Само выветривание не приводит к образованию форм рельефа, а лишь превращает твёрдые породы в рыхлые и подготавливает материал к передвижению. Результатом такого передвижения являются различные формы рельефа.
Действие силы тяжести
Под действием силы тяжести породы, разрушенные , перемещаются но поверхности Земли с возвышенных участков в более низкие. Каменные глыбы, щебень, песок часто устремляются вниз с крутых горных склонов, порождая обвалы и осыпи.
Под действием силы тяжести возникают оползни и сели . Они переносят огромные массы пород. Оползни представляют собой сползание масс горных пород вниз по склону. Они образуются по берегам водоёмов, на склонах холмов и гор после сильных дождей или таяния снега. Верхний рыхлый слой горных пород становится тяжелее при насыщении водой и сползает по нижнему, не пропускающему воду слою. Ливневые дожди и быстрое таяние снегов также вызывают в горах грязекаменные потоки сели. Они с разрушительной силой движутся вниз по склону, снося всё на своём пути. Оползни и сели приводят к авариям и гибели людей.
Деятельность текучих вод
Важнейший преобразователь рельефа - движущаяся вода, которая выполняет большую разрушительную и созидательную работу. Реки прорезают широкие речные долины на равнинах, глубокие каньоны и ущелья в горах. Небольшие водные потоки создают на равнинах овражно-балочный рельеф.
Текучие поды не только создают углубления на поверхности, но и захватывают обломки горных пород, переносят их и откладывают во впадинах или и собственных долинах. Так из речных наносов вдоль рек формируются плоские равнины
Карст
В тех районах, где близко к земной поверхности залегают легкорастворимые горные породы (известняки, гипс, мел, каменная соль), наблюдаются удивительные природные явления. Реки и ручьи, растворяя горные породы, исчезают с поверхности и устремляются в глубь земных недр. Явления, связанные с растворением горных пород поверхностными и , называются карстом. Растворение пород приводит к образованию карстовых форм рельефа: пещер, пропастей, шахт, воронок, иногда заполненных водой. Красивейшие сталактиты (многометровые известковые «сосульки») и сталагмиты («колонны» из известковых наростов) образуют в пещерах причудливые скульптуры.
Деятельность ветра
На открытых безлесных пространствах ветер перемещает гигантские скопления песчаных или глинистых частиц, создавая эоловые формы рельефа (Эол бог покровитель ветра в древнегреческой мифологии). Большинство песчаных покрыто барханами песчаными холмами. Иногда они достигают высоты 100 метров. Сверху бархан имеет вид серпа.
Двигаясь с большой скоростью, частички песка и щебня обрабатывают каменные глыбы подобно наждачной бумаге. Этот процесс идёт быстрее у поверхности земли, где песчинок больше.
В результате деятельности ветра могут накапливаться плотные отложения из пылеватых частиц.
Такие однородные пористые породы серовато-жёлтого цвета называются лёссами.
Деятельность ледников
Деятельность человека
Большую роль в изменении рельефа играет человек. Особенно сильно изменены его деятельностью равнины. Люди издавна селятся на равнинах, они строят дома и дороги, засыпают овраги, сооружают насыпи. Человек изменяет рельеф при добыче : выкапываются огромные карьеры, насыпаются холмы-терриконы - отвалы пустой породы.
Масштабы человеческой деятельности могут быть сравнимы с природными процессами. Например, реки вырабатывают свои долины, вынося горные породы, а человек строит сопоставимые по размерам каналы.
Формы рельефа, созданные человеком, называются антропогенными. Антропогенное изменение рельефа происходит с помощью современной техники и довольно быстрыми темпами.
Движущаяся вода и ветер выполняют огромную разрушительную работу, которая называется (от латинского слова erosio разъедание). Эрозия земель - природный процесс. Однако он усиливается в результате хозяйственной деятельности людей: распашки склонов, вырубки лесов, неумеренного выпаса скота, прокладки дорог. Только за последние сто лет эрозии подверглась третья часть всех обрабатываемых земель мира. Наибольших эти процессы достигли в крупных земледельческих районах России, Китая и США.
Формирование рельефа Земли
Особенности рельефа Земли
ВНЕШНИЕ И ВНУТРЕННИЕ СИЛЫ . В механике внешними силами по отношению к данной системе материальных точек (т. е. такой совокупности материальных точек, в которой движение каждой точки зависит от положений или движений всех остальных точек) называются те силы, которые представляют собой действие на эту систему других тел (других систем материальных точек), не включенных нами в состав данной системы. Внутренними силами являются силы взаимодействия между отдельными материальными точками данной системы. Подразделение сил на внешние и внутренние является совершенно условным: при изменении заданного состава системы некоторые силы, ранее бывшие внешними, могут стать внутренними, и обратно. Так, например, при рассмотрении движения системы, состоящей из земли и ее спутника луны, силы взаимодействия между этими телами будут внутренними силами для этой системы, а силы притяжения солнца, остальных планет, их спутников и всех звезд будут внешними силами по отношению к указанной системе. Но если изменить состав системы и рассматривать движение солнца и всех планет как движение одной общей системы, то внешними силами будут только силы притяжений, оказываемых звездами; все же силы взаимодействия между планетами, их спутниками и солнцем становятся для этой системы силами внутренними.
Точно так же, если при движении паровоза выделим поршень парового цилиндра как отдельную систему материальных точек, подлежащую нашему рассмотрению, то давление пара на поршень по отношению к нему явится внешней силой, и то же давление пара будет одной из внутренних сил, если будем рассматривать движение всего паровоза в целом; в этом случае внешними силами по отношению ко всему паровозу, принятому за одну систему, будут: трение между рельсами и колесами паровоза, сила тяжести паровоза, реакция рельсов и сопротивление воздуха; внутренними силами будут все силы взаимодействия между частями паровоза, например, силы взаимодействия между паром и поршнем цилиндра, между ползуном и его параллелями, между шатуном и пальцем кривошипа, и т. п. Как видим, по существу нет различия между внешними и внутренними силами, относительное же различие между ними определяется лишь в зависимости от того, какие тела мы включаем в рассматриваемую систему и какие считаем не входящими в состав системы. Однако указанное относительное различие сил имеет весьма существенное значение при исследовании движения данной системы; по третьему закону Ньютона (о равенстве действия и противодействия), внутренние силы взаимодействия между каждыми двумя материальными точками системы равны по величине и направлены по одной и той же прямой в противоположные стороны; благодаря этому при разрешении различных вопросов о движении системы материальных точек возможно исключить все внутренние силы из уравнений движения системы и тем самым сделать возможным самое исследование о движении всей системы. Этот метод исключения внутренних, в большинстве случаев неизвестных, сил связи имеет существенное значение при выводах различных законов механики системы.
Внешняя сила - это мера взаимодействия между телами. В задачах сопротивления материалов внешние силы считаются всегда заданными. К внешним силам относятся также реакции опор (связей).
Внешние силы делятся на объемные и поверхностные . Объемные силы приложены к каждой частице тела по всему его объему. Примером объемных сил являются силы веса и силы инерции. Часто задают простой закон изменения этих сил по объему. Объемные силы определяются их интенсивностью, как предел отношения равнодействующей сил в рассматриваемом элементарном объеме к величине этого объема, стремящего к нулю: \lim_{\Delta V\to0}{\Delta F \over \Delta V} и измеряются в Н/м 3 .
Поверхностные силы
делятся на сосредоточенные
и распределенные
.
Сосредоточенными
считаются силы, приложенные к малой поверхности, размеры которой малы по сравнению с размерами тела. Однако при расчете напряжений вблизи зоны приложения силы нагрузку следует считать распределенной. К сосредоточенным нагрузкам относят не только сосредоточенные силы, но и пары сил, примером которых можно считать нагрузку, создаваемую гаечным ключом при закручивании гайки. Сосредоточенные усилия измеряются в кН
.
Распределенные нагрузки
бывают распределенными по длине и по площади. К распределенным нагрузкам относят давление жидкости, газа или другого тела. Распределенные силы измеряются, как правило, в кН/м
(распределенные по длине) и кН/м 2
(распределенные по площади).
Все внешние нагрузки можно разделить на статические
и динамические
.
Статическими
считаются нагрузки, в процессе приложения которых возникающие силы инерции малы и ими можно пренебречь.
Если силы инерции велики (к примеру – землетрясение) – нагрузки считаются динамическими
. Примерами таких нагрузок также могут служить внезапно приложенные нагрузки
, ударные
и повторно-переменные
.
Внезапно приложенные нагрузки
передаются на сооружение сразу
полной своей величиной (к примеру давление колес локомотива, входящего на мост).
Ударные нагрузки
возникают при быстром изменении скорости соприкасающихся элементов конструкции, например» при ударе бабы копра о сваю при ее забивке.
Повторно-переменные
нагрузки действуют на элементы конструкции, повторяясь значительное число раз. Таковы, например, повторные давления пара, попеременно растягивающие и сжимающие шток поршня и шатун паровой машины. Во многих случаях нагрузка представляет собой комбинацию нескольких видов динамических воздействий.
Внутренние силы
В результате действия внешних сил в теле возникают внутренние силы
.
Внутренняя сила
- силы взаимодействия между частями одного тела, возникающие под действием внешних сил.
Внутренние силы являются самоуравновешенными, поэтому они не видны и не влияют на равновесие тела. Определяют внутренние силы методом сечения.
Внешние нагрузки приводят к следующим видам напряженно-деформированного состояния:
- Изгиб
- Кручение
Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом
Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!
Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.
Сила тяжести
На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли . Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле
Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз .
Сила трения
Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:
Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.
Сила реакции опоры
Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы "говорит" реагирует опора . Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, "сопротивляются".
Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.
Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как
Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.
Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра
Сила упругости
Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину - уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации - сила упругости.
Закон Гука
Сила упругости направлена противоположно деформации.
Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра
При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле
При параллельном соединении жесткость
Жесткость образца. Модуль Юнга.
Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.
Подробнее о свойствах твердых тел .
Вес тела
Вес тела - это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести - сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес - результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же - сила, которая приложена на опору (не на предмет)!
Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .
Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.
Сила реакции опоры и вес - силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес - это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.
Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью . Невесомость - состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!
Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила
Обратите внимание, вес - сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: "Сколько ты весишь"? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!
Перегрузка - отношение веса к силе тяжести
Сила Архимеда
Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:
В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.
Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше - тонет.
Электрические силы
Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона , сила Ампера , сила Лоренца , подробно рассмотрены в разделе Электричество .
Схематичное обозначение действующих на тело сил
Часто тело моделируют материальной точкой . Поэтому на схемах различные точки приложения переносят в одну точку - в центр, а тело изображают схематично кругом или прямоугольником.
Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.
Главное запомнить
1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы
Различают внешнее (сухое) и внутреннее (вязкое) трение. Внешнее трение возникает между соприкасающимися твердыми поверхностями, внутреннее - между слоями жидкости или газа при их относительном движении. Существует три вида внешнего трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.
Трение качения определяется по формуле
Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или в газе. Величина силы сопротивления зависит от размеров и формы тела, скорости его движения и свойств жидкости или газа. При небольших скоростях движения сила сопротивления пропорциональна скорости тела
При больших скоростях пропорциональна квадрату скорости
Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила 
А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести 
Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.
Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.
При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.
Динамическая анатомия
АНАЛИЗ ПОЛОЖЕНИЙ И ДВИЖЕНИЙ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА.
Основные положения этого теоретического курса были разработаны П.Ф. Лесгафтом и носили название «Курс теории телесных движений». Этот курс включал в себя анализ общих законов строения человека, движения в суставах, положений тела человека в пространстве во время движения.
Анализ положений тела в пространстве предполагал изучение движений человека в определенной последовательности:
- Морфология движения или положения – была основана на чисто визуальном ознакомлении с позой, тем упражнением, которое предполагалось выполнять. При этом подробно рассматривались положение в пространстве тела и его отдельных частей – головы, туловища, конечностей.
- Механика положений тела – при этом предлагаемое к выполнению упражнение рассматривалось с точки зрения законов механики. А это предполагало обязательное ознакомление с теми силами, которые оказывают на тело человека свое действие.
Любое движение, упражнение, положение тела осуществляется при взаимодействии сил, оказывающих действие на тело человека. Эти силы подразделяют на внешние и внутренние.
ВНЕШНИЕ СИЛЫ – силы, действующие на человека извне, при взаимодействии его с внешними телами (земля, гимнастические снаряды, любые предметы).
1. СИЛА ТЯЖЕСТИ – это сила с которой тело притягивается к земле. Она равна весу или массе тела, приложена к его центру и направлена вертикально вниз. Точкой приложения этой силы является общий центр тяжести тела – ОЦТ. ОЦТ складывается из центров тяжести отдельных сегментов тела.
При движении тела вниз сила тяжести является движущей силой, т.е. помогает движению;
При движении вверх – тормозит движение (мешает);
При движении по горизонтали – оказывает нейтральноедействие.
2. СИЛА РЕАКЦИИ ОПОРЫ – это сила, с которой площадь опоры действует на тело.
При этом, если тело сохраняет вертикальное положение , то сила реакции опоры равна силе тяжести и направлена противоположно ей, т.е. вверх .
При ходьбе, беге, прыжках в длину с места сила реакции опоры будет направлена под углом к площади опоры и по правилу параллелограмма сил может быть разложена на вертикальную и горизонтальную составляющие .
А. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ СИЛЫ РЕАКЦИИ ОПОРЫ – направлена вверх, противоположно силе тяжести (ее зеркальное отражение).
Б. ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ (ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ СИЛУ ТРЕНИЯ) – направлена противоположно направлению движения. Без силы трения движение невозможно. Иногда искусственно увеличивают эту силу – тартановые покрытия беговых дорожек.
3. СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ СРЕДЫ – эта сила может или тормозить движение или способствовать ему.
Уменьшить тормозящее влияние среды можно приняв наиболее выгодную (обтекаемую) форму тела, а увеличить силу сопротивление среды можно за счет увеличения поверхности отталкивания (у пловцов – ласты, у гребцов - лопасть весла).
4. СИЛА ИНЕРЦИИ – сила, возникающая при движении тела с ускорением. Рациональное использование силы инерции позволяет экономить мышечную энергию. Эта сила может быть центростремительной , т.е. направлена к центру вращения и центробежной – направлена от центра вращения. Эти силы противоположны по направлению. Если они равны, то тело остается в покое, если нет, то тело движется в сторону большей из них. Для бегуна сила попутного ветра является движущей, т.е. помогает движению, а сила встречного ветра – тормозящей.