Cuvântul „putere” este atât de atotcuprinzător încât a-i oferi un concept clar este o sarcină aproape imposibilă. Varietatea de la forța musculară la forța minții nu acoperă întreaga gamă de concepte investite în ea. Forța, considerată ca mărime fizică, are un sens și o definiție bine definite. Formula forței definește un model matematic: dependența forței de parametrii principali.
Istoria cercetării forței include definiția dependenței de parametri și dovada experimentală a dependenței.
Puterea în fizică
Forța este o măsură a interacțiunii corpurilor. Acțiunea reciprocă a corpurilor unul asupra celuil alt descrie pe deplin procesele asociate cu o schimbare a vitezei sau deformarii corpurilor.
Ca mărime fizică, forța are o unitate de măsură (în sistemul SI - Newton) și un dispozitiv pentru măsurarea acesteia - un dinamometru. Principiul de funcționare al forțemetrului se bazează pe compararea forței care acționează asupra corpului cu forța forței arcului dinamometrului.
O forță de 1 newton este considerată forța sub care un corp cu masa de 1 kg își modifică viteza cu 1 m într-o secundă.
Forța ca mărime vectorială este definită:
- direcția acțiunii;
- punct de aplicare;
- modul, absolutdimensiune.
Descrierea interacțiunii, asigurați-vă că indicați acești parametri.
Tipuri de interacțiuni naturale: gravitaționale, electromagnetice, puternice, slabe. Forțele gravitaționale (forța gravitației universale cu varietatea ei - forța gravitației) există datorită influenței câmpurilor gravitaționale care înconjoară orice corp care are masă. Studiul câmpurilor gravitaționale nu a fost finalizat până acum. Nu este încă posibil să găsiți sursa câmpului.
O gamă mai mare de forțe rezultă din interacțiunea electromagnetică a atomilor care alcătuiesc materia.
Forța de presiune
Când un corp interacționează cu Pământul, acesta exercită presiune asupra suprafeței. Forța de presiune, a cărei formulă este: P=mg, este determinată de masa corporală (m). Accelerația gravitațională (g) are valori diferite la diferite latitudini ale Pământului.
Forța presiunii verticale este egală ca valoare absolută și opusă ca direcție forței de elasticitate care apare în suport. Formula forței se modifică în funcție de mișcarea corpului.
Modificarea greutății corporale
Acțiunea unui corp asupra unui suport datorită interacțiunii cu Pământul este adesea denumită greutatea corpului. Interesant este că cantitatea de greutate corporală depinde de accelerația mișcării în direcția verticală. În cazul în care direcția de accelerație este opusă accelerației căderii libere, se observă o creștere a greutății. Dacă accelerația corpului coincide cu direcția căderii libere, atunci greutatea corpului scade. De exemplu, în timp ce se află într-un lift ascendent, la începutul ascensiunii, o persoană simte o creștere în greutate pentru un timp. Afirmați că masa sase schimba, nu. În același timp, separăm conceptele de „greutate corporală” și de „masă”.
Forța elastică
La schimbarea formei unui corp (deformarea acestuia), apare o forță care tinde să readucă corpul la forma inițială. Această forță a primit numele de „forță elastică”. Apare din cauza interacțiunii electrice a particulelor care alcătuiesc corpul.
Să luăm în considerare cea mai simplă deformare: tensiune și compresie. Tensiunea este însoțită de o creștere a dimensiunilor liniare ale corpurilor, în timp ce compresia este însoțită de scăderea acestora. Valoarea care caracterizează aceste procese se numește alungirea corpului. Să o notăm cu „x”. Formula forței elastice este direct legată de alungire. Fiecare corp supus deformarii are propriii parametri geometrici si fizici. Dependența rezistenței elastice la deformare de proprietățile corpului și ale materialului din care este realizat este determinată de coeficientul de elasticitate, să-i spunem rigiditate (k).
Modelul matematic al interacțiunii elastice este descris de legea lui Hooke.
Forța rezultată din deformarea corpului este îndreptată împotriva direcției de deplasare a părților individuale ale corpului, este direct proporțională cu alungirea acestuia:
- Fy=-kx (notație vectorială).
Semnul „-” indică direcția opusă de deformare și forță.
Nu există niciun semn negativ în formă scalară. Forța elastică, a cărei formulă are următoarea formă Fy=kx, este utilizată numai pentru deformații elastice.
Interacțiunea câmpului magnetic cu curentul
Influențăcâmpul magnetic la curent continuu este descris de legea lui Ampère. În acest caz, forța cu care acționează câmpul magnetic asupra unui conductor purtător de curent plasat în el se numește forța Ampère.
Interacțiunea unui câmp magnetic cu o sarcină electrică în mișcare provoacă o manifestare de forță. Forța Amperi, a cărei formulă este F=IBlsinα, depinde de inducerea magnetică a câmpului (B), de lungimea părții active a conductorului (l), de puterea curentului (I) în conductor și de unghi. între direcția curentului și inducția magnetică.
Datorită ultimei dependențe, se poate argumenta că vectorul câmpului magnetic se poate schimba atunci când conductorul este rotit sau direcția curentului se schimbă. Regula mâinii stângi vă permite să setați direcția de acțiune. Dacă mâna stângă este poziționată astfel încât vectorul de inducție magnetică să intre în palmă, patru degete sunt direcționate de-a lungul curentului din conductor, atunci degetul mare îndoit cu 90° va arăta direcția câmp magnetic.
Utilizarea acestui efect de către omenire a fost găsită, de exemplu, în motoarele electrice. Rotația rotorului este cauzată de un câmp magnetic creat de un electromagnet puternic. Formula de forță vă permite să judecați posibilitatea de a schimba puterea motorului. Odată cu creșterea intensității curentului sau a câmpului, cuplul crește, rezultând o creștere a puterii motorului.
Traiectorii particulelor
Interacțiunea unui câmp magnetic cu o sarcină este utilizată pe scară largă în spectrografele de masă în studiul particulelor elementare.
Acțiunea câmpului în acest caz provoacă apariția unei forțe numiteforța Lorentz. Când o particulă încărcată care se mișcă cu o anumită viteză intră într-un câmp magnetic, forța Lorentz, a cărei formulă are forma F=vBqsinα, face ca particula să se miște într-un cerc.
În acest model matematic, v este modulul de viteză al unei particule a cărei sarcină electrică este q, B este inducția magnetică a câmpului, α este unghiul dintre direcțiile vitezei și inducția magnetică.
Particula se mișcă într-un cerc (sau un arc de cerc), deoarece forța și viteza sunt direcționate la un unghi de 90° una față de ceal altă. Schimbarea direcției vitezei liniare provoacă apariția accelerației.
Regula mâinii stângi, discutată mai sus, are loc și la studierea forței Lorentz: dacă mâna stângă este poziționată astfel încât vectorul de inducție magnetică să intre în palmă, patru degete întinse într-o linie sunt îndreptate de-a lungul viteza unei particule încărcate pozitiv, apoi degetul mare îndoit 90° arată direcția forței.
Probleme cu plasmă
Interacțiunea câmpului magnetic și a materiei este folosită în ciclotroni. Problemele asociate studiului de laborator al plasmei nu permit păstrarea acesteia în vase închise. Un gaz puternic ionizat poate exista doar la temperaturi ridicate. Plasma poate fi păstrată într-un singur loc în spațiu prin intermediul câmpurilor magnetice, răsucirea gazului sub formă de inel. Reacțiile termonucleare controlate pot fi studiate și prin rotirea plasmei la temperatură în altă într-un filament folosind câmpuri magnetice.
Un exemplu de acțiune a unui câmp magneticin vivo pe gaz ionizat - Aurora Borealis. Acest spectacol maiestuos este observat dincolo de Cercul Arctic la o altitudine de 100 km deasupra suprafeței pământului. Stralucirea misterioasa colorata a gazului a putut fi explicata abia in secolul al XX-lea. Câmpul magnetic al Pământului în apropierea polilor nu poate împiedica pătrunderea vântului solar în atmosferă. Radiația cea mai activă direcționată de-a lungul liniilor de inducție magnetică provoacă ionizarea atmosferei.
Fenomene asociate cu mișcarea de încărcare
Din punct de vedere istoric, cantitatea principală care caracterizează fluxul de curent într-un conductor se numește puterea curentului. Interesant este că acest concept nu are nimic de-a face cu forța în fizică. Puterea curentului, a cărei formulă include sarcina care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a conductorului, este:
I=q/t, unde t este timpul debitului de încărcare q
De fapt, puterea curentă este cantitatea de încărcare. Unitatea sa de măsură este Amperi (A), spre deosebire de N.
Determinarea muncii unei forțe
Acțiunea forțată asupra unei substanțe este însoțită de efectuarea muncii. Lucrul unei forțe este o mărime fizică egală numeric cu produsul dintre forța și deplasarea trecută sub acțiunea acesteia și cosinusul unghiului dintre direcțiile forței și deplasarea.
Lucrul dorit al forței, a cărui formulă este A=FScosα, include mărimea forței.
Acțiunea corpului este însoțită de o modificare a vitezei corpului sau de deformare, ceea ce indică schimbări simultane de energie. Munca făcută de o forță depinde devalori.
