La paraula "poder" és tan global que donar-li un concepte clar és una tasca gairebé impossible. La varietat des de la força muscular fins a la força de la ment no cobreix tota la gamma de conceptes invertits en ella. La força, considerada com una magnitud física, té un significat i una definició ben definits. La fórmula de la força defineix un model matemàtic: la dependència de la força dels paràmetres principals.
La història de la investigació de forces inclou la definició de la dependència dels paràmetres i la prova experimental de la dependència.
Poder en física
La força és una mesura de la interacció dels cossos. L'acció mútua dels cossos entre si descriu completament els processos associats amb un canvi en la velocitat o la deformació dels cossos.
Com a magnitud física, la força té una unitat de mesura (al sistema SI - Newton) i un dispositiu per mesurar-la: un dinamòmetre. El principi de funcionament del mesurador de força es basa en comparar la força que actua sobre el cos amb la força de la força de la molla del dinamòmetre.
Una força d'1 newton es considera la força sota la qual un cos d'1 kg de massa canvia la seva velocitat 1 m en 1 segon.
La força com a quantitat vectorial està definida:
- direcció de l'acció;
- punt d'aplicació;
- mòdul, absolutmida.
Per descriure la interacció, assegureu-vos d'indicar aquests paràmetres.
Tipus d'interaccions naturals: gravitatòria, electromagnètica, forta, feble. Les forces gravitatòries (la força de la gravitació universal amb la seva varietat - la força de la gravetat) existeixen a causa de la influència dels camps gravitatoris que envolten qualsevol cos que tingui massa. L'estudi dels camps gravitatoris no s'ha acabat fins ara. Encara no és possible trobar l'origen del camp.
Un rang de forces més gran sorgeix de la interacció electromagnètica dels àtoms que formen la matèria.
Força de pressió
Quan un cos interactua amb la Terra, exerceix pressió sobre la superfície. La força de pressió, la fórmula de la qual és: P=mg, ve determinada per la massa corporal (m). L'acceleració gravitatòria (g) té diferents valors a diferents latituds de la Terra.
La força de pressió vertical és igual en valor absolut i oposada en sentit a la força d'elasticitat que sorgeix en el suport. La fórmula de la força canvia en funció del moviment del cos.
Canvi en el pes corporal
L'acció d'un cos sobre un suport a causa de la interacció amb la Terra s'anomena sovint el pes del cos. Curiosament, la quantitat de pes corporal depèn de l'acceleració del moviment en direcció vertical. En el cas que la direcció de l'acceleració sigui oposada a l'acceleració de la caiguda lliure, s'observa un augment de pes. Si l'acceleració del cos coincideix amb la direcció de la caiguda lliure, el pes del cos disminueix. Per exemple, mentre està en un ascensor ascendent, a l'inici de l'ascens, una persona sent un augment de pes durant un temps. Assegureu-vos que la seva massacanvia, no ho fa. Al mateix temps, separem els conceptes de "pes corporal" i la seva "massa".
Força elàstica
Quan es canvia la forma d'un cos (la seva deformació), apareix una força que tendeix a tornar el cos a la seva forma original. Aquesta força va rebre el nom de "força elàstica". Sorgeix a causa de la interacció elèctrica de les partícules que formen el cos.
Considerem la deformació més senzilla: tensió i compressió. La tensió va acompanyada d'un augment de les dimensions lineals dels cossos, mentre que la compressió va acompanyada de la seva disminució. El valor que caracteritza aquests processos s'anomena elongació corporal. Denotem-ho amb "x". La fórmula de la força elàstica està directament relacionada amb l'allargament. Cada cos sotmès a deformació té els seus paràmetres geomètrics i físics. La dependència de la resistència elàstica a la deformació de les propietats del cos i del material del qual està fet està determinada pel coeficient d'elasticitat, anomenem-lo rigidesa (k).
El model matemàtic d'interacció elàstica està descrit per la llei de Hooke.
La força derivada de la deformació del cos es dirigeix contra la direcció de desplaçament de les parts individuals del cos, és directament proporcional al seu allargament:
- Fy=-kx (notació vectorial).
El signe "-" indica la direcció oposada de la deformació i la força.
No hi ha cap signe negatiu en forma escalar. La força elàstica, la fórmula de la qual té la forma següent Fy=kx, només s'utilitza per a deformacions elàstiques.
Interacció del camp magnètic amb el corrent
InfluènciaEl camp magnètic a corrent continu es descriu per la llei d'Ampère. En aquest cas, la força amb què actua el camp magnètic sobre un conductor portador de corrent col·locat en ell s'anomena força Ampère.
La interacció d'un camp magnètic amb una càrrega elèctrica en moviment provoca una manifestació de força. La força Ampere, la fórmula de la qual és F=IBlsinα, depèn de la inducció magnètica del camp (B), la longitud de la part activa del conductor (l), la intensitat del corrent (I) al conductor i l'angle. entre la direcció del corrent i la inducció magnètica.
A causa de l'última dependència, es pot argumentar que el vector del camp magnètic pot canviar quan es gira el conductor o canvia la direcció del corrent. La regla de la mà esquerra us permet establir la direcció de l'acció. Si la mà esquerra es col·loca de manera que el vector d'inducció magnètica entri al palmell, quatre dits es dirigeixen al llarg del corrent del conductor, aleshores el polze doblegat 90° mostrarà la direcció del camp magnètic.
L'ús d'aquest efecte per part de la humanitat s'ha trobat, per exemple, en els motors elèctrics. La rotació del rotor és causada per un camp magnètic creat per un potent electroimant. La fórmula de la força permet jutjar la possibilitat de canviar la potència del motor. Amb un augment de la intensitat del corrent o del camp, el parell augmenta, donant lloc a un augment de la potència del motor.
Trajectòries de partícules
La interacció d'un camp magnètic amb una càrrega s'utilitza àmpliament en espectrògrafs de masses en l'estudi de partícules elementals.
L'acció del camp en aquest cas provoca l'aparició d'una força anomenadaForça de Lorentz. Quan una partícula carregada que es mou a una velocitat determinada entra en un camp magnètic, la força de Lorentz, la fórmula de la qual té la forma F=vBqsinα, fa que la partícula es mogui en cercle.
En aquest model matemàtic, v és el mòdul de velocitat d'una partícula la càrrega elèctrica de la qual és q, B és la inducció magnètica del camp, α és l'angle entre les direccions de la velocitat i la inducció magnètica.
La partícula es mou en un cercle (o un arc de cercle), ja que la força i la velocitat es dirigeixen en un angle de 90° entre si. Canviar la direcció de la velocitat lineal provoca l'aparició d'acceleració.
La regla de la mà esquerra, comentada anteriorment, també té lloc quan s'estudia la força de Lorentz: si la mà esquerra es col·loca de manera que el vector d'inducció magnètica entri al palmell, quatre dits estesos en una línia es dirigeixen al llarg del velocitat d'una partícula carregada positivament, després el polze doblegat 90° mostra la direcció de la força.
Problemes de plasma
La interacció del camp magnètic i la matèria s'utilitza als ciclotrons. Els problemes associats a l'estudi de laboratori del plasma no permeten conservar-lo en recipients tancats. Un gas molt ionitzat només pot existir a altes temperatures. El plasma es pot mantenir en un lloc de l'espai mitjançant camps magnètics, retorçant el gas en forma d'anell. Les reaccions termonuclears controlades també es poden estudiar fent girar plasma a alta temperatura en un filament mitjançant camps magnètics.
Un exemple de l'acció d'un camp magnèticin vivo sobre gas ionitzat - Aurora Boreal. Aquest majestuós espectacle s'observa més enllà del cercle polar àrtic a una altitud de 100 km sobre la superfície terrestre. El misteriós resplendor colorit del gas només es va poder explicar al segle XX. El camp magnètic terrestre a prop dels pols no pot impedir que el vent solar penetri a l'atmosfera. La radiació més activa dirigida al llarg de les línies d'inducció magnètica provoca la ionització de l'atmosfera.
Fenòmens associats al moviment de càrrega
Històricament, la magnitud principal que caracteritza el flux de corrent en un conductor s'anomena intensitat de corrent. Curiosament, aquest concepte no té res a veure amb la força en física. La intensitat del corrent, la fórmula de la qual inclou la càrrega que flueix per unitat de temps a través de la secció transversal del conductor, és:
I=q/t, on t és el temps de flux de càrrega q
De fet, la força actual és la quantitat de càrrega. La seva unitat de mesura és Ampere (A), a diferència de N.
Determinació del treball d'una força
L'acció de força sobre una substància va acompanyada de la realització del treball. El treball d'una força és una magnitud física numèricament igual al producte de la força i el desplaçament passat sota la seva acció, i el cosinus de l'angle entre les direccions de la força i el desplaçament.
El treball desitjat de la força, la fórmula del qual és A=FScosα, inclou la magnitud de la força.
L'acció del cos va acompanyada d'un canvi en la velocitat del cos o deformació, que indica canvis simultanis d'energia. El treball realitzat per una força depènvalors.
