который называется «нормальное распределение» (см. рисунок). Вероятность попасть в интервал ± 1σ — примерно 68%, в интервал ± 2σ — примерно 95%, в интервал ± 3σ — примерно 99,8%, и т. д. Итак, можно сформулировать некую договоренность:

Договоренность: выражение какого-то отличия в количестве сигм — это сообщение о том, какова вероятность, что такое или еще более сильное отличие могло произойти за счет случайного стечения обстоятельств при измерении.

Использовать эту договоренность можно разными способами. Если вы просто сообщаете результат измерения (100 ± 5 грамм) и уверены в том, что нормальное распределение применимо, то вы можете сказать, что истинное значение массы с вероятностью 68% лежит в этом интервале, с вероятностью 95% лежит в интервале от 90 до 110 грамм, и т. д.

Вы можете также сравнивать результат вашего измерения с чужим измерением той же самой величины или с теоретическими расчетами. Вы видите, что числа отличаются, и хотите понять, имеете ли вы право утверждать, что между двумя результатами есть статистически значимое расхождение — то есть несогласие, которое нельзя списать на случайную статистическую флуктуацию в данных. Тогда утверждения звучат так:

  • Если отличие составляет меньше 1σ, то вероятность того, что два числа согласуются друг с другом, больше 32%. В таком случае просто говорят, что два результата совпадают в пределах погрешностей.
  • Если отличие составляет меньше 3σ, то вероятность того, что два числа согласуются друг с другом, больше 0,2%. В физике элементарных частиц такой вероятности недостаточно для каких-либо серьезных выводов, и принято говорить: различие между двумя результатами не является статистически значимым.
  • Если отличие от 3σ до 5σ, то это повод подозревать что-то серьезное. Впрочем, даже в этом случае физики говорят осторожно: данные указывают на существование различия между двумя результатами.
  • И только если два результата отличаются на 5σ или больше, физики четко заявляют: два результата отличаются друг от друга.

Эти выражения особенно стандартны, когда речь идет о поиске новой частицы. Вы сравниваете экспериментальные данные с теоретическим предсказанием, сделанным без новой частицы, и, если видите отличие от 3 до 5 сигм, вы говорите: получено указание на существование новой частицы (по-английски, evidence). Если же отличие превышает 5 сигм, вы говорите: мы открыли новую частицу (discovery).

«Уверенность» против «статистической значимости»

Заметьте, что в приведенных выше примерах нас интересовали вопросы, на которые можно ответить «да» или «нет». Проступает ли в полученных данных какая-то новая частица? Согласуется ли распределение по импульсу с теоретическими расчетами? Зависит ли сечение процесса от энергии столкновений? Совпадает ли масса у частицы и ее античастицы? Попытка ответить на эти вопросы с помощью данных называется на научном языке проверкой гипотез. Вопросы, которые требуют развернутого ответа (подсчитать что-то, объяснить что-то и т. п.), гипотезами не называются.

В простейшем приближении результат экспериментальной проверки гипотезы выглядит так: ответ «да» с вероятностью p и ответ «нет» с вероятностью 1 – p. Эти вероятности очень важны для сообщения результата; физики обычно избегают абсолютных утверждений («мы открыли» или «мы опровергли») без указания вероятностей.

Но тут сразу же надо сделать важное уточнение. Если его четко осознать, то станет понятным, почему такие стандартные для научно-популярных новостей фразы, как «Ученые на 99% уверены, что открыли что-то новое», — обманчивы.

Точная формулировка, которую обычно используют ученые, такова:

При проверке гипотезы получен ответ «да» на уровне статистической значимости p.

При этом величина p часто выражается в виде количества сигм. В англоязычной литературе используется словосочетание confidence level, CL (доверительный уровень). В русскоязычной еще иногда говорят «статистическая достоверность», но такое выражение может привести к путанице в понимании.

Отличие «популярной» фразы от истинного утверждения вот в чём. Во всяком измерении есть не только статистические, но и систематические погрешности. Описанные выше правила связи вероятностей и количества сигм работают только для статистических погрешностей — и то если к ним применимо нормальное распределение. Если статистические погрешности всегда можно обсчитать аккуратно, то систематические погрешности — это немножко искусство. Более того, из многолетнего опыта известно, что сильные систематические отклонения уж точно не описываются нормальным распределением, и потому для них эти правила пересчета не справедливы. Так что даже если экспериментаторы всё перепроверили много раз и указали систематическую погрешность, всегда остается риск, что они что-то упустили из виду. Корректно оценить этот риск невозможно, поэтому вы на самом деле не знаете, с какой истинной вероятностью ваш ответ верен.

Конечно, по умолчанию систематическим погрешностям стоит доверять, особенно если они исходят от опытных экспериментальных групп. Но вековой опыт изучения элементарных частиц показывает, что несмотря на все предосторожности регулярно случаются проколы. Бывает, что коллаборация получает результат, сильно противоречащий какой-то гипотезе, перепроверяет анализ много раз и никаких ошибок у себя не находит. Однако этот результат затем не подтверждается другими — порой намного более точными! — экспериментами. Почему первый эксперимент дал такой странный результат, что в нём было не то, где там ошибка или неучтенная погрешность — всё это зачастую так и остается непонятым (впрочем, иногда источник ошибки быстро вскрывается, как это случилось со «сверхсветовыми» нейтрино в эксперименте OPERA).

Физики к таким оборотам событий уже привыкли, поэтому каждый экспериментальный результат, сильно отличающийся от всей сложившейся к тому времени картины, вызывает оправданный скепсис. Физики так консервативны в своем отношении вовсе не потому, что они ретрограды и намертво уверовали в какую-то одну теорию, как это хотят представить опровергатели физики. Они просто научены всем предыдущим опытом в физике частиц и знают, чем это обычно кончается. Поэтому без независимого подтверждения другими экспериментами подобные сенсации они не поддерживают.

ФЭЧ в сравнении с другими науками

Надо сказать, что сформулированные выше жесткие критерии статистической достоверности характерны именно для физики элементарных частиц и некоторых смежных разделов. Во многих других разделах физики, а тем более в других дисциплинах (в особенности, в биомедицинских науках) критерии намного слабее.

Предположим, вы измерили некие данные и хотите узнать, какова вероятность того, что они «вписываются в норму». Вы проводите статистический тест, который дает вам вероятность того, что «нормальная ситуация» без какого-либо реального отклонения только за счет статистической флуктуации даст вот такое или еще более сильное отклонение. Эта вероятность называется p-значение. В биологии пороговое p-значение, ниже которого уже уверенно говорят про реальное отличие, составляет один или даже несколько процентов. В физике элементарных частиц такое отличие вообще не считают значимым, тут нет даже «указания на существование» какого-то отличия! Ответственное заявление об отличии звучит в ФЭЧ только для p-значений меньше одной двухмиллионной (то есть отклонение больше 5σ). Такой жесткий подход к достоверности утверждений выработался в ФЭЧ примерно полвека назад, в эпоху, когда экспериментаторы видели много отклонений со значимостью в районе 3σ и смело заявляли об открытии новых частиц, хотя потом эти «открытия» не подтверждались. Подробный рассказ об истоках этого критерия см. в постах Tommaso Dorigo (часть 1, часть 2).

Учебное пособие по физике: Напряженность электрического поля

В предыдущем разделе Урока 4 было введено понятие электрического поля. Было заявлено, что концепция электрического поля возникла в попытке объяснить силы, действующие на расстоянии. Все заряженные объекты создают электрическое поле, которое распространяется наружу в окружающее их пространство. Заряд изменяет это пространство, вызывая воздействие этого поля на любой другой заряженный объект, который входит в это пространство. Сила электрического поля зависит от того, насколько заряжен объект, создающий поле, и от расстояния до заряженного объекта.В этом разделе Урока 4 мы исследуем электрическое поле с числовой точки зрения – напряженность электрического поля .


Коэффициент силы на заряд

Напряженность электрического поля – векторная величина; он имеет как величину, так и направление. Величина напряженности электрического поля определяется способом ее измерения. Предположим, что электрический заряд можно обозначить символом Q .Этот электрический заряд создает электрическое поле; поскольку Q является источником электрического поля, мы будем называть его источником заряда . Сила электрического поля исходного заряда может быть измерена любым другим зарядом, помещенным где-то в его окрестностях. Заряд, который используется для измерения напряженности электрического поля, называется испытательным зарядом , поскольку он используется для проверки напряженности поля . Тестовый заряд имеет количество заряда, обозначенное символом q .При помещении в электрическое поле испытательный заряд испытывает электрическую силу – притягивающую или отталкивающую. Как это обычно бывает, эта сила будет обозначаться символом F . Величина электрического поля просто определяется как сила, приходящаяся на заряд испытательного заряда.

Если напряженность электрического поля обозначена символом E , то уравнение можно переписать в символической форме как

.

Стандартные метрические единицы напряженности электрического поля вытекают из его определения.Поскольку электрическое поле определяется как сила, приходящаяся на заряд, его единицами измерения будут единицы силы, разделенные на единицы заряда. В этом случае стандартными метрическими единицами измерения являются Ньютон / Кулон или Н / Кл.

В приведенном выше обсуждении вы заметите, что упоминаются два заряда – исходный заряд и тестовый заряд. Для встречи с отрядом всегда требовалось два заряда. В электрическом мире нужны двое, чтобы привлечь или оттолкнуть. Уравнение для напряженности электрического поля ( E ) имеет одну из двух величин заряда, перечисленных в нем.Поскольку задействованы два заряда, ученик должен быть предельно осторожным, чтобы использовать правильное количество заряда при вычислении напряженности электрического поля. Символ q в уравнении – это количество заряда тестового заряда (а не заряда источника). Напомним, что напряженность электрического поля определяется с точки зрения того, как она измеряется или проверяется; таким образом, тестовый заряд попадает в уравнение. Электрическое поле – это сила, приходящаяся на количество заряда на испытательном заряде .

Напряженность электрического поля не зависит от количества заряда в тестовом заряде. Если вы немного задумаетесь над этим утверждением, оно может вас обеспокоить. (Конечно, если вы вообще не думаете – никогда – ничто не беспокоит вас. Невежество – это блаженство.) В конце концов, количество заряда в тестовом заряде ( q ) находится в уравнении для электрического поля. Так как же напряженность электрического поля может не зависеть от q , если q входит в уравнение? Хороший вопрос.Но если вы подумаете над этим немного дольше, вы сможете ответить на свой вопрос. (Невежество может быть блаженством. Но немного подумав, вы можете достичь прозрения, состояния, которое намного лучше, чем блаженство.) Увеличение количества заряда в тестовом заряде – скажем, в 2 раза – увеличит знаменатель уравнения в 2 раза. Но согласно закону Кулона, больший заряд также означает большую электрическую силу ( F ). Фактически, двукратное увеличение q будет сопровождаться двукратным увеличением F .Таким образом, когда знаменатель в уравнении увеличивается в два (или три или четыре) раза, числитель увеличивается во столько же раз. Эти два изменения уравновешивают друг друга, так что можно с уверенностью сказать, что напряженность электрического поля не зависит от количества заряда на тестовом заряде. Таким образом, независимо от того, какой испытательный заряд используется, напряженность электрического поля в любом заданном месте вокруг источника заряда Q будет одинакова.

