Суперпозиция сил

Физика > Суперпозиция сил

 

Изучите принцип суперпозиции действия сил – описание и уравнения. Читайте про закон Кулона и влияние силы Лоренца, единичный вектор, электростатическую силу.

Принцип суперпозиции: для всех линейных сил полная отображает векторную сумму отдельных сил.

Задача обучения

• Используйте принцип суперпозиции, чтобы выявить общую реакцию, вызванную двумя или более стимулами.

Основные пункты

• Принцип суперпозиции настаивает на том, что чистая реакция в конкретном месте и времени, созданная двумя и больше стимулами, представляет собою сумму реакций, вызванных индивидуальными стимулами.
• Полная кулоновская сила (закон Кулона) на тестовом заряде приравнивается к векторной сумме всех кулоновских сил между испытательным зарядом и индивидуальными.
• Кулоновские силы не ограничивают наложение.

Термины

• Сила Лоренца – влияет на заряженную частичку в электромагнитном поле.
• Единичный вектор – вектор, чья длина составляет 1.
• Электростатическая сила – электростатический контакт между электрически заряженными частичками.

Давайте узнаем, в чем заключается принцип суперпозиции действия сил: для всех линейных систем чистая реакция в конкретном времени и месте, созданная двумя или больше стимулами, отображает сумму реакций, вызванных индивидуальными стимулами. В законе Кулона стимулы выступают силами, поэтому полная сила – векторная сумма отдельных.

Кулоновская сила

Скалярная форма закона Кулона соединяет величину и знак электростатической силы, влияющей одновременно на два точечных заряда:

(r – дистанция разделения, ε₀ – электрическая диэлектрическая проницаемость). Если произведение q₁q₂ положительно, то сила между ними – отталкивающая, а если отрицательно – притягивающая. Благодаря принципу линейной суперпозиции можно распространить закон Кулона на включение любого числа точечных зарядов, чтобы вывести силу на любом одиночном заряде через векторное сложение индивидуальных сил. Результирующий вектор выступает параллельным вектору электрического поля в точке, причем точечный заряд удален.

Чтобы определить силу на крошечном заряде в положении r из-за системы из N дискретных зарядов:

где q_i и r_i – величина и вектор положения i-го заряда,  – единичный вектор в направлении R_i = r - r_i (вектор, указывающий от зарядов q_i до q).

Это применяется к любым силам. Например, если заряд перемещается при наличии магнитного и электрического поля, то он испытает влияние электростатических и магнитных сил. Общая сила – векторная сумма обоих.

Сила Лоренца (f) на заряженной частице (q) в перемещении. Поля E и B меняются в пространстве и времени