Jõud looduses (0)

JÕUD

Kehade vastasmõju tulemusena muutub kõikide vastasmõjus olevate kehade kiirus, võib muutuda ka kehade kuju.
Seega põhjustab kehade vastasmõju kiirenduse (kiiruse muutuse) ja deformatsiooni (kuju muutuse).
Ühe keha mõju teisele iseloomustab jõud.
Jõud on füüsikaline suurus, st et seda saab mõõta (on olemas mõõtühik ja mõõtevahend).
Igat jõudu iseloomustab alati:

suund

suurus

rakenduspunkt
Kehad mõjutavad teineteist jõududega, mis on suunalt vastupidised ja suuruselt võrdsed.
Jõudude mõju tulemusena saavad mõlemad kehad kiirendused, mis on vastassuunalised.
Jõudude mõju kehadele uurib füüsika haru,, mida nim dünaamikaks.
Dünaamika aluseks on 3 Newtoni seadust.

Jõud looduses

Tuntakse üldse nelja erinevat vastasmõju liiki:

gravitatsiooniline

elektromagnetiline

tugev

nõrk
Nii elektromagnetilise kui gravitatsioonilise vastasmõju ulatus on lõpmatu, st et need vastasmõjud toimivad lõpmatu väikeste ja lõpmatu suurte kehade ning vahekauguste korral.
Nõrga vastasmõju mõjuraadius on 10-18 m ja tugeval veidi suurem, 10-15 m. Seega need vastasmõjud on olulised ainult imeväikeste elementaarosakeste korral.
Kõik jõud looduses kuuluvad kahte esimesse vastasmõju klassi.
Nt hõõrdejõud on põhjustatud aatomite/molekulide vahelisest elektrilisest tõmbumisest.

I GRAVITATSIOONIJÕUD

Gravitatsioon on nähtus, mis seisneb kõikide kehade omavahelises tõmbumises. See nähtus ilmneb kõikjal universumis.
Igapäevases elus osutub gravitatsioonijõud nii nõrgaks, et ei suuda esile kutsuda märgatavat kehade liikumist.
Suurte kehade (nt planeetide) puhul on gravitatsiooniline tõmbumine märgatav.
Gravitatsiooniseadus:
Kaks keha tõmbuvad teineteise poole jõuga, mis on võrdeline nende kehade masside korrutisega ja pöördvõrdeline nende kehade massikeskmete vahekauguse ruuduga .
FG = Gm1m2/r2 FG – grav jõud, [1 N]

m – keha mass, [1 kg]

r – kehade vahekaugus, [1 m]
G – gravitatsioonikonstant

G = 6,67·10-11 Nm2/kg2

Gravitatsioonijõudu loetakse tsentraalseks jõuks. St et ta mõjub kehasid ühendava sirge sihis.

II RASKUSJÕUD

See on gravitatsioonijõu üheks avaldusvormiks.
Raskusjõud on jõud, millega planeet tõmbab enda poole kõiki teisi kehasid, mis on selle pinnal või vahetus läheduses.
Raskusjõud mõjub kõikidele kehadele, mis on planeedi gravitatsiooniväljas ja see jõud on suunatud alati planeedi keskpunkti poole.
FR = mg
Kui kehale mõjub ainult raskusjõud (muud liiki jõud puuduvad), siis keha langeb vabalt, st liigub kiirendusega g.
Kauguse kasvades planeedi pinnast g väärtus kahaneb.
Nt kuna planeet Maa on veidi lapik (pooluste kohalt kokkusurutud), siis ekvaatoril on g = 9,78 m/s2 ja poolusel g = 9,83 m/s2.
g = GM/R2

III KEHA KAAL

Keha mass ja kaal on täiesti erinevad mõisted.
Keha kaal on jõud, millega keha Maa (või mõne muu planeedi) külgetõmbe tõttu mõjutab alust või riputusvahendit.
Kui keha on paigal või liigub horisontaalsihis, siis on kaal arvuliselt võrdne kehale mõjuva raskusjõuga:
P = mg P – keha kaal, [1 N]
m – keha mass, [1 kg]
g = 9,8 m/s2
Samas tuleb kindlasti meeles pidada, et kaal ja raskusjõud on erinevad jõud – need on rakendatud erinevatele kehadele: raskusjõud mõjub kehale endale, kaal alusele.
Keha kaal ei ole jääv. See võib teatud tingimustes suureneda või väheneda (võrreldes paigalseisva keha kaaluga).
A Kiirendusega a üles liikuva keha kaal suureneb.
Keha kaalu suurenemist võrreldes paigalseisva keha kaaluga nim ülekoormuseks.
Seda esineb näiteks kiirliftide, lennukite ja muidugi kosmoserakettide tõusul.
P = m(g + a)
B Kiirendusega a alla liikuva keha kaal seevastu väheneb.
P = m(g – a)

C Kaaluta olek

Kui eemaldada ese, millele keha toetub , kaob ka mõju toele, st kaob kaal.
Kõik vabalt langevad kehad on kaaluta olekus.
P = m(g – a) = 0, kui a = g
Õhus langeb keha pole päris kaaluta olekus, sest talle mõjub õhutakistus.

IV HÕÕRDEJÕUD

Hõõrdumine on kokkupuutuvate pindade konaruste haakumine (või ülisiledate pindade korral kokkupuutuvate kehade molekulide vaheline tõmbumine).
Hõõrdejõud mõjub nii paigalseisvatele kui liikuvatele kehadele.
Kui liikumist ei säilita mõnda teist liiki jõud, siis jääb iga keha hõõrdumise tõttu lõpuks seisma.
Hõõrdejõud mõjub alati piki kehade kokkupuutepinda ja on suunatud vastupidiselt (võimalikule) liikumise suunale. Hõõrdejõu suurus sõltub rõhumisjõust – mida tugevamini kehdi kokku suruda, seda rohkem konarused haakuvad.
Hõõrdejõud liigitatakse:

Seisuhõõrdejõud – võimaldab kehade paigalseisu ja kohalt liikuma hakkamist

Liugehõõrdejõud

Veerehõõrdejõud (alati väiksem kui liugehõõrdejõud, kui on tegu samade kehadega )
FH = μmg
μ - hõõrdetegur, ilma ühikuta
sõltub kokkupuutuvate pindade karedusest ja materjalist, tuntud materjalide jaoks mõõdetud ja tabelitesse kantud

V ELASTSUSJÕUD

Elastsusjõud on jõud, mis tekib kehade deformeerimisel ning mis on alati suunatud vastupidiselt deformatsiooni esile kutsuvale jõule.
Elastsusjõud tekib tõmbel, väändel, survel, paindel ja nihkel.

Alustes tekkiv elastsusjõud, nim ka toereaktsiooniks

Riputusvahendis tekkiv elastsusjõud, nim ka pingeks

Vedrus tekkiv elastsusjõud
Vedrus tekkiv FE on suunatud alati vedru tasakaaluasendi poole.
Elastsusjõud kasvab järkjärgult deformatsiooni kestel.
Deformatsiooni kasv lakkab, kui kehas tekkiv elastsusjõud ja deformeeriv jõud saavad võrdseks.
Kui deformeeriv jõud ületab elastsusjõu, siis keha läheb katki.
Hooke ´i seadus:
Väikeste deformatsioonide korral on kehas tekkiv elastsusjõud võrdne keha jäikuse ja kujumuutuse korrutisega.
FE = k·Δl FE – elastsusjõud, [1 N]
Δl - keha kuju muutus, [1 m]
k – keha jäikus , [1 N/m]
Jäikus sõltub keha materjalist, mõõtmetest ja kujust .
VI RESULTANTJÕUD
Jõudu, mille mõju kehale on samasugune , kui sellele kehale üheaegselt rakendatud mite jõu mõju kokku, nim resultantjõuks.
Nt 1 Rullusisutajale mõjub veerehõõrdejõud ja õhu takistusjõud, need liidetakse resultantjõu saamiseks.
Nt 2 Paigalseisvat autot tõmmatakse trossi abil liikuma. Takistav jõud on 200 N ja veojõud 700 N. Resultantjõud on sel juhul 500 N. Liikumist takistav jõud vähendab veojõu mõju.
Kui kehale mõjuvad jõud tasakaalustavad teineteist, siis resultantjõud on null ja keha liigub ühtlaselt sirgjooneliselt või püsib paigal (Newtoni I seadus).
Näide: Uisutaja kurvis