Контактное усилие любая сила , которая требует контакта произойти. [1] Контактные силы распространены повсеместно и ответственны за наиболее видимые взаимодействия между макроскопическими скоплениями 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 коротким импульсом . Контактные силы часто разлагаются на ортогональные компоненты, одна перпендикулярная контактирующей поверхности (ям), называемая нормальной силой , а другая параллельная поверхности (ям) в контакте, называемаясила трения . [1]
Микроскопическое происхождение контактных сил разнообразно. Нормальная сила является прямым результатом принципа исключения Паули, а не истинной силой как таковой: повседневные предметы на самом деле не касаются друг друга; скорее, контактные силы являются результатом взаимодействий электронов на поверхностях объектов или вблизи них. [1] Атомы на двух поверхностях не могут проникать друг в друга без больших затрат энергии, потому что нет состояния с низкой энергией, для которого электронная волновая функция функционирует.от двух поверхностей перекрываются; таким образом, для предотвращения этого проникновения не требуется микроскопического усилия. На более макроскопическом уровне такие поверхности можно рассматривать как единый объект, и два тела не проникают друг в друга из-за устойчивости материи, которая снова является следствием принципа исключения Паули, но также и фундаментальных сил природы : Трещины в телах 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 образования химической связи из-за электромагнитной силы , а также напряжения микроскопических структур 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 материи; последняя сила снова возникает из-за электромагнитного взаимодействия . Кроме того, внутри вещества создается напряжение, и это напряжение возникает из-за комбинации электромагнитных взаимодействий. (поскольку электроны притягиваются к ядрам и отталкиваются друг от друга) и принципа исключения Паули, последний работает аналогично случаю нормальной силы.
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Плеша, Грей и Костанцо (2010). Инженерная механика - Статика . Макгроу-Хилл . стр. 8 -9.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
- ^ Либ, EH (1991). Устойчивость материи. В «Стабильность материи: от атомов к звездам» (стр. 483-499). Шпрингер, Берлин, Гейдельберг
- ^ Чен, З., Khajeh А., Martini, A., & Kim, SH (2019). Химические и физические причины трения на поверхностях с атомными ступенями. Успехи науки, 5 (8), eaaw0513.
