Termini
Eksāmena indikatori
Videolekcijas
Par
Kontaktspēki fizikā
Apskatīt video Khan Academy platformā:
Contact Forces
⛶
Transkripts:
LV
EN
Rādīt subtitrus:
00:00
- [Instruktors] Fizikā pastāv daudz dažādu
00:01
spēku veidu,
00:02
bet lielākoties
00:03
visus spēkus var iedalīt vai nu kā
00:07
kontakta spēkus, vai tāldarbības spēkus.
00:10
Kontakta spēkiem, kā jau norāda nosaukums,
00:13
ir nepieciešams, lai abi objekti,
00:14
kas iedarbojas viens uz otru ar spēku,
00:16
pieskartos jeb būtu kontaktā.
00:19
Sastiepuma spēks, reakcijas spēks, berzes spēki,
00:22
šie visi ir izplatīti ikdienas piemēri kontakta spēkiem.
00:26
Piemēram, šī celtņa trose
00:29
var iedarboties ar kontakta spēku, t.i., ar sastiepuma spēku
00:31
uz nojaukšanas lodi, bet šī trose
00:34
var iedarboties ar šo sastiepuma spēku uz nojaukšanas lodi
00:36
tikai tad, ja trose ir faktiski savienota
00:39
jeb pieskaras nojaukšanas lodei.
00:41
Ja tu būtu aizmirsis piesiet trosi pie nojaukšanas lodes,
00:43
šī trose neiedarbosies ar nekādu sastiepuma spēku
00:46
uz nojaukšanas lodi.
00:47
Šie kontakta spēki ir jāatšķir no
00:51
tāldarbības spēkiem.
00:52
Dažreiz tos sauc par tāldarbības spēkiem,
00:55
jo tie var iedarboties
00:57
uz objektiem, kas atrodas tālu viens no otra.
00:59
Gravitācija ir izplatīts piemērs,
01:02
Zeme var iedarboties ar gravitācijas spēku uz Mēnesi,
01:05
lai gan Zeme un Mēness nesaskaras.
01:07
Tas ir tāldarbības spēks.
01:09
Līdzīgi, elektriskais spēks var radīt atgrūšanās spēku
01:12
starp diviem lādiņiem, ja tie nesaskaras,
01:15
tātad tas nav kontakta spēks,
01:17
un magnēti var pievilkties
01:19
pat ja tie nesaskaras,
01:20
tātad tie visi ir tāldarbības spēki.
01:24
Bet es būšu godīgs,
01:26
šī atšķirība nav ne tuvu tik fundamentāla,
01:29
kā sākumā varētu šķist.
01:31
Visi šie spēki, kurus mēs saucam par kontakta spēkiem,
01:34
patiesībā ir tikai milzīgs skaits tāldarbības spēku,
01:38
kas ir maskēti.
01:40
Citiem vārdiem sakot, šie kontakta spēki, sastiepuma spēks, reakcijas spēks
01:42
un berze, mikroskopiskā līmenī rodas
01:46
pateicoties daudziem tāldarbības spēkiem,
01:48
kas darbojas ļoti mazos attālumos.
01:50
Tas, ka tos sauc par tāldarbības spēkiem,
01:53
nenozīmē, ka tie nevar iedarboties mazos attālumos,
01:56
un patiesībā tieši šie spēki
01:59
liek rasties visiem šiem kontakta spēkiem.
02:01
Ļaujiet man paskaidrot, kā tie visi rodas.
02:03
Sāksim ar sastiepuma spēku.
02:06
No kurienes rodas sastiepuma spēks?
02:07
Sastiepuma spēks ir spēks, ar ko iedarbojas stieple,
02:09
vai kabelis, vai aukla, kaut kas tamlīdzīgs.
02:12
Un šīs auklas,
02:14
tās sastāv no atomiem un molekulām,
02:15
es mēģinu to attēlot šeit.
02:17
Tava aukla, iespējams, ir platāka par trim atomiem,
02:20
bet es negribēju šeit zīmēt milzīgu skaitu,
02:22
tāpēc iedomājies, ka tev ir noteikts skaits atomu
02:24
un molekulu tavā auklā,
02:26
šie atomi un molekulas ir saistīti kopā,
02:29
ķīmiski saistīti kopā,
02:30
tās visas ir elektromagnētiskās saites,
02:35
tie nevēlas attālināties no sava līdzsvara stāvokļa,
02:38
tiem ir sava vieta, un, ja tie tiek no tās izkustināti,
02:40
tie vēlas atgriezties atpakaļ.
02:42
Lūk, ko nozīmē būt cietvielā.