Другая формула напряженности электрического поля

Вышеупомянутое обсуждение относилось к определению напряженности электрического поля с точки зрения ее измерения.Теперь мы исследуем новое уравнение, которое определяет напряженность электрического поля в терминах переменных, которые влияют на напряженность электрического поля. Для этого нам придется вернуться к уравнению закона Кулона. Закон Кулона гласит, что электрическая сила между двумя зарядами прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами. Применительно к двум нашим зарядам – ​​исходному заряду ( Q ) и пробному заряду ( q ) – формулу для электрической силы можно записать как

Если выражение для электрической силы, заданное законом Кулона, заменить на силу в приведенном выше уравнении E = F / q, можно вывести новое уравнение, как показано ниже.

Обратите внимание, что приведенный выше вывод показывает, что испытательный сбор на был исключен как из числителя, так и из знаменателя уравнения. Новая формула для напряженности электрического поля (показанная внутри рамки) выражает напряженность поля в терминах двух переменных, которые на нее влияют. Напряженность электрического поля зависит от количества заряда источника ( Q ) и расстояния разделения ( d ) от источника заряда.

Закон обратных квадратов

Как и все формулы в физике, формулы для напряженности электрического поля могут использоваться для алгебраического решения физических задач со словом.И, как и все формулы, эти формулы напряженности электрического поля также можно использовать для направления наших размышлений о том, как изменение одной переменной может (или не может) повлиять на другую переменную. Одной из особенностей этой формулы напряженности электрического поля является то, что она иллюстрирует обратную квадратичную зависимость между напряженностью электрического поля и расстоянием. Напряженность электрического поля, создаваемого зарядом источника Q , обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника. Это известно как закон обратных квадратов .2).

Используйте этот принцип обратной квадратичной зависимости между напряженностью электрического поля и расстоянием, чтобы ответить на первые три вопроса в разделе «Проверьте свое понимание» ниже.

Повторение аналогии с вонючим полем

В предыдущем разделе Урока 4 была представлена ​​несколько грубая, но поучительная аналогия – аналогия с вонючим полем. Аналогия сравнивает понятие электрического поля, окружающего исходный заряд, с вонючим полем, окружающим вонючий подгузник младенца.Подобно тому, как каждый вонючий подгузник создает неприятное поле, каждый электрический заряд создает электрическое поле. А если вы хотите узнать силу вонючего поля, вы просто используете вонючий детектор – нос, который (насколько я знаю) всегда отталкивающе реагирует на вонючий источник. Точно так же, если вы хотите узнать силу электрического поля, вы просто используете детектор заряда – тестовый заряд, который будет реагировать притягивающим или отталкивающим образом на исходный заряд. И, конечно, сила поля пропорциональна воздействию на детектор.Более чувствительный детектор (лучший носик или более заряженный тестовый заряд) ощутит эффект более интенсивно. Тем не менее, напряженность поля определяется как влияние (или сила) на чувствительность детектора; таким образом, напряженность поля вонючего подгузника или электрического заряда не зависит от чувствительности детектора.

Если вы измеряете вонючее поле подгузника, имеет смысл только то, что на него не повлияет то, насколько вы вонючий. Человек, измеряющий силу вонючего поля подгузника, может создать собственное поле, сила которого зависит от того, насколько он вонючий.Но поле этого человека не следует путать с вонючим полем подгузника. Вонючее поле подгузника зависит от того, насколько вонючий подгузник. Точно так же сила электрического поля исходного заряда зависит от того, насколько заряжен исходный заряд. Кроме того, как и в случае с вонючим полем, наше уравнение электрического поля показывает, что по мере того, как вы приближаетесь к источнику поля, эффект становится все больше и больше, а напряженность электрического поля увеличивается.

Аналогия с вонючим полем оказывается полезной для передачи как концепции электрического поля, так и математики электрического поля.Концептуально он иллюстрирует, как источник поля может влиять на окружающее пространство и оказывать влияние на чувствительные детекторы в этом пространстве. И математически он показывает, как сила поля зависит от источника и расстояния от источника и не зависит от каких-либо характеристик, связанных с детектором.

Направление вектора электрического поля

Как упоминалось ранее, напряженность электрического поля является векторной величиной.В отличие от скалярной величины, векторная величина не описывается полностью, если с ней не связано направление. Величина вектора электрического поля рассчитывается как сила, приходящаяся на заряд любого заданного испытательного заряда, находящегося в пределах электрического поля. Сила на испытательном заряде могла быть направлена ​​либо на исходный заряд, либо прямо от него. Точное направление силы зависит от того, имеют ли пробный заряд и исходный заряд заряд одного и того же типа (при котором происходит отталкивание) или противоположного типа заряда (при котором происходит притяжение).Чтобы решить дилемму, направлен ли вектор электрического поля к источнику заряда или от него, было принято соглашение. Согласно всемирному соглашению, которое используется учеными, направление вектора электрического поля определяется как направление, в котором положительный тестовый заряд толкается или вытягивается в присутствии электрического поля. Используя условное обозначение положительного тестового заряда, каждый может согласовать направление E .

Учитывая это соглашение о положительном испытательном заряде, можно сделать несколько общих выводов о направлении вектора электрического поля.Положительный заряд источника создает электрическое поле, которое оказывает отталкивающее действие на положительный испытательный заряд. Таким образом, вектор электрического поля всегда будет направлен от положительно заряженных объектов. С другой стороны, положительный тестовый заряд будет притягиваться к отрицательному заряду источника. Следовательно, векторы электрического поля всегда направлены в сторону отрицательно заряженных объектов. Вы можете проверить свое понимание направлений электрического поля, ответив на вопросы 6 и 7 ниже.

Хотим предложить… Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения «Положите заряд в цель» и / или интерактивного интерфейса «Электростатические пейзажи». Оба интерактивных компонента можно найти в разделе Physics Interactives на нашем веб-сайте. Оба Interactives предоставляют увлекательную среду для изучения электрических полей и действий на расстоянии.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Заряд Q действует как точечный заряд, создавая электрическое поле. Его сила, измеренная на расстоянии 30 см, составляет 40 Н / К. Какова величина напряженности электрического поля, которую вы ожидаете измерить на расстоянии…

а. На расстоянии 60 см?

г. 15 см?

г. На расстоянии 90 см?

г. На расстоянии 3 см?

г. На расстоянии 45 см?


2. Заряд Q действует как точечный заряд, создавая электрическое поле. Его сила, измеренная на расстоянии 30 см, составляет 40 Н / К.Какой была бы напряженность электрического поля …

а. 30 см от источника с зарядом 2Q?

г. 30 см от источника с зарядом 3Q?

г. На расстоянии 60 см от источника с зарядом 2Q?

г. 15 см от источника с зарядом 2Q?

e. 150 см от источника с зарядом 0.5Q?

3. Используйте свои знания о напряженности электрического поля, чтобы заполнить следующую таблицу.

4. В приведенной выше таблице найдите по крайней мере две строки, которые иллюстрируют, что напряженность вектора электрического поля равна …

а. напрямую связано с количеством начислений по исходному начислению ( Q ).

г. обратно пропорционально квадрату разделительного расстояния ( d ).

г. независимо от количества заряда тестового заряда ( q ).


5. Следующая единица определенно не является стандартной единицей для выражения величины напряженности электрического поля.

кг • м / с 2 / C

Однако это может быть приемлемой единицей для E . Используйте анализ единиц измерения, чтобы определить, является ли вышеуказанный набор единиц приемлемой единицей измерения напряженности электрического поля.


6.Замечено, что воздушный шар A заряжен отрицательно. Воздушный шар B оказывает отталкивающее действие на воздушный шар A. Будет ли вектор электрического поля, созданный воздушным шаром B, быть направлен к B или от B? ___________ Объясните свои рассуждения.


7. Отрицательный заряд источника ( Q ) показан на диаграмме ниже. Этот исходный заряд может создавать электрическое поле. Обозначены различные места в поле.Для каждого местоположения нарисуйте вектор электрического поля в соответствующем направлении с соответствующей относительной величиной. То есть нарисуйте длину вектора E длинной, если величина большая, и короткой, где величина мала.


Веб-сайт Open Door: IB Физика: СИЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Сила Действие Между двумя электрическими зарядами: закон Кулона
Сила между двумя зарядами равна непосредственно пропорционально их величине и обратно пропорционально на квадрат расстояния между ними.
Математически мы запишем это как
и сложив два утверждения вместе, мы получим
Значение константы зависит от среды , в которой находятся заряды
По причинам стандартизации физических формул * константа написана несколько неожиданным образом.
Записывается как
где ε – константа, характеризующая среду. Он называется . диэлектрическая проницаемость среды.
Таким образом, имеем
Принимая во внимание единицы других величин в Из приведенного выше уравнения мы видим, что единицы диэлектрической проницаемости должны быть N -1 C 2 м -2
Однако такая комбинация единиц обычно записывается в фарадах на метр, Fm -1 (где 1F = 1VC -1 )
Если «среда» – это вакуум, то символ ε o .Значение из ε o равно 8,8510 -12 FM -1
* Было решено, что уравнения, описывающие ситуации где есть сферическая симметрия, как в этом случае, (где возможно) имеют член 4π в их. Аналогично, если есть цилиндрическая симметрия, 2π появляется.
Относительная диэлектрическая проницаемость (или диэлектрическая постоянная)
Диэлектрическая проницаемость материала всегда больше чем диэлектрическая проницаемость пустого пространства.
Относительная диэлектрическая проницаемость материала – это отношение от его абсолютной диэлектрической проницаемости до диэлектрической проницаемости пустого пространства
и это, конечно, число без единиц (является соотношением двух величин, имеющих одинаковые единицы измерения).
Напряженность электрического поля, E
Напряженность электрического поля при точка в электрическом поле – это сила на единицу заряда воздействуя на небольшой положительный испытательный заряд , помещенный в этот точка.
(Вы можете увидеть немного другое определение: ” сила, действующая на единичный положительный заряд ».
Это сводится к то же самое, конечно, но приведенное выше определение пытается быть немного более “практичный” … основная единица заряда, кулон, это очень большое количество заряда.)
В качестве уравнения это определение
Агрегаты E поэтому NC -1 и смысл E определяется как сила, действующая на положительный заряд (как указано в определении).”+” Добавляется к уравнению здесь как напоминание об этом факте, но обычно его упускают.
Из определения должно быть ясно, что E – это вектор , величина .
Напряженность электрического поля на расстоянии r от Точечный заряд величины, Q
Для расчета напряженности поля в точке p представьте себе 1С (положительный) заряд должен быть помещен в p, а затем использовать закон Кулона.
Таким образом, имеем

Elasticity – The Physics Hypertextbook

Обсуждение

основы

Эластичность – это свойство твердых материалов возвращаться к своей первоначальной форме и размеру после устранения деформирующих их сил. Вспомните закон Гука – впервые официально сформулированный Робертом Гук в Истинная теория упругости или упругости (1676)…

uttensio, sic vis

, что буквально можно перевести как…

Как расширение, так и сила.

или официально переведен на…

Вытягивание прямо пропорционально силе.

Скорее всего, мы заменим слово «расширение» на символ (∆ x ), «сила» на символ ( F ), а «прямо пропорционально» на знак равенства (=) и константа пропорциональности ( k ), тогда, чтобы показать, что упругий объект пытается вернуться в исходное состояние, мы добавим знак минус (-). Другими словами, мы бы записали уравнение…

F = – k x

Это закон Гука для пружины – простого объекта, который по сути одномерный.Закон Гука можно обобщить до…

Напряжение пропорционально деформации.

, где деформация относится к изменению некоторого пространственного измерения (длины, угла или объема) по сравнению с его исходным значением, а напряжение относится к причине изменения (сила, приложенная к поверхности).

Коэффициент, который связывает конкретный тип напряжения с возникающей деформацией, называется модулем упругости (множественное число, модули). Модули упругости – это свойства материалов, а не объектов.Есть три основных типа напряжения и три связанных модуля.

Модули упругости
модуль
(символы)
напряжение
(обозначение)
штамм
(символ)
конфигурация
изменить
Янг
( E или Y )
перпендикулярно противоположным граням (σ) длина
ε = ∆ℓ / ℓ 0
длиннее и тоньше или короче и толще
ножницы
( G или S )
по касательной к противоположным граням (τ) касательная
γ = ∆ x / y
прямоугольников становятся параллелограммами
навалом
( K или B )
нормально ко всем сторонам, давление ( P ) объем
θ = ∆ V / V 0
объем меняется, а форма не

Международные стандартные символы для модулей являются производными от соответствующих неанглийских слов – E для élasticité (французское слово «эластичность»), G для glissement (французское для скольжения) и K для . компрессия (нем. компрессия).Некоторые американские учебники решили порвать с традициями и использовать первую букву каждого модуля на английском языке – Y для Юнга, S для сдвига и B для пухлости.

Напряжения в твердых телах всегда описываются как сила, деленная на площадь. Направление сил может измениться, а единицы – нет. Единица измерения напряжения в системе СИ – ньютон на квадратный метр , которому присвоено специальное название паскаль в честь Блеза Паскаля (1623–1662), французского математика (треугольник Паскаля), физика (принцип Паскаля), изобретателя (принцип Паскаля). калькулятор) и философ (пари Паскаля).



Па = N

м 2

Штаммы всегда безразмерны.

Единицы напряжения
вид деформации наименование символа определение Блок СИ
линейный эпсилон ε = ∆ℓ / ℓ 0 м / м = 1
ножницы гамма γ = ∆ x / y м / м = 1
объем тета θ = ∆ V / V 0 м 3 / м 3 = 1

Это означает, что паскаль также является единицей СИ для всех трех модулей.

напряжение = модуль × штамм
[ Па = Па × 1 ]

отказ – вариант

  • предел упругости, предел текучести
  • предел прочности, предел прочности
  • Прочность материала – это мера его способности выдерживать нагрузку без разрушения.
  • Banerjee, et al. показывают, что когда иглы из монокристаллического алмаза в нанометровом масштабе упруго деформируются, они выходят из строя при максимальной локальной прочности на разрыв от ~ 89 до 98 ГПа.
  • Экспериментальные результаты и расчеты ab initio показывают, что модуль упругости углеродных нанотрубок и графена приблизительно равен 1 ТПа.
  • Напротив, заявленная прочность на разрыв объемного кубического алмаза составляет <10 ГПа

Модуль Юнга

Представьте себе кусок теста.Растяните это. Становится длиннее и тоньше. Раздавите это. Он становится короче и толще. А теперь представьте кусок гранита. Проведите тот же мысленный эксперимент. Изменение формы обязательно должно произойти, но невооруженным глазом незаметно. Некоторые материалы довольно легко растягиваются и сжимаются. Некоторые этого не делают.

Величина, которая описывает реакцию материала на напряжения, приложенные перпендикулярно противоположным граням, называется модулем Юнга в честь английского ученого Томаса Янга (1773–1829). Янг был первым, кто определил работу как продукт замещения силы, первым использовал слово энергия в его современном смысле и первым показал, что свет – это волна.Он не был первым, кто количественно оценил сопротивление материалов растяжению и сжатию, но он стал самым известным ранним сторонником модуля, который теперь носит его имя. Янг не назвал модуль в честь себя. Он назвал это модулем упругости . Символ модуля Юнга обычно E от французского слова élasticité (эластичность), но некоторые предпочитают Y в честь ученого.

Модуль Юнга

определяется для всех форм и размеров по одному и тому же правилу, но для удобства представим стержень длиной 0 и площадью поперечного сечения A , растянутый силой F до новой длины ℓ 0 + ∆ℓ.

Растягивающее напряжение – это внешняя нормальная сила на площадь (σ = F / A ), а деформация растяжения – частичное увеличение длины стержня (ε = ∆ℓ / ℓ 0 ). Константа пропорциональности, которая связывает эти две величины вместе, представляет собой отношение растягивающего напряжения к растягивающей деформации – модуль Юнга .

То же соотношение справедливо и для сил в противоположном направлении; то есть напряжение, которое пытается сократить объект.

Заменить прилагательное “растяжение” на “сжатие”. Нормальная сила на площадь, направленная внутрь (σ = F / A ), называется напряжением сжатия , а частичное уменьшение длины (ε = ∆ℓ / ℓ 0 ) называется деформацией сжатия . Это делает модуль Юнга отношением сжимающего напряжения к сжимающей деформации. Прилагательное могло быть изменено, но математическое описание – нет.

Единицы измерения модуля Юнга в системе СИ: паскаль [Па]…



N = Па кв.м.

A кв.м.

, но для большинства материалов более подходит гигапаскаль [ГПа].

1 ГПа = 10 9 Па

Коэффициент Пуассона

Растяжение и сжатие – противоположные типы линейной деформации. Продлить – значит стать длиннее. Сокращение означает стать короче. Когда материал растягивается или сжимается под действием линейного напряжения в одном направлении (называемом осью x ), обратная деформация обычно имеет место в перпендикулярных направлениях (оси y и z ). Направление линейного напряжения называется осевым направлением .Все направления, перпендикулярные этому направлению, называются поперечными направлениями .

Осевое разгибание обычно сопровождается поперечным сокращением. Растягивание теста делает его тоньше и длиннее. Так делают китайскую лапшу, вытянутую вручную (拉面, la mian ). Точно так же осевое сокращение обычно сопровождается поперечным растяжением. Если кусок теста расплющить, он станет шире, длиннее и тоньше. Так делают итальянскую свежую пасту ( pasta fresca ).

