ПОНДЕРОМОТО́РНЫЕ СИ́ЛЫ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ПОНДЕРОМОТО́РНЫЕ СИ́ЛЫ. 1) В электродинамике – силы, действующие на тела в электрич. и магнитных полях. В электрич. поле на единицу объёма изотропного жидкого или газообразного диэлектрика действует сила $$\boldsymbol f=\rho \boldsymbol E+\frac{ε_0}{2}\nabla\left[ E^2 \rho_m\left( \frac{\partial ε}{\partial \rho_m}\right)\right]-\frac{ε_0 E^2}{2}\nabla ε,$$ где $ρ$ – объёмная плотность сторонних электрич. зарядов, $\boldsymbol E$ – напряжённость электрич. поля, $ε_0$ – электрич. постоянная, $ε$ – диэлектрич. проницаемость, $ρ_m$ – плотность среды. Первое слагаемое определяет силу, действующую на сторонние электрич. заряды в среде со стороны электрич. поля. Если в среде сторонние заряды отсутствуют ($ρ=0$), а вектор электрич. поляризации $\boldsymbol P$ пропорционален плотности среды $ρ_m$, то объёмная плотность П. с. $$\boldsymbol f=\frac{ε_0(ε-1)}{2}\nabla (E^2).$$Из этого выражения следует, что т. к. $ε\gt 1$, то П. с. стремятся переместить диэлектрик в область наибольшего значения напряжённости электрич. поля.
На проводник, помещённый в электростатич. поле, действуют П. с., приложенные к его поверхности, причём сила, приходящаяся на единицу площади, равна $(ε_0E^2/2)\boldsymbol n$, где $E$ – напряжённость электрич. поля вблизи поверхности, $\boldsymbol n$ – единичный вектор, направленный вдоль внешней нормали к поверхности проводника.
В магнитном поле на единицу объёма изотропного жидкого или газообразного диа- или парамагнетика будет действовать сила$$\boldsymbol f=μμ_0\,\boldsymbol j×\boldsymbol H+\frac{μ_0}{2}\nabla \left[ H^2\rho_m\left(\frac{\partial μ}{\partial\rho_m} \right)\right]-\frac{μ_0H^2}{2}\nabla μ,$$или $$\boldsymbol f=μμ_0\,\boldsymbol j×\boldsymbol H+\frac{μ-1}{2μμ_0}\nabla(B^2),$$где $μ$ – магнитная проницаемость, $μ_0$ – магнитная постоянная, $\boldsymbol j$ – вектор плотности электрич. тока, $\boldsymbol B$ – магнитная индукция, $\boldsymbol H$ – напряжённость магнитного поля. В отсутствие электрич. токов $(\boldsymbol j=0)$ объёмная плотность П. с. равна$$\boldsymbol f=\frac{μ-1}{2μμ_0}\nabla(B^2).$$ Таким образом, П. с. стремятся переместить парамагнетик $(μ\gt 1)$ в область наибольшего значения магнитного поля, а диамагнетик $(μ\lt 1)$ – удалить из этой области. П. с. приводят также к деформации тел (электрострикции и магнитострикции). Для твёрдых изотропных и анизотропных тел выражения для П. с. имеют более сложный вид.
2) В акустике – силы, действующие на вещество или тело, помещённое в звуковое поле. П. с. проявляются в действии звуковой волны на чувствит. элементы приёмников звука, в УЗ-коагуляции, диспергировании, кавитации, в возникновении акустических течений, усталости материалов, подвергающихся длительному воздействию интенсивного акустич. излучения, во вспучивании границ раздела двух сред.
Осн. вклад в П. с. даёт звуковое давление, именно эта величина воспринимается чувствит. элементами приёмников звука. В жидкостях при интенсивности звука порядка 1 Вт/см2, характерной для ряда практич. применений в УЗ-технологии, звуковое давление составляет порядка 106 Па. В этом случае П. с. могут превысить порог прочности жидкости и вызвать кавитацию. Средняя по времени П. с., обусловленная звуковым давлением в гармонич. звуковых полях, равна нулю.
Помимо этого, в звуковых полях возникают постоянные во времени П. с., определяемые квадратичными эффектами. Обычно эти силы можно рассматривать как результат давления звукового излучения. Его величина мала; напр., в воздухе порядка 10–7 Па при интенсивности звука 10–9 Вт/см2, в воде порядка 10 Па при интенсивности звука 1 Вт/см2. Тем не менее эти П. с. приводят к заметным эффектам, проявляющимся в появлении акустич. течений, вспучивании границ раздела двух сред и др.
Значительные по величине П. с. действуют не только на элементы среды, в которой возбуждено звуковое поле, но и на граничащие с ней поверхности, а также на тела, находящиеся в среде. Так, напр., на помещённое в звуковое поле тело, размеры которого много меньше длины звуковой волны, а плотность равна плотности окружающей среды, в звуковом поле действует сила, заставляющая его колебаться вместе с частицами среды. Если плотность тела $ρ_1$ отличается от плотности ρ окружающей среды, то возникает движение тела относительно среды, причём если $ρ_1>ρ$, то тело отстаёт от частиц среды, а если $ρ_1<ρ$, то опережает их. Движение тела относительно среды вызывает дополнит. движение среды (рассеянную волну), а следовательно, и дополнит. силу реакции, действующую на тело.
Наряду с П. с. акустич. происхождения, зависящими от сжимаемости среды, на тела, помещённые в звуковое поле, действуют также П. с., вызванные движением тела относительно среды. Такие силы называются гидродинамическими. К их числу относятся сила сопротивления, которую испытывает тело, движущееся с постоянной скоростью в вязкой жидкости, а также сила Бернулли, притягивающая тела, движущиеся в жидкости или омываемые ею.
П. с. используются в разнообразных приёмниках звука, устройствах, измеряющих интенсивность звука (радиометр, диск Рэлея). На действии П. с. основаны эффекты коагуляции, дегазации жидкостей и металлов, диспергирования твёрдых тел в жидкости, эмульгирования и др., применяемые в УЗ-технологии.