Sinteza Tipuri de Forte

download Sinteza Tipuri de Forte

of 23

  • date post

    17-Sep-2015
  • Category

    Documents

  • view

    226
  • download

    5

Embed Size (px)

description

Referat bigrafie arhezii

Transcript of Sinteza Tipuri de Forte

Sinteza tipuri de forte

Sinteza tipuri de forte

Studiul forelor a progresat odat cu descrierile date de filozoful Arhimede n secolul al III-lea .e.n., privind interaciunea forelor n mecanisme simple nainte de aceasta, descrierea forelor de ctre Aristotel coninea unele greeli i nenelegeri fundamentale. n secolul al XVII-lea, Sir Issac Newton a corectat aceste greeli i a enunat o teorie ce a rmas neschimbat timp de aproape trei sute de aniLa nceputul secolului al XX-lea, Einstein, n teoria relativitii generale, a prezis cu succes eecul modelului lui Newton pentru gravitaie, lansnd conceptul de continuum spaiu-timp.

Teoria mai recent cunoscut sub numele de Modelul Standard din fizica particulelor asociaz fore la nivelul mecanicii cuantice. Modelul Standard prezice c unele particule de schimb sunt mijlocul fundamental prin care sunt emise i absorbite forele. Sunt cunoscute doar patru interaciuni principale generatoare de fore: tare, electromagnetic, slab, i gravitational. Observaiile din fizica particulelor de energii nalte, efectuate n anii 1970 i 1980 au confirmat c forele slabe i cele electromagnetice sunt de fapt expresia aceleiai interaciuni fundamentale. n sistemul internaional, fora se msoar n newtoni, dar alte sisteme de uniti de msur definesc i alte uniti, dintre care multe sunt n strns legtur cu unitile de msur pentru mas.

Concepte prenewtoniene

Aristotel a descris forele ca fiind ceea ce determin un obiect s capete o micare nenatural

Din antichitate, conceptul de for a fost recunoscut ca fcnd parte din funcionarea tuturor mecanismelor simple. Avantajul mecanic dat de un mecanism simplu permitea utilizarea unei fore mici pentru a obine o for mare la o distan mare. Analiza caracteristicilor forelor a culminat cu studiile lui Arhimede care a devenit celebru pentru formularea unor concepte legate de flotabilitatea n fluide. Aristotel a furnizat o discuie filozofic despre conceptul de for ca parte integrant a cosmologiei aristoteliene. n viziunea lui Aristotel, lumea natural avea patru elemente ce existau n anumite stri naturale. Aristotel credea c starea natural a obiectelor cu mas pe Pmnt, cum ar fi elementele ap i pmnt, era cea de repaus pe pmnt i c ele tindeau spre acea stare dac erau lsate libere. El fcea distincia ntre tendina intrinsec a obiectelor de a-i gsi locul natural (adic tendina corpurilor grele de a cdea), ceea ce l-a condus la noiunea de micare natural, i micare nenatural sau forat, care necesita aplicarea unei fore.[11] Aceast teorie, bazat pe experiena cotidian a micrii obiectelor, cum ar fi aplicarea constant a unei fore pentru deplasarea unui car, avea probleme conceptuale n a explica comportamentul proiectilelor, cum ar fi sgeile. Forele erau aplicate proiectilelor doar la nceputul zborului, i n timp ce proiectilul se deplasa prin aer, nu aciona asupra lui nicio for observabil. Aristotel era contient de aceast problem i a propus ideea c aerul dislocat din calea proiectilului ddea fora necesar continurii micrii acestuia. Aceast explicaie implic faptul c aerul este necesar pentru deplasarea proiectilelor i c, de exemplu, n vid, niciun proiectil nu se mai mic dup ce a fost propulsat iniial. Alt problem cu aceast explicaie este i c aerul opune rezisten micrii proiectilelor

Aceste neajunsuri nu au fost complet explicate i corectate pn n secolul al XVII-lea, la Galileo Galilei, care a fost influenat de ideea medieval trzie c obiectele aflate n micare forat ar transporta o for intrinsec. Galileo a construit un experiment n care pietre i ghiulele erau rostogolite pe un plan nclinat, pentru a contrazice teoria aristotelian a micrii. El a artat c corpurile sunt accelerate de gravitaie independent de masa lor i a susinut c obiectele i pstreaz viteza dac nu se acioneaz asupra lor cu o for, de exemplu cu fora de frecare. Mecanica newtonianPentru detalii, vezi: Legile lui Newton.

Sir Issac Newton a cutat s descrie micarea tuturor obiectelor folosind conceptele de inerie i for, i a gsit c ele se supun unor legi de conservare. n 1687, Newton i-a publicat lucrarea Philosophiae Naturalis Principia Mathematica(Principiile matematice ale filozofiei naturale). n aceast lucrare, Newton a enunat trei legi ale micrii, legi care pn astzi sunt folosite pentru a descrie aciunea forelor Definiia general a forei poate fi gsit n legea a doua a lui Newton i este egal cu viteza de modificare a impulsului:

.

] Prima lege a lui NewtonPrima lege a micrii a lui Newton afirm c obiectele continu s se deplaseze cu vitez constant dac nu se acioneaz asupra lor cu o for extern rezultant nenul. Aceast lege este o extensie a observaiilor lui Galilei c viteza constant este asociat cu lipsa unei fore rezultante. Newton a avansat ideea c orice obiect cu mas are o inerie intrinsec care se manifest ca stare natural de echilibru fundamental n locul ideii aristoteliene a strii naturale de repaus. Prima lege contrazice astfel concepia aristotelian intuitiv c o for rezultant este necesar pentru a pstra un obiect n micare cu vitez constant. Fcnd din repaus acelai lucru cu viteza constant, prima lege Newton leag n mod direct ineria cu conceptul de vitez relativ. Anume, n sisteme n care obiectele se deplaseaz cu viteze diferite, este imposibil de determinat care obiect este n micare i care este n repaus. Cu alte cuvinte, ntr-un limbaj mai tehnic, legile fizicii sunt aceleai n orice sistem de referin inerial, adic n toate sistemele de referin legate ntre ele de o transformare galilean.

De exemplu, la deplasarea ntr-un vehicul cu vitez constant, legile fizicii nu sunt altele dect n repaus. Cineva poate arunca un obiect direct n sus i l poate prinde cnd cade fr s-i fac griji despre aplicarea unei fore pe direcia de deplasare a vehiculului. Aceasta este adevrat, chiar dac altcineva care observ vehiculul n micare consider traiectoria obiectului aruncat ca fiind o curb parabolic pe direcia de deplasare a vehiculului. Ineria obiectului asociat cu viteza sa constant pe direcia de deplasare a vehiculului asigur c obiectul continu s se deplaseze chiar dac este aruncat n sus i cade napoi. Din perspectiva cuiva din vehicul, acesta, mpreun cu tot ce e n el, este n repaus, i lumea exterioar este cea care se mic cu o vitez constant n sens opus. Deoarece nu exist niciun experiment care s fac deosebire ntre cazul cnd vehiculul e n repaus i cel cnd lumea exterioar e n repaus, cele dou situaii sunt considerate identice din punct de vedere fizic. Ineria se aplic deci n mod egal micrii cu vitez constant i repausului.

Conceptul de inerie poate fi generalizat pentru a explica tendina obiectelor de a persista n diferite forme de micare constant, chiar i cele care nu sunt cu vitez constant. Ineria de rotaie a Pmntului este cea care fixeaz constana duratei zilei i cea a anului. Albert Einstein a extins principiul ineriei i mai departe, explicnd c sistemele de referin supuse acceleraiei cu vitez constant, cum ar fi cele n cdere liber spre un obiect masiv, sunt echivalente fizic cu sistemele de referin ineriale. De aceea, de exemplu, astronauii sunt n imponderabilitate pe orbit de cdere liber n jurul Pmntului, i de aceea legile lui Newton se observ mai bine n astfel de situaii. Dac un astronaut pune un obiect cu mas n aer lng el, acesta rmne n repaus n raport cu astronautul datorit ineriei. Acelai lucru se ntmpl i dac astronautul i obiectul sunt n spaiul intergalactic fr ca vreo for s acioneze asupra sistemului lor de referin. Acest principiu de echivalen a fost una din importantele fundamente ale dezvoltrii teoriei relativitii generale

Dei cea mai celebr ecuaie a lui Isaac Newtoneste , el a scris de fapt o form diferit a celei de-a doua legi a micrii, form ce nu folosea calcul diferenial.

A doua lege a lui NewtonO formulare modern a celei de-a doua legi a lui Newton este o ecuaie diferenial vectorial

unde este impulsul sistemului, iar este fora total. La echilibru, fora rezultant este zero prin definiie, dar forele pot fi totui prezente (i pot avea ca efect modificri egale i de sens contrar ale impulsului). Legea a doua afirm c o for neechilibrat ce acioneaz asupra unui obiect va avea ca rezultat modificarea n timp a impulsului

Impulsul este, prin definiie,

unde m este masa i este viteza. n cazul n care masa este constant, ea poate iei de sub derivata timpului:

.

de unde rezult formula algebric a celei de-a doua legi a lui Newton:

Newton ns nu a enunat niciodat n mod explicit formula n forma ei final de mai sus.

A doua lege a lui Newton afirm c fora este proporional cu masa i acceleraia. Acceleraia se poate defini prin msurtori cinematice. Dei cinematica este bine descris prin analiza sistemelor de referin n fizica avansat, rmn ntrebri profunde, cum ar fi definiia corect a masei. Relativitatea general ofer o echivalen ntre spaiu-timp i mas, dar i lipsete o teorie coerent a gravitaiei cuantice, i nu este clar cum i dac aceast legtur mai este relevant la scar microscopic. Cu unele justificri, a doua lege a lui Newton poate fi luat ca definiie cantitativ a masei, scriind legea ca o egalitate; unitile relative de for i mas sunt, n acest caz, fixe.

Utilizarea celei de-a doua legi a lui Newton ca definiie a forei a fost criticat n unele lucrri riguroasedeoarece este, n esen, un truism matematic. Egalitatea dintre ideea abstract de for i ideea abstract de modificare a vectorului impuls nu are, finalmente, nicio semnificaie observaional, deoarece nu se poate defini una fr cealalt. O definiie a noiunilor de for sau de modificare a impulsului trebuie s fac apel la o nelegere intuitiv a percepiilor directe, sau s se defineasc implicit printr-un set de formule matematice consistente ntre ele. Printre cei mai importani fizicieni, filozofi i matematicieni care au cutat o definiie mai explicit a conceptului de for se numr Ernst Mach, Clifford Truesdell i Walter Noll. A doua lege a lui Newton se poate utili