Отношение поперечной деформации к осевой деформации известно как коэффициент Пуассона (ν) в честь его изобретателя, французского математика и физика Симеона Пуассона (1781–1840). Отрицательный знак необходим, чтобы показать, что изменения обычно противоположного типа (+ растяжение против – сужение). Если придерживаться традиции, согласно которой x – это осевое направление, а y и z – поперечные направления, то коэффициент Пуассона можно записать как…

ν = – y / y 0 = – z / z 0
x / x 0 x / x 0

Символ, который, к сожалению, похож на латинскую букву v (vee), на самом деле является греческой буквой ν (nu), которая связана с латинской буквой n (en).

v ν n
Латинское «vee»
скорость
Греческое “nu”
Коэффициент Пуассона
Латинское “en”
число

Типичные значения коэффициента Пуассона находятся в диапазоне от 0,0 до 0,5. Пробка является примером материала с низким коэффициентом Пуассона (почти нулевым). Когда в винную бутылку вставляют пробку, она становится короче, но не толще. (Есть некоторая осевая деформация, но практически отсутствует поперечная.) Резина, с другой стороны, имеет высокий коэффициент Пуассона (почти 0,5). Когда резиновую пробку вставляют в колбу с химическим веществом, она становится короче на определенную величину и шире почти вдвое. (Осевая деформация сопровождается большой поперечной деформацией.) Пробки можно толкать в бутылки с помощью молотка. Забить резиновую пробку в стеклянную колбу молотком, скорее всего, закончится катастрофой.

Удивительно, но возможны и отрицательные коэффициенты Пуассона. Такие материалы называются ауксетическими .Они увеличиваются в поперечном направлении при растяжении и уменьшаются при сжатии. Большинство ауксетичных материалов представляют собой полимеры с мятой пенистой структурой. Вытягивание пены вызывает разворачивание складок и расширение всей сети в поперечном направлении.

Одноосные свойства выбранных материалов (ГПа)
материал модуль упругости
Янга
на сжатие
прочность
растяжение
прочность
алюминий 70 0.040
морковь, свежая 0,00136 0,000504
морковь, хранится 1 неделя 0,00103 0,000507
бетон 17 0,021 0,0021
бетон высокопрочный 30 0,040
медь 130 0.22
кость компактная 18 0,17 0,12
кость губчатая 76 0,0022
латунь 110 0,25
алмаз 1100
стекло 50–90 0,050
гранит 52 0.145 0,0048
золото 74
утюг 210
мрамор 0,015
зефир 0,000029
никель 170
нейлон 2–4 0.075
дуб 11 0,059 0,12
пластик, ♳ ПЭТ 2,0–2,7 0,055
пластик, ♴ HDPE 0,80 0,015
пластик, ♵ ПВХ
пластик, ♶ LDPE
пластик, ♷ PP 1.5–2,0 0,040
пластик, ♸ PS 3,0–3,5 0,040
плутоний 97
фарфор 0,55 0,0055
кремний 110
карбид кремния 450
сталь, нержавеющая 0.86
сталь конструкционная 200 0,40 0,83
сталь высокопрочная 0,76
резина 0,01–0,10 0,0021
банка 47
титан 120
вольфрам 410
карбид вольфрама 500
уран 170

Модуль сдвига

Сила, прикладываемая по касательной (или поперек, или сбоку) к поверхности объекта, называется напряжением сдвига.Возникающая в результате деформация называется деформацией сдвига. Приложение напряжения сдвига к одной грани прямоугольной коробки сдвигает эту сторону в направлении, параллельном противоположной грани, и изменяет прилегающие грани с прямоугольников на параллелограммы.

Коэффициент, который связывает напряжение сдвига (τ = F / A ) к деформации сдвига (γ = ∆ x / y ), называется модулем сдвига , модулем жесткости , или Кулоновский модуль .Обычно он представлен символом G от французского слова glissement (скользящий), хотя некоторые предпочитают использовать вместо этого S от английского слова shear.

Жидкости (жидкости, газы и плазма) не могут сопротивляться напряжению сдвига. Они скорее текут, чем деформируются. Величина, которая описывает, как текучие среды текут в ответ на напряжения сдвига, называется вязкостью и рассматривается в других частях этой книги.

Их неспособность к сдвигу также означает, что жидкости непрозрачны для поперечных волн, таких как вторичные волны землетрясения (также известные как поперечные волны или s-волны ).Жидкое внешнее ядро ​​Земли было обнаружено по тенью s-волны, которую она отбрасывала на сети сейсмометров. Типы волн обсуждаются в других разделах этой книги.

Жидкости могут противостоять нормальному стрессу. Это означает, что жидкости и газы прозрачны для первичных волн землетрясения (также известных как волны давления или p-волны ). Твердое внутреннее ядро ​​Земли было обнаружено в сигналах p-волны, которые прошли весь путь от одной стороны Земли через жидкое внешнее ядро ​​к другой стороне.Также слышны зубцы P. Вы можете услышать их, когда они передаются в воздух.

Сопротивление материала нормальному напряжению описывается модулем объемного сжатия, который является следующей темой в этом разделе.

Сдвиговые свойства выбранных материалов (ГПа)
материал сдвиг
модуль
сдвиг
прочность
алюминий
бетон
бетон высокопрочный
медь
кость компактная
кость губчатая
латунь
алмаз
стекло
гранит
золото
утюг
мрамор
зефир
никель
нейлон
дуб
пластик, ♳ ПЭТ
пластик, ♴ HDPE
пластик, ♵ ПВХ
пластик, ♶ LDPE
пластик, ♷ PP
пластик, ♸ PS
плутоний
фарфор
кремний
карбид кремния
сталь, нержавеющая
сталь конструкционная
сталь высокопрочная
резина
банка
титан
вольфрам
карбид вольфрама
уран

Модуль объемной упругости

Сила, приложенная равномерно к поверхности объекта, будет равномерно сжимать его.Это изменяет объем объекта без изменения его формы.

Напряжение в этом случае просто описывается как давление ( P = F / A ). Результирующая объемная деформация измеряется по частичному изменению объема (θ = ∆ V / V 0 ). Коэффициент, который связывает напряжение с деформацией при равномерном сжатии, известен как модуль объемной упругости или модуль сжатия .Его традиционный символ – K от немецкого слова kompression (сжатие), но некоторым нравится использовать B от английского слова bulk, которое является другим словом для обозначения объема.

Модуль объемной упругости – это свойство материалов в любой фазе, но чаще обсуждают модуль объемной упругости для твердых тел, чем для других материалов. У газов есть объемный модуль, который изменяется в зависимости от начального давления, что делает его более важным для термодинамики, в частности, для газовых законов.

Обратный модуль объемного сжатия называется сжимаемостью .Его символ обычно β (бета), но некоторые люди предпочитают κ (каппа). Материал с высокой сжимаемостью испытывает большое изменение объема при приложении давления.

Единица сжимаемости в системе СИ – это обратный паскаль [Па -1 ].

Объемные свойства выбранных материалов (ГПа)
материал объемный
модуль
материал объемный
модуль
алюминий пластик, ♳ ПЭТ
морковь, свежая пластик, ♴ HDPE
морковь, хранится 1 неделя пластик, ♵ ПВХ
бетон пластик, ♶ ПВД
бетон высокопрочный пластик, ♷ ПП
медь пластик, ♸ PS
кость компактная плутоний
кость губчатая фарфор
латунь кремний
алмаз карбид кремния
стекло сталь, нержавеющая
гранит сталь конструкционная
золото Сталь , высокопрочная
утюг резина
мрамор банка
зефир титан
никель вольфрам
нейлон карбид вольфрама
дуб уран

масштабирование

  • без гигантских животных
  • площадь поверхности пропорциональна длине 2
  • масса и объем пропорциональны длине 3
  • BMR пропорционален массе 3/4
  • напряжение пропорционально длине (закон Гука)
  • давление пропорционально длине 2 (растяжение желудка, мочевого пузыря)

поверхностное натяжение

поверхностное натяжение для выбранных жидкостей T ~ 300 K, если не указано иное
материал поверхностное натяжение (мН / м)
спирт этиловый (зерновой) 22.3
спирт изопропиловый (15 ° C) 21,8
спирт метиловый (дерево) 22,6
галлий (30 ° C) 500
молоко сырое 1-2
молоко гомогенизированное 3–4
вода чистая 72,8
вода, мыльная 25–45

Капиллярность

  • Средний диаметр капилляров составляет около 20 мкм, хотя некоторые из них имеют диаметр всего 5 мкм.На 1 кг мышцы приходится около 190 км капилляров, площадь поверхности капилляров на 1 кг мышцы составляет около 12 м 2 .

Стандартная модель | ЦЕРН

Силы и частицы носителя

Во Вселенной действуют четыре фундаментальные силы: сильная, слабая, электромагнитная и гравитационная. Они работают в разных диапазонах и имеют разные сильные стороны. Гравитация самая слабая, но у нее бесконечный диапазон.Электромагнитная сила также имеет бесконечный диапазон, но она во много раз сильнее силы тяжести. Слабые и сильные взаимодействия эффективны только в очень коротком диапазоне и доминируют только на уровне субатомных частиц. Несмотря на свое название, слабая сила намного сильнее гравитации, но действительно самая слабая из трех других. Сильное взаимодействие, как следует из названия, является самым сильным из всех четырех фундаментальных взаимодействий.

Три фундаментальные силы возникают в результате обмена частицами-носителями силы, которые принадлежат к более широкой группе, называемой «бозонами».Частицы вещества передают дискретное количество энергии, обмениваясь бозонами друг с другом. Каждой фундаментальной силе соответствует свой собственный бозон – сильная сила переносится «глюоном», электромагнитная сила переносится «фотоном», а «W- и Z-бозоны» ответственны за слабую силу. Хотя еще не найдено, «гравитон» должен быть соответствующей частицей гравитации, несущей силу. Стандартная модель включает электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия и все их частицы-носители и хорошо объясняет, как эти силы действуют на все частицы материи.Однако самая известная сила в нашей повседневной жизни, гравитация, не является частью Стандартной модели, так как удобное включение гравитации в эту структуру оказалось сложной задачей. Квантовая теория, используемая для описания микромира, и общая теория относительности, используемая для описания макромира, трудно вписать в единую структуру. Никому не удалось сделать эти два математически совместимыми в контексте Стандартной модели. Но, к счастью для физики элементарных частиц, когда дело доходит до мельчайших масштабов частиц, эффект гравитации настолько слаб, что им можно пренебречь.Только когда материя находится в большом объеме, например, в масштабе человеческого тела или планет, преобладает влияние гравитации. Таким образом, Стандартная модель по-прежнему работает хорошо, несмотря на то, что она неохотно исключает одну из фундаментальных сил.

напряженность гравитационного поля

напряженность гравитационного поля

Глоссарий по физике BSL – напряженность гравитационного поля – определение

Это способ измерения силы тяжести.Формула: вес / масса = напряженность гравитационного поля.

Напряженность гравитационного поля = Вес / единица массы Н / кг

Вес = масса x единица напряженности гравитационного поля N

На Земле напряженность гравитационного поля составляет 10 Н / кг. Другие планеты имеют другую напряженность гравитационного поля. У Луны есть сила гравитационного поля 1,6 Н / кг. Возможно, вы видели фильмы о космонавтах, высоко прыгающих на Луну.

Здесь, на Земле, если я прыгну, гравитация прижмет меня к земле.Какой у меня вес? Моя масса 80 кг, и если мы умножим на напряженность гравитационного поля (10 Н / кг), то мой вес будет 800 Н. Теперь, если я пойду на Луну, моя масса будет такой же, 80 кг. Мы умножаем это на напряженность гравитационного поля Луны, которая составляет 1,6 Н / кг. Это означает, что мой вес на Луне составляет 128 Н. Так что у меня разные веса на Земле и на Луне. Вот почему астронавты могут высоко подпрыгивать на Луне – там им легче.

Юпитер – очень большая планета с сильным гравитационным полем 25 Н / кг.Мое тело 80 кг. Если я пойду на Юпитер, мой вес будет 25 x 80 = 2 000 Н. Это означает, что я не смогу оторваться от земли или встать прямо! Я бы, наверное, все время там лежал. Так что вес варьируется в зависимости от того, на какой планете вы находитесь. Вы можете узнать больше сами, посмотрев таблицы веса на разных планетах.

http://en.wikibooks.org/wiki/Wikijunior:Solar_System/About_gravity,_mass,_and_weight

Гравитация и космос – Повествование о физике

Падение с той же скоростью

Одним из последствий жизни в гравитационном поле, где сила, действующая на объект, зависит от его массы, является то, что все объекты падают с одинаковой скоростью, при условии, что не действуют никакие другие силы.

Широко известный пример этого произошел в 1971 году, когда астронавт Аполлона-15 Дэйв Скотт уронил молот и перо на поверхность Луны.

Отсутствие атмосферы на Луне создало идеальные условия для подтверждения того, что Галилей ожидал столетия назад. Молот и перо упали вместе и одновременно ударились о поверхность Луны, и Дэйв Скотт смог доложить:

Как насчет этого, это доказывает, что г-н Галилей был прав в своих выводах.

Здесь на поверхности Земли действует другая сила – сопротивление воздуха. Это оказывает значительное влияние на легкие объекты (например, куски папиросной бумаги или перья) и уравновешивает гравитационную силу на относительно низких скоростях. В результате большинство людей, в том числе большинство детей, считают, что более тяжелые предметы падают быстрее, что верно, если есть эффект сопротивления воздуха, и неверно, если этот эффект устранен или минимизирован (как на Луне).

скачать клип для просмотра

Откуда мы знаем, что объекты разной массы падают с одинаковой скоростью?

Во-первых, легко повторить эксперимент, который, как предполагается, провел Галилей, сбросив мушкетное ядро ​​и пушечное ядро ​​с Пизанской башни.

Для наглядной демонстрации этого вы можете попробовать уронить дыню и персик одновременно с крыши школы или из окна верхнего этажа.

Для менее зрелищной демонстрации попробуйте уронить связку ключей и лист бумаги формата А4. Естественно, ключи попадают туда первыми. Теперь повторите этот процесс, но на этот раз скомкайте лист бумаги. По крайней мере, половина класса не поверит своим глазам.

Подход через диалог

Галилей использовал альтернативный подход, чтобы аргументировать это дело, используя мысленный эксперимент, в котором участвуют два персонажа.Симпличио характеризуется как довольно простой или тупой, в то время как Сальвиатти немного всезнайка.

Сальвиатти просит Симпличио рассмотреть два шара, один тяжелее другого, и спрашивает:

Сальвиатти: Что упадет быстрее?

Simplicio заявляет, что он будет тяжелее. Затем Сальвиатти ставит следующую загадку.

Сальвиатти: Но если мы свяжем их вместе, больший камень будет замедляться меньшим, а меньший камень будет ускоряться большим, не так ли?

Симпличио: Да.

Сальвиатти: Но это означает, что их совместная скорость меньше, чем скорость самого большого камня. Тем не менее, связанные вместе, они имеют даже большую массу, чем более крупный камень, что означает, что они должны двигаться быстрее. Не должны ли они?

Этот разговор показывает, что идея о том, что более тяжелые предметы падают быстрее, просто логически непоследовательна, и загадка раскрывает слабость этой теории.

Если все падает с одинаковой скоростью, несоответствия нет.

Насколько силен Кинг-Конг? И мог ли он даже встать?

Пришло время Годзиллы против Конга – классической битвы между двумя невероятно гигантскими существами. Я видел только трейлер, и это похоже на забавный фильм. Но фильмы не только для развлечения, они еще и по физике. В частности, это отличный шанс рассмотреть физику масштаба – что происходит, когда мы превращаем маленькие вещи в большие? Например, что произойдет, если вы возьмете нормальную гориллу и превратите ее в гигантскую гориллу, а затем назовете ее Кинг-Конг?

Насколько высок Конг?

Если мы хотим увидеть, что происходит, когда у вас есть гигантская горилла, первое, что нужно знать, – это выяснить, насколько она высока.Конечно, я мог бы просто где-нибудь найти эту ценность – но это не весело. Вместо этого я хочу посмотреть, смогу ли я оценить его размер, основываясь только на том, что я вижу из трейлера. Мне нравится использовать трейлер. Это вроде как настоящая наука. Иногда вам приходится изо всех сил пытаться получить хорошие данные, а иногда, бум, они просто есть. В этом случае мне повезло. Есть снимок Конга и Годзиллы, стоящих на авианосце. Предполагая, что это авианосец класса Нимиц, я могу использовать его размер (около 330 метров) для измерения Конга.

Иллюстрация: WIRED Staff; Warner Bros. Pictures

Это дает приблизительную высоту 102 метра – поскольку это всего лишь приблизительная оценка, я собираюсь использовать 100 метров. О, похоже, хвост Годзиллы составляет около 110 метров в длину. Вот это да.

Сколько он весит?

Хорошо, мне нужно еще одно предположение. Допустим, Конг сделан из того же материала, что и горилла обычного размера. Я также предполагаю, что Конг имеет ту же базовую форму, что и нормальная горилла – вы знаете, у обоих животных ноги имеют одинаковое отношение к их общей высоте, а ширина их рук по сравнению с общей высотой одинакова.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *