В физике объемная сила — это сила, действующая во всем объеме тела. [1] Силы гравитации , электрических и магнитных полей являются примерами массовых сил. Объемные силы контрастируют с контактными силами или поверхностными силами , которые действуют на поверхность объекта. Другими примерами объемных сил являются фиктивные силы, такие как центробежная сила , сила Эйлера и эффект Кориолиса .
Объемная сила — это просто тип силы, поэтому она имеет те же размеры , что и сила , [M][L][T] −2 . Однако часто удобно говорить о массовой силе как о силе на единицу объема или силе на единицу массы . Если интерес представляет сила на единицу объема , ее называют плотностью силы во всей системе.
Объемная сила отличается от контактной силы тем, что для передачи силы не требуется контакт. Таким образом, общие силы, связанные с градиентами давления и кондуктивной и конвективной теплопередачей, не являются объемными силами, поскольку для существования они требуют контакта между системами. С другой стороны, радиационная теплопередача является прекрасным примером объемной силы. [ сомнительно ]
Дополнительные примеры общих телесных сил включают в себя;
Фиктивные силы (или силы инерции) можно рассматривать как объемные силы. Общие силы инерции:
Однако фиктивные силы на самом деле не являются силами. Скорее, они являются поправками ко второму закону Ньютона , когда он сформулирован в ускоряющейся системе отсчета . (Гравитация также может считаться фиктивной силой в контексте общей теории относительности .)
Плотность силы тела определяется так, что ее объемный интеграл (по интересующему объему) дает общую силу, действующую на все тело;
где d V — бесконечно малый элемент объема , а f — поле плотности внешних массовых сил , действующих на систему.
Как и любая другая сила, объемная сила заставляет объект ускоряться. Для нежесткого объекта второй закон Ньютона , примененный к элементу небольшого объема, равен
где ρ ( r ) — плотность массы вещества, ƒ — плотность силы, а a ( r ) — ускорение , и все это в точке r .
В случае тела, находящегося в гравитационном поле на поверхности планеты, a ( r ) почти постоянна ( g ) и однородна. Рядом с Землей
В этом случае просто
где m — масса тела.