Контактная сила - Contact force

Блок на пандусе и соответствующий диаграмма свободного тела блока, показывающего контактную силу от аппарели на нижнюю часть блока и разделенного на две составляющие: нормальная сила N и трение сила ж, вместе с сила тела из сила тяжести мг действуя в центр массы.

А контактная сила есть ли сила что требует контакта.[1] Контактные силы повсеместны и ответственны за наиболее видимые взаимодействия между макроскопический коллекции материи. Подъем автомобиля на холм или столкновение мячом через комнату - вот некоторые из повседневных примеров, когда действуют контактные силы. В первом случае сила постоянно прикладывается человеком к автомобилю, а во втором случае сила передается за короткое время. импульс. Контактные силы часто разлагаются на ортогональный компоненты, перпендикулярные контактирующим поверхностям, называемые нормальная сила, и один параллельный поверхности (-ам) в контакте, называемый трение сила.[1]

Микроскопическое происхождение контактных сил разнообразно. Нормальная сила является прямым результатом Принцип исключения Паули и не истинная сила как таковая: повседневные предметы не фактически касаться друг друга; скорее, контактные силы являются результатом взаимодействия электроны на или рядом с поверхностями объектов.[1] Атомы на двух поверхностях не могут проникать друг в друга без больших затрат энергии, потому что не существует состояния с низкой энергией, для которого электрон волновые функции от двух поверхностей перекрываются; таким образом, для предотвращения этого проникновения не требуется микроскопической силы. На более макроскопическом уровне такие поверхности можно рассматривать как единый объект, и два тела не проникают друг в друга из-за устойчивости материи, что снова является следствием принципа исключения Паули, но также и фундаментальные силы природы: Трещины в корпусах не расширяются из-за электромагнитных сил, которые создают химические связи между атомами; сами атомы не распадаются из-за электромагнитных сил между электронами и ядрами; и ядра не распадаются под действием ядерных сил.[2]

Что касается трения, то оно является результатом как микроскопической адгезии, так и химическая связь формирование из-за электромагнитная сила, и микроскопических структур, напряженных друг в друга;[3] в последнем явлении, чтобы позволить движение, микроскопические структуры должны либо скользить одна над другой, либо должны набирать достаточно энергии, чтобы сломать друг друга. Таким образом, сила, действующая против движения, представляет собой комбинацию нормальной силы и силы, необходимой для расширения микроскопических трещин в веществе; последняя сила снова из-за электромагнитное взаимодействие. Кроме того, внутри материи создается напряжение, и это напряжение возникает из-за комбинации электромагнитные взаимодействия (поскольку электроны притягиваются к ядрам и отталкиваются друг от друга) и принципа исключения Паули, последний работает аналогично случаю нормальной силы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Плеша, Грей и Костанцо (2010). Инженерная механика - Статика. Макгроу-Хилл. стр.8 -9.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  2. ^ Либ, Э. Х. (1991). Устойчивость материи. В книге «Устойчивость материи: от атомов к звездам» (стр. 483-499). Шпрингер, Берлин, Гейдельберг
  3. ^ Чен, З., Хадже, А., Мартини, А., и Ким, С. Х. (2019). Химические и физические причины трения на поверхностях с атомными ступенями. Успехи науки, 5 (8), eaaw0513.