¿El efecto de la fuerza es instantáneo?
¿El efecto de la fuerza es instantáneo? La fuerza puede cambiar la forma de un objeto. La acción de la fuerza es también uno de los conceptos básicos de la mecánica elemental y también puede cambiar el estado de movimiento de un objeto. ¿Pero es instantáneo el efecto de la fuerza? vamos a ver.
¿El efecto de la fuerza es instantáneo? 1No, la fuerza se puede dividir en acción a larga distancia y acción a corta distancia. Las acciones a distancia son instantáneas, las acciones a corta distancia no lo son. Por ejemplo, la tercera ley de Newton no se aplica a la interacción entre cargas en movimiento, porque la fuerza de Coulomb entre ellas no es una interacción a distancia.
La fuerza tiene dos funciones: cambiar el estado de movimiento de un objeto y cambiar la velocidad o dirección del movimiento. La acción de la fuerza está relacionada con la magnitud, dirección y punto de acción de la fuerza, los cuales se denominan los tres elementos de la fuerza. Cuando hay una fuerza fuerte en la dirección de la velocidad, por supuesto, la velocidad de la fuerza cambia. Asimismo, cuando la fuerza es perpendicular a la dirección de la velocidad, no hay fuerza en la dirección de la velocidad, por lo que la velocidad no cambia.
Pero debido a que existe una fuerza vertical, que puede considerarse como una fuerza centrípeta, el objeto realizará un movimiento circular alrededor de la dirección tangente de la fuerza, cambiando la dirección de la velocidad. Por ejemplo, la fuerza gravitacional entre la Tierra y el Sol puede considerarse como una fuerza perpendicular a la dirección del movimiento de la Tierra. La Tierra girará alrededor del Sol y el Sol cambiará de dirección.
La influencia de la fuerza sobre los objetos:
1. La fuerza puede cambiar el estado de movimiento de un objeto (velocidad y dirección del movimiento);
2. hacer un objeto Deformación (incluyendo deformación elástica y deformación plástica);
3. El movimiento y el reposo de un objeto pueden variar con diferentes objetos de referencia;
4. ;
5. Sólo hay quietud relativa y movimiento relativo, pero no quietud absoluta. El movimiento es absoluto, todo en el mundo está en movimiento. incluyendo las moléculas más pequeñas. Las moléculas nunca dejan de moverse aleatoriamente;
6. Los efectos de las fuerzas son mutuos.
¿El efecto de la fuerza es instantáneo? La acción de la fuerza crea ondas de fuerza dentro de un objeto.
Veamos primero un experimento mental:
Como se muestra en la Figura 1, supongamos que hay un resorte recto uniforme con una longitud de 2 segundos y una masa de m en el espacio lejano. lejos de varios cuerpos celestes, el coeficiente elástico es k, el diámetro es d, la densidad del material es ρ, el diámetro del alambre es d y un extremo del resorte está estrechamente conectado al pequeño cohete (o satélite artificial). Ahora el cohete se enciende de modo que ejerza un empuje constante F sobre el resorte, y la dirección de la fuerza es a lo largo de la dirección del resorte.
Figura 1 Diagrama esquemático del experimento mental de resorte espacial propulsado por cohete
El tema anterior es un "experimento mental" diseñado por el autor para satisfacer las necesidades de aprendizaje de física teórica. en su tiempo libre e imitar la idea de la pregunta "ideal" del "experimento mental". Un resorte recto uniforme con una longitud de 2 segundos es un "objeto" surrealista. Es imposible tener un objeto de esta escala en nuestros problemas de contacto habituales.
El "resorte recto" en cuestión también se puede reemplazar por barras de acero rectas, tubos de acero rectos y otros objetos. Sin embargo, debido al gran coeficiente elástico de dichos objetos, no es propicio para guiar el resorte. idea del problema.
Si la longitud del resorte es muy pequeña, como a = F/m, 20 m, muchos lectores simplemente abordarán este problema y pensarán que el resorte se moverá en línea recta con velocidad uniforme. aceleración, a = f/m ..
Ahora que el resorte tiene 2 segundos de longitud, ¡el problema se complica! Los lectores pueden analizarlo cuidadosamente por sí mismos. Debido a limitaciones de espacio, el autor no dará más detalles.
Si se analiza detenidamente, naturalmente surgirán las siguientes preguntas:
1. ¿Son instantáneos los efectos de diversas fuerzas?
2. ¿Está disponible F=ma? ¿Como un límite de longitud? ¿O podemos tratarlo como un objeto siempre que su tamaño no exceda un cierto límite? ¿Cuál es este límite?
3. ¿F=ma implica acción instantánea? ¿O es sólo una pequeña aproximación?
Todas las acciones tienen una cierta velocidad de propagación. La velocidad específica depende de la estructura interna del propio objeto. En otras palabras, la fuerza en realidad se transmite por relevo y la fuerza se mueve desde un lugar de la fuerza. -Recibir el objeto en otro lugar lleva tiempo. Cuando cualquier fuerza actúa sobre un objeto, la fuerza generará ondas de fuerza (como ondas elásticas, ondas de empuje, ondas de presión, ondas de fricción, ondas de tensión, ondas de flotabilidad, ondas gravitacionales, ondas electromagnéticas) dentro del objeto y se propagarán a una cierta velocidad. .
Precisamente porque los objetos de la vida diaria son objetos de pequeña escala, los ignoramos para simplificar el problema. F=ma no implica un efecto instantáneo, sólo que la escala del objeto es limitada.
Cuando la escala del objeto que estudiamos es grande, no podemos considerarlo simplemente como un objeto, es decir, m en F=ma no puede ser la masa de todo el objeto, sino solo una parte de él.
Si se utiliza F=ma deliberadamente, sólo puede ser una aproximación en tiempo macroscópico. Desde la antigüedad, los humanos hemos clasificado todo lo que vemos en la categoría llamada "universo", de modo que dondequiera que miremos, es nuestro universo, y consideramos este universo como un todo. Y esta visión es cuestionable.
En el proceso de formación de esta conclusión cognitiva, de hecho, la propagación de la información (luz) se ha predeterminado para que no esté limitada por el tiempo, es decir, la velocidad de propagación de la luz es infinita. La física moderna ha medido con precisión que la velocidad de la luz no es infinita y que la propagación de información corregida no lleva tiempo. Pero los humanos evitamos hablar del hecho de que mirar el universo en su conjunto también es un error cognitivo. Todavía trata obstinadamente a todos los cuerpos celestes que ves como un todo.
Solemos ver objetos que están "al alcance de la mano", y la información de transmisión de luz de estos objetos cuando existen tarda poco en transmitirse a nuestros ojos, haciendo que pensemos erróneamente que estamos viendo. la conciencia es un objeto objetivamente existente, lo que confunde a los dos.
Sin embargo, a medida que nuestros objetos de investigación humanos continúan extendiéndose más profundamente en el espacio, los objetos celestes que vemos se alejan cada vez más de nosotros, incluso a cientos de millones de años luz. ¿Podemos seguir confundiendo conciencia y objetividad en la investigación y la discusión? ¿Seguir actuando estúpidamente?
Por muy lejos que estén de nosotros los objetos celestes distantes, la información luminosa que originalmente emitían o reflejaban, después de cierta distancia y tiempo, ahora entra a nuestros ojos al mismo tiempo, es percibida por nosotros, y finalmente forma la imagen que vemos ahora. La visión del universo. Entonces, el universo que vemos ahora (desde la antigüedad) es en realidad un reflejo de la suma histórica de las posiciones actuales de la información de existencia histórica de varios objetos objetivos en el universo en nuestros cerebros.
El tiempo histórico (t) de cada objeto objetivo es igual a la distancia de su correspondiente conciencia a nosotros (s) dividida por la velocidad de la luz (c). Es decir:
t=s/c
Entonces, en cierto sentido, lo que siempre podemos ver es la historia del universo, no el presente del universo.
Debido a que los humanos vivimos en la Tierra, para facilitar nuestra comprensión del universo, podemos construir un modelo de bola del universo virtual a cierta distancia con la Tierra como centro y virtualizar todos los cuerpos celestes en esta escala en un universo virtual. Como se muestra en la Figura 4, solo se dibuja la mitad inferior de la bola para facilitar la lectura.
Debido a que la velocidad de propagación de la luz y la acción (principalmente la gravedad) en el vacío es igual a la velocidad de la luz, la influencia (acción) de los cuerpos celestes en la esfera del universo virtual sobre nosotros es "simultánea" (para cuerpos celestes distantes) Por ejemplo, debido a que la luz y la acción se han estado propagando durante cientos de millones de años, el método es demasiado complicado para garantizar que la luz y la acción lleguen al mismo tiempo, pero porque está demasiado lejos desde nuestra Tierra, este efecto debería ser lo suficientemente pequeño como para ser casi insignificante).
El tiempo máximo de retardo de información y funciones no excederá el tiempo correspondiente. Por ejemplo, el tiempo de retardo de la información y las acciones de los cuerpos celestes (realidad objetiva) en una esfera de 1 segundo no excederá de 1 segundo, que generalmente es igual a este tiempo.
Al mismo tiempo, debido a que todos los cuerpos celestes se están moviendo y algunos cuerpos celestes son relativamente grandes, también podemos construir un modelo de capa esférica del universo virtual de acuerdo con segmentos de distancia, como el segundo universo virtual esférico de la tercera luz. caparazón, un caparazón esférico de universo virtual de dos años luz, etc.
En el proceso de establecer el modelo de esfera del universo virtual y capa esférica, considerando que el movimiento de la Tierra es mayor que el movimiento de las estrellas, para conveniencia de los problemas de investigación, también podemos establecer un modelo virtual. Universo centrado en el sol u otros cuerpos celestes. Modelos de esferas y capas esféricas. O basándose en un punto imaginario (como el centro de masa del sistema solar).
Luego, basándose en el modelo del universo virtual, se analizan y calculan los patrones de movimiento de los cuerpos celestes. Esto simplificará enormemente el problema.
¿El efecto de la fuerza es instantáneo? 3 puntos clave a entender:
(1) La fuerza es material: la fuerza no puede existir sin objetos.
Descripción: ① Para un objeto, puede haber uno o más objetos ejerciendo fuerza.
(2) Primero viene el objeto sin fuerza, luego el objeto con fuerza.
(2) Las fuerzas son mutuas: una fuerza siempre está asociada con dos objetos. El objeto que ejerce la fuerza también es el objeto que ejerce la fuerza, y el objeto que ejerce la fuerza también es el objeto que ejerce la fuerza.
Descripción: ① Los objetos interactivos pueden estar en contacto directo o no.
② Utiliza un dinamómetro para medir la fuerza.
(3) La fuerza es un vector: la fuerza no sólo tiene magnitud, sino también dirección.
(4) El papel de la fuerza: cambiar la forma del objeto; cambiar el estado de movimiento del objeto.
(5) Tipos de fuerzas:
① Nombralas según sus propiedades: como gravedad, elasticidad, fricción, fuerza molecular, fuerza electromagnética, fuerza nuclear, etc.
② Nombre según el efecto: como presión, tensión, potencia, resistencia, fuerza centrípeta, fuerza restauradora, etc.
Nota: Las fuerzas y propiedades con diferentes nombres nombradas según los efectos pueden ser las mismas; las fuerzas con el mismo nombre pueden tener diferentes propiedades.
Gravedad
Definición: La fuerza que ejerce la gravedad terrestre sobre un objeto se llama gravedad.
Descripción: ① Todo lo que está cerca de la tierra se ve afectado por la gravedad.
La gravedad universal es causada por la gravedad terrestre, pero no se puede decir que la gravedad universal sea la gravedad terrestre.
③El objeto de la gravedad es la tierra.
(4) En los dos polos, la fuerza gravitacional es igual a la fuerza gravitacional del objeto, pero no es igual en otros lugares.
(1) La magnitud de la gravedad: G=mg
Descripción: ① Si la fuerza gravitacional del mismo objeto es diferente en diferentes lugares de la superficie terrestre, cuanto mayor sea la latitud , mayor es la fuerza gravitacional del mismo objeto. Entonces la fuerza gravitacional del mismo objeto es mayor en los polos que en el ecuador.
②La gravedad de un objeto no se ve afectada por el estado de movimiento y no tiene nada que ver con si está sujeto a otras fuerzas.
(3) Cuando se tratan problemas físicos, generalmente se cree que la magnitud de la gravedad es constante en cualquier lugar cerca de la Tierra.
(2) Dirección de la gravedad: verticalmente hacia abajo (es decir, perpendicular al plano horizontal)
Descripción: ① Los objetos en los polos y el ecuador están sujetos a la gravedad en la dirección de el centro de la tierra.
②La dirección de la gravedad no se ve afectada por otras fuerzas y no tiene nada que ver con el estado de movimiento.
(3) Centro de gravedad: punto de acción de la gravedad sobre un objeto.
Determinación del centro de gravedad: ① La masa está distribuida uniformemente. El centro de gravedad de un objeto sólo está relacionado con su forma. Objeto uniforme de forma regular con su centro de gravedad en el centro geométrico.
②El centro de gravedad de un objeto con distribución de masa desigual está relacionado con su forma y distribución de masa.
(3) El centro de gravedad de un objeto delgado con forma de placa se puede determinar mediante el método de suspensión.
Descripción: ① El centro de gravedad de un objeto puede estar sobre el objeto o fuera del objeto.
②La posición del centro de gravedad no tiene nada que ver con la posición, colocación y movimiento del objeto.
(3) Después de introducir el concepto de centro de gravedad, al estudiar objetos específicos, se puede considerar todo el asunto.