Riječ "moć" toliko je sveobuhvatna da je davanje jasnog koncepta gotovo nemoguć zadatak. Raznolikost od mišićne snage do snage uma ne pokriva cijeli niz koncepata uloženih u to. Sila, koja se smatra fizičkom veličinom, ima dobro definirano značenje i definiciju. Formula sile definira matematički model: ovisnost sile o glavnim parametrima.
Povijest istraživanja sile uključuje definiciju ovisnosti o parametrima i eksperimentalni dokaz ovisnosti.
Moć u fizici
Snaga je mjera interakcije tijela. Međusobno djelovanje tijela jedno na drugo u potpunosti opisuje procese povezane s promjenom brzine ili deformacije tijela.
Sila kao fizička veličina ima mjernu jedinicu (u SI sustavu - Newton) i uređaj za njeno mjerenje - dinamometar. Princip rada mjerača sile temelji se na usporedbi sile koja djeluje na tijelo sa silom sile opruge dinamometra.
Sila od 1 njutna uzima se kao sila pod kojom tijelo mase 1 kg promijeni svoju brzinu za 1 m u 1 sekundi.
Definirana je sila kao vektorska veličina:
- smjer djelovanja;
- točka primjene;
- modul, apsolutnoveličina.
Opisujući interakciju, svakako navedite ove parametre.
Vrste prirodnih interakcija: gravitacijska, elektromagnetska, jaka, slaba. Gravitacijske sile (sila univerzalne gravitacije sa svojom raznolikošću - sila gravitacije) postoje zbog utjecaja gravitacijskih polja koja okružuju svako tijelo koje ima masu. Proučavanje gravitacijskih polja do sada nije završeno. Još nije moguće pronaći izvor polja.
Veći raspon sila proizlazi iz elektromagnetske interakcije atoma koji čine materiju.
Sila pritiska
Kada tijelo stupi u interakciju sa Zemljom, ono vrši pritisak na površinu. Sila pritiska, čija je formula: P=mg, određena je tjelesnom masom (m). Gravitacijsko ubrzanje (g) ima različite vrijednosti na različitim zemljopisnim širinama.
Sila vertikalnog pritiska jednaka je apsolutnoj vrijednosti i suprotna u smjeru od sile elastičnosti koja nastaje u osloncu. Formula sile se mijenja ovisno o kretanju tijela.
Promjena tjelesne težine
Djelovanje tijela na oslonac zbog interakcije sa Zemljom često se naziva težinom tijela. Zanimljivo je da količina tjelesne težine ovisi o ubrzanju kretanja u okomitom smjeru. U slučaju kada je smjer ubrzanja suprotan ubrzanju slobodnog pada, uočava se povećanje težine. Ako se ubrzanje tijela podudara sa smjerom slobodnog pada, tada se težina tijela smanjuje. Na primjer, dok je u uzlaznom dizalu, na početku uspona, osoba neko vrijeme osjeća povećanje težine. Tvrditi da je njegova masamijenja, ne mijenja se. U isto vrijeme odvajamo pojmove "tjelesne težine" i njegove "mase".
Elastična sila
Prilikom promjene oblika tijela (njegove deformacije) pojavljuje se sila koja teži vratiti tijelo u prvobitni oblik. Ova sila je dobila naziv "elastična sila". Nastaje zbog električne interakcije čestica koje čine tijelo.
Razmotrimo najjednostavniju deformaciju: napetost i kompresiju. Napetost je popraćena povećanjem linearnih dimenzija tijela, dok je kompresija popraćena njihovim smanjenjem. Vrijednost koja karakterizira ove procese naziva se produljenje tijela. Označimo ga s "x". Formula elastične sile izravno je povezana s produljenjem. Svako tijelo podvrgnuto deformaciji ima svoje geometrijske i fizičke parametre. Ovisnost elastičnog otpora na deformaciju o svojstvima tijela i materijala od kojeg je izrađena određena je koeficijentom elastičnosti, nazovimo ga krutošću (k).
Matematički model elastične interakcije opisan je Hookeovim zakonom.
Sila koja proizlazi iz deformacije tijela usmjerena je protiv smjera pomaka pojedinih dijelova tijela, izravno je proporcionalna njegovom istezanju:
- Fy=-kx (vektorska notacija).
Znak "-" označava suprotan smjer deformacije i sile.
Nema negativnog predznaka u skalarnom obliku. Elastična sila, čija formula ima sljedeći oblik Fy=kx, koristi se samo za elastične deformacije.
Interakcija magnetskog polja sa strujom
Utjecajmagnetsko polje na istosmjernu struju opisuje Amperov zakon. U ovom slučaju, sila kojom magnetsko polje djeluje na vodič kroz koji teče struja smješten u njega naziva se Amperova sila.
Interakcija magnetskog polja s pokretnim električnim nabojem uzrokuje manifestaciju sile. Amperova sila, čija je formula F=IBlsinα, ovisi o magnetskoj indukciji polja (B), duljini aktivnog dijela vodiča (l), jakosti struje (I) u vodiču i kutu između smjera struje i magnetske indukcije.
Zbog posljednje ovisnosti, može se tvrditi da se vektor magnetskog polja može promijeniti kada se vodič okrene ili promijeni smjer struje. Pravilo lijeve ruke vam omogućuje da odredite smjer djelovanja. Ako je lijeva ruka postavljena tako da vektor magnetske indukcije ulazi u dlan, četiri prsta su usmjerena duž struje u vodiču, tada će palac savijen za 90° pokazati smjer magnetsko polje.
Korišćenje ovog efekta od strane čovječanstva pronađeno je, na primjer, u električnim motorima. Rotaciju rotora uzrokuje magnetsko polje koje stvara snažan elektromagnet. Formula sile omogućuje procjenu mogućnosti promjene snage motora. S povećanjem struje ili jakosti polja, okretni moment se povećava, što rezultira povećanjem snage motora.
Trajektorije čestica
Interakcija magnetskog polja s nabojem široko se koristi u spektrografima mase u proučavanju elementarnih čestica.
Djelovanje polja u ovom slučaju uzrokuje pojavu sile tzvLorentzova sila. Kada nabijena čestica koja se kreće određenom brzinom uđe u magnetsko polje, Lorentzova sila, čija formula ima oblik F=vBqsinα, uzrokuje da se čestica kreće u krug.
U ovom matematičkom modelu, v je modul brzine čestice čiji je električni naboj q, B je magnetska indukcija polja, α je kut između smjera brzine i magnetske indukcije..
Čestica se kreće u krugu (ili luku kružnice), budući da su sila i brzina usmjerene jedna prema drugoj pod kutom od 90°. Promjena smjera linearne brzine uzrokuje pojavu ubrzanja.
Pravilo lijeve ruke, o kojem smo raspravljali, također se primjenjuje kod proučavanja Lorentzove sile: ako je lijeva ruka postavljena tako da vektor magnetske indukcije ulazi u dlan, četiri prsta ispružena u liniji usmjerena su duž brzina pozitivno nabijene čestice, tada palac savijen 90° pokazuje smjer sile.
Problemi sa plazmom
U ciklotronima se koristi interakcija magnetskog polja i materