Контактная сила — это любая сила , которая возникает в результате контакта двух объектов друг с другом. [1] Контактные силы очень распространены и отвечают за большинство видимых взаимодействий между макроскопическими скоплениями материи. Толкание автомобиля или удар по мячу — вот некоторые из повседневных примеров, когда действуют контактные силы. В первом случае сила непрерывно прикладывается к автомобилю человеком, тогда как во втором случае сила передается коротким импульсом .
Контактные силы часто разлагаются на ортогональные составляющие, одна из которых перпендикулярна контактирующей поверхности (поверхностям), называется нормальной силой , а другая параллельна контактирующей поверхности (поверхностям), называется силой трения . [1]
Не все силы являются контактными; например, вес объекта — это сила между объектом и Землей, даже если им не нужно соприкасаться. Гравитационные силы, электрические силы и магнитные силы являются телесными силами и могут существовать без контакта.
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 соприкасаются друг с другом; скорее, контактные силы являются результатом взаимодействия электронов на поверхностях объектов или вблизи них. [1] Атомы на двух поверхностях не могут проникать друг в друга без большого вложения энергии, поскольку нет низкоэнергетического состояния, для которого волновые функции электронов с двух поверхностей перекрываются; таким образом, не требуется микроскопической силы, чтобы предотвратить это проникновение. На более макроскопическом уровне такие поверхности можно рассматривать как единый объект, и два тела не проникают друг в друга из-за стабильности материи, что снова является следствием принципа исключения Паули, а также 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 из-за ядерных сил. [2]
Что касается трения, то оно является результатом как микроскопического сцепления, так и образования химических связей из-за электромагнитной силы , а также микроскопических структур, напрягающих друг друга; [3] в последнем явлении, чтобы обеспечить движение, микроскопические структуры должны либо скользить друг по другу, либо должны получить достаточно энергии, чтобы сломать друг друга. Таким образом, сила, действующая против движения, является комбинацией нормальной силы и силы, необходимой для расширения микроскопических трещин внутри материи; последняя сила снова возникает из-за электромагнитного взаимодействия . Кроме того, внутри материи создается деформация, и эта деформация 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.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )