Силовое поле (физика)

Силово́е по́ле в физике — это векторное поле в пространстве, в каждой точке которого на пробную частицу действует определённая по величине и направлению сила (вектор силы).

Технически различают (как это делается и для других видов полей):

стационарные силовые поля, величина и направление которых могут зависеть исключительно от точки пространства (координат x, у, z), и
нестационарные силовые поля, зависящие также от момента времени t.

Также:

однородное силовое поле, для которого сила, действующая на пробную частицу, одинакова во всех точках пространства и
неоднородное силовое поле, не обладающее таким свойством.

Наиболее простым для исследования является стационарное однородное силовое поле, но оно же представляет собой и наименее общий случай.

Потенциальные поля

Если работа сил поля, действующих на перемещающуюся в нём пробную частицу, не зависит от траектории частицы, и определяется только её начальным и конечным положениями, то такое поле называется потенциальным. Для него можно ввести понятие потенциальной энергии частицы — некоторой функции координат частиц такой, что разность её значений в точках 1 и 2 равна работе, совершаемой полем при перемещении частицы из точки 1 в точку 2.

Сила в потенциальном поле выражается через потенциальную энергию как её градиент:

{\vec {F}}=-\mathrm {grad} \ U.

Примеры потенциальных силовых полей:

Ньютоново поле тяготения. Для поля материальной точки справедливо:
${\vec {g}}({\vec {r}})=-G{\frac {M}{r^{3}}}{\vec {r}}$

$U({\vec {r}})=-G{\frac {mM}{r}}$

где ${\vec {g}}$ — напряженность поля (ускорение свободного падения), $U$ - потенциальная энергия, M — масса материальной точки, ${\vec {r}}$ — радиус-вектор, проведённый от материальной точки в точку наблюдения, r — длина этого радиуса-вектора, m — масса пробной частицы, G — некая константа (называемая гравитационной постоянной), численное значение которой зависит от выбранной системы единиц измерения.
Электростатическое поле.
Поле упругих деформаций.

Литература

Е. П. Разбитная, В. С. Захаров «Курс теоретической физики», книга 1. — Владимир, 1998.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.