02:44
Šai stieplei, ja tai pievieno smagu kravu,
02:48
piemēram, nojaukšanas lodi,
02:49
šī nojaukšanas lode mēģinās saraut šos atomus
02:51
un molekulas,
02:52
tā mēģinās tos attālināt vienu no otra,
02:55
bet tie nevēlas attālināties viens no otra,
02:56
citiem vārdiem, tie mēģina atjaunot savu stāvokli,
02:59
kad attālums starp šiem atomiem
03:01
un molekulām palielinās,
03:03
un tas notiek, tu izstiepsi savu auklu vai stiepli,
03:05
dažreiz nemanāmi, bet nedaudz,
03:08
šie attālumi palielinās,
03:10
spēks, kas tos tur kopā, kļūst lielāks,
03:13
tāpēc rodas lielāks sastiepuma spēks,
03:14
un tā ir šī sastiepuma spēka mikroskopiskā izcelsme.
03:18
Šie atomi un molekulas vēlas atjaunot savu stāvokli
03:21
līdz iepriekšējam garumam un,
03:23
lai to izdarītu, tiem jāvelk arvien stiprāk un stiprāk.
03:25
Tas, protams, neturpināsies mūžīgi,
03:27
ja šeit piekārsi pietiekami smagu kravu,
03:29
tu pārvarēsi šīs elektromagnētiskās saites
03:31
un sarauti šīs molekulas,
03:34
un tas notiek, kad tava aukla pārtrūkst.
03:36
Tāda ir sastiepuma spēka mikroskopiskā izcelsme,
03:38
bet tev nav jāzīmē Avogadro skaitam atbilstošs bultiņu daudzums,
03:42
mēs vienkārši attēlojam sastiepumu ar vienu bultiņu uz augšu,
03:45
izrādās, ka var gandrīz apkopot
03:47
visas šīs mikroskopiskās elektromagnētiskās ķīmiskās saites
03:51
ar vienu bultiņu, ko mēs saucam par sastiepuma spēku.
03:54
Kā ir ar reakcijas spēku, no kurienes tas rodas?
03:56
Tas ir gluži pretēji.
03:58
Sastiepuma spēks ir velkošs spēks,
03:59
reakcijas spēks ir spēks, kas neļauj diviem
04:02
objektiem saspiesties vienam otrā.
04:05
Tagad, atšķirībā no gadījuma, kad atomi un molekulas
04:07
tiek mēģināti saraut,
04:08
atomi un molekulas šajā zaļajā kastē
04:11
sava svara dēļ mēģina iespiesties
04:13
šī galda atomos un molekulās,
04:15
esmu mēģinājis to attēlot šeit.
04:17
Atkal, kaste un galds sastāv no vairāk
04:19
nekā šis atomu un molekulu skaits,
04:21
bet tev ir kastes atomi un molekulas,
04:24
galda atomi un molekulas,
04:26
tie neiespiedīsies viens otrā,
04:28
būs elektronu mākonis
04:31
ap šiem kastes atomiem un molekulām,
04:33
un līdzīgi arī galdam,
04:35
notiks elektromagnētiska atgrūšanās,
04:37
kad tie mēģinās pārklāties,
04:38
un citi kvantu mehānikas efekti.
04:40
Izrādās, ir pārsteidzoši sarežģīti paskaidrot,
04:43
kāpēc matērija ir cieta un nevar caursist viena otru,
04:47
bet milzīgais elektromagnētiskās mijiedarbības skaits
04:50
un citi kvantu mehānikas efekti starp šiem
04:52
atomiem un molekulām ir mikroskopiskā izcelsme
04:56
reakcijas spēkam.
04:57
Atkal, tas ir, zini, tāldarbība
04:59
nelielā mērogā,
05:01
kas cilvēkus patiešām mulsina, viņi domā: pagaidi,
05:05
vai divas lietas vispār kādreiz pieskaras?
05:07
Zini, kad tu sēdi krēslā,
05:09
vai tavu bikšu atomi un molekulas
05:12
tiešām fiziski pieskaras?
05:14
Šeit ir grūti definēt, ko nozīmē pieskarties,
05:17
zini, tev ir šie amorfie elektronu mākoņi,
05:20
kā definēt, vai tie pieskaras?
05:22
Grūti izdarāms, bet labā ziņa ir, ka mums tas nav jādara,
05:24
mēs varam vienkārši apkopot mikroskopiski
05:27
visas šīs mikroskopiskās mijiedarbības
05:29
kā vienu lielu reakcijas spēku, un tas mums palīdz
05:33
gan aprēķinos, gan konceptuāli
05:36
ar to tikt skaidrībā.
05:38
Tagad tu varētu būt nedaudz satraukts,
05:39
tev varētu rasties jautājums: pagaidi,
05:40
viss šis video ir par kontakta spēkiem,
05:43
un tu man saki,
05:43
ka mēs pat nezinām, vai divas virsmas ir saskarē.
05:46
Es saku, ka to ir grūti definēt,
05:48
bet šeit ir labs veids, kā to definēt:
05:50
tavu bikšu atomi un molekulas
05:52
saskaras ar krēsla atomiem un molekulām, tiklīdz
05:56
tu pamani to spēku,
05:57
kas neļauj tiem iespiesties vienam otrā.
05:59
Tiklīdz tu vari konstatēt šo reakcijas spēku,
06:01
tas ir tikpat labs veids kā jebkurš cits,
06:03
lai definētu, ka divas virsmas ir saskarē.
06:06
Apskatīsim dažus citus spēkus.
06:08
Kā ir ar berzes spēku?
06:10
Kāda ir berzes spēka mikroskopiskā izcelsme?
06:13
Zini, berzes spēks ir spēks, kas
06:15
pretojas divu virsmu slīdēšanai vienai pār otru.
06:19
Kāpēc pastāv pretestības spēks?
06:21
Ja tu pietuvinātu šīs virsmas,
06:23
galds, lai cik gluds tas izskatītos,
06:25
pat ja tu to tikko noslaucīji,
06:27
ja tu pietuvinātu pietiekami tuvu,
06:28
tu būtu pārsteigts par visām mazajām
06:30
plaisām, plaisiņām un iedobēm,
06:32
vesela pasaule, par kuru tu nezini,
06:34
ja neskaties uz to mikroskopiski.
06:36
Un līdzīgi ar šo violeto kasti, varbūt tā ir no kartona,
06:39
ja tu pietuvinātu mikroskopiski,
06:41
atkal, ir pārsteidzoši, cik negludas ir šīs virsmas.
06:45
Acīmredzot, ja tu mēģinātu vilkt vienu pāri otrai,
06:48
un tās atdurtos viena pret otru,
06:49
šie pauguri un ielejas saduras,
06:52
tā būs problēma,
06:53
tas radīs pretestības spēku.
06:55
Tu varētu nolauzt šo, zini, dzelteno pauguru,
06:59
dažreiz tie vienkārši nolūst,
07:00
jā, tas būs berzes cēlonis.
07:04
Dažreiz tie nenolūst,
07:05
varbūt tie vienkārši ieliecas un atlec atpakaļ,
07:07
bet pat ja tā notiek,
07:08
tas joprojām radīs berzes spēku
07:10
un palielinās šo berzi.
07:12
Un tas nav viss, bet dažreiz pat
07:15
atomi un molekulas šajā virsmā,
07:17
paskaties, šī vieta neizskatās pārāk slikti,
07:19
izskatās, ka tās varētu slīdēt viena pār otru
07:20
diezgan labi,
07:22
bet var rasties saķere, piemēram, molekulārās saites, kas veidojas
07:25
starp tiem atomiem un molekulām, kas atrodas tuvu viena otrai,
07:28
tas arī var veicināt berzi.
07:30
Atkal, pārsteidzoši sarežģīti,
07:32
patiesībā vēl ir daudz jautājumu, uz kuriem jāatbild,
07:35
pētot berzi,
07:36
un berzes pētīšanu sauc par triboloģiju.
07:39
Pārsteidzoši, daudz jautājumu līdz pat šai dienai, bet,
07:42
labā ziņa ir tā, ka tu vari apkopot
07:44
visas šīs mikroskopiskās mijiedarbības kā vienu spēku,
07:47
ko mēs saucam par berzi, kas pretojas
07:50
divu virsmu slīdēšanai vienai pār otru.
07:52
Tev nav jāveic daudz aprēķinu
07:54
un mikroskopiski jāpietuvina virsma,
07:57
mēs varam gandrīz visu to ņemt vērā,
07:59
vienkārši uzzīmējot to kā vienu lielu pretestības spēku
08:01
berzes spēku pretējā virzienā.
08:03
Tātad, apkopojot, kontakta spēki ir tie spēki,
08:06
kuriem nepieciešams, lai abi mijiedarbojošies objekti pieskartos,
08:09
lai šis spēks rastos.
08:11
Bet mēs redzējām, ka šie kontakta spēki patiesībā rodas
08:13
no prātam neaptverami liela skaita tāldarbības spēku,
08:17
kas visi darbojas ļoti īsā attālumā,
08:19
bet tu vari apkopot visus šos tāldarbības spēkus
08:22
kā vienu kontakta spēku,
08:24
risinot lielāko daļu fizikas ievaduzdevumu.