Ordet "makt" är så allomfattande att det är en nästan omöjlig uppgift att ge det ett tydligt koncept. Variationen från muskelstyrka till sinnets styrka täcker inte hela skalan av koncept som investeras i det. Kraft, betraktad som en fysisk storhet, har en väldefinierad betydelse och definition. Kraftformeln definierar en matematisk modell: kraftens beroende av huvudparametrarna.
Kraftforskningens historia inkluderar definitionen av beroende av parametrar och experimentella bevis för beroende.
Kraft i fysik
Styrka är ett mått på kroppars interaktion. Kropparnas ömsesidiga verkan på varandra beskriver till fullo de processer som är förknippade med en förändring i kropparnas hastighet eller deformation.
Som fysisk storhet har kraft en måttenhet (i SI-systemet - Newton) och en anordning för att mäta den - en dynamometer. Principen för kraftmätarens funktion bygger på att jämföra kraften som verkar på kroppen med kraften från dynamometerns fjäderkraft.
En kraft på 1 newton anses vara den kraft under vilken en kropp med massan 1 kg ändrar sin hastighet med 1 m på 1 sekund.
Kraft som vektorkvantitet definieras:
- handlingsriktning;
- ansökningspunkt;
- modul, absolutstorlek.
Om du beskriver interaktionen, var noga med att ange dessa parametrar.
Typer av naturliga interaktioner: gravitationell, elektromagnetisk, stark, svag. Gravitationskrafter (kraften av universell gravitation med dess variation - gravitationskraften) existerar på grund av påverkan av gravitationsfält som omger alla kroppar som har massa. Studien av gravitationsfält har ännu inte avslutats. Det är ännu inte möjligt att hitta källan till fältet.
Ett större spektrum av krafter uppstår från den elektromagnetiska interaktionen mellan atomerna som utgör materia.
Tryckkraft
När en kropp interagerar med jorden utövar den ett tryck på ytan. Tryckkraften, vars formel är: P=mg, bestäms av kroppsmassan (m). Gravitationsacceleration (g) har olika värden på olika breddgrader på jorden.
Vertik altryckets kraft är lika i absolut värde och motsatt i riktning mot den elasticitetskraft som uppstår i stödet. Kraftformeln ändras beroende på kroppens rörelse.
Förändring i kroppsvikt
Kroppens verkan på ett stöd på grund av interaktion med jorden kallas ofta för kroppens vikt. Intressant nog beror mängden kroppsvikt på rörelseaccelerationen i vertikal riktning. I fallet när accelerationsriktningen är motsatt accelerationen av fritt fall, observeras en viktökning. Om kroppens acceleration sammanfaller med riktningen för fritt fall, minskar kroppens vikt. Till exempel, i en stigande hiss, i början av uppstigningen, känner en person en ökning i vikt ett tag. Påstå att dess massaändras, det gör det inte. Samtidigt separerar vi begreppen "kroppsvikt" och dess "massa".
Elastisk kraft
När man ändrar formen på en kropp (dess deformation), uppstår en kraft som tenderar att återställa kroppen till sin ursprungliga form. Denna kraft fick namnet "elastisk kraft". Det uppstår på grund av den elektriska interaktionen mellan partiklarna som utgör kroppen.
Låt oss överväga den enklaste deformationen: spänning och kompression. Spänningen åtföljs av en ökning av kropparnas linjära dimensioner, medan kompression åtföljs av deras minskning. Värdet som kännetecknar dessa processer kallas kroppsförlängning. Låt oss beteckna det med "x". Formeln för elastisk kraft är direkt relaterad till förlängning. Varje kropp som utsätts för deformation har sina egna geometriska och fysiska parametrar. Beroendet av det elastiska motståndet mot deformation av kroppens egenskaper och materialet som det är tillverkat av bestäms av elasticitetskoefficienten, låt oss kalla det styvhet (k).
Den matematiska modellen för elastisk interaktion beskrivs av Hookes lag.
Kraften som uppstår från kroppens deformation är riktad mot förskjutningsriktningen för enskilda delar av kroppen, är direkt proportionell mot dess förlängning:
- Fy=-kx (vektornotation).
Tecknet "-" indikerar motsatt riktning av deformation och kraft.
Det finns inget negativt tecken i skalär form. Den elastiska kraften, vars formel har följande form Fy=kx, används endast för elastiska deformationer.
Interaktion mellan magnetfält och ström
Inflytandemagnetfält till likström beskrivs av Ampères lag. I det här fallet kallas kraften med vilken magnetfältet verkar på en strömförande ledare placerad i den för Ampère-kraften.
Samverkan av ett magnetfält med en rörlig elektrisk laddning orsakar en kraftmanifestation. Amperekraften, vars formel är F=IBlsinα, beror på den magnetiska induktionen av fältet (B), längden på den aktiva delen av ledaren (l), strömstyrkan (I) i ledaren och vinkeln mellan strömriktningen och den magnetiska induktionen.
På grund av det sista beroendet kan man hävda att magnetfältets vektor kan ändras när ledaren roteras eller strömriktningen ändras. Vänsterhandsregeln låter dig ställa in handlingsriktningen. Om vänster hand är placerad så att den magnetiska induktionsvektorn kommer in i handflatan, riktas fyra fingrar längs strömmen i ledaren, då kommer tummen böjd med 90° att visa riktningen för magnetfält.
Användningen av denna effekt av mänskligheten har hittats till exempel i elmotorer. Rotorns rotation orsakas av ett magnetfält som skapas av en kraftfull elektromagnet. Kraftformeln låter dig bedöma möjligheten att ändra motoreffekten. Med en ökning av ström- eller fältstyrka ökar vridmomentet, vilket resulterar i en ökning av motoreffekten.
Partikelbanor
Samspelet mellan ett magnetfält och en laddning används i stor utsträckning i masspektrografer för att studera elementarpartiklar.
Fältets verkan i detta fall orsakar uppkomsten av en kraft som kallasLorentz kraft. När en laddad partikel som rör sig med en viss hastighet kommer in i ett magnetfält, får Lorentzkraften, vars formel har formen F=vBqsinα, att partikeln rör sig i en cirkel.
I den här matematiska modellen är v hastighetsmodulen för en partikel vars elektriska laddning är q, B är fältets magnetiska induktion, α är vinkeln mellan hastighetsriktningarna och magnetisk induktion.
Partikeln rör sig i en cirkel (eller en cirkelbåge), eftersom kraft och hastighet riktas i en vinkel på 90° mot varandra. Att ändra riktningen för den linjära hastigheten orsakar uppkomsten av acceleration.
Regeln för vänsterhanden, diskuterad ovan, äger också rum när man studerar Lorentz-kraften: om vänster hand är placerad så att den magnetiska induktionsvektorn kommer in i handflatan, riktas fyra fingrar utsträckta i en linje längs hastigheten för en positivt laddad partikel, sedan visar tummen böjd 90° kraftens riktning.
Plasmaproblem
Interaktion mellan magnetfält och materia används i cyklotroner. Problemen i samband med laboratoriestudier av plasma tillåter inte att den förvaras i slutna kärl. En starkt joniserad gas kan bara existera vid höga temperaturer. Plasma kan hållas på ett ställe i rymden med hjälp av magnetfält som vrider gasen i form av en ring. Kontrollerade termonukleära reaktioner kan också studeras genom att spinna högtemperaturplasma till en filament med hjälp av magnetfält.
Ett exempel på verkan av ett magnetfältin vivo på joniserad gas - Aurora Borealis. Detta majestätiska skådespel observeras bortom polcirkeln på en höjd av 100 km över jordens yta. Det mystiska färgglada gasskenet kunde förklaras först på 1900-talet. Jordens magnetfält nära polerna kan inte hindra solvinden från att tränga in i atmosfären. Den mest aktiva strålningen som riktas längs linjerna av magnetisk induktion orsakar jonisering av atmosfären.
Fenomen förknippade med laddningsrörelse
Historiskt sett kallas den huvudsakliga storheten som kännetecknar strömflödet i en ledare strömstyrkan. Intressant nog har detta koncept ingenting att göra med kraft i fysik. Strömstyrkan, vars formel inkluderar laddningen som strömmar per tidsenhet genom ledarens tvärsnitt, är:
I=q/t, där t är laddningsflödestiden q
Den nuvarande styrkan är faktiskt mängden laddning. Dess måttenhet är Ampere (A), till skillnad från N.
Bestämma en styrkas arbete
Tvinga ingrepp på ett ämne åtföljs av utförandet av arbetet. En krafts arbete är en fysisk storhet numeriskt lika med produkten av kraften och förskjutningen som passerar under dess verkan, och cosinus för vinkeln mellan kraftens riktningar och förskjutningen.
Kraftens önskade arbete, vars formel är A=FScosα, inkluderar kraftens storlek.
Kroppens verkan åtföljs av en förändring i kroppens hastighet eller deformation, vilket indikerar samtidiga förändringar i energi. Arbetet som utförs av en styrka beror påvärden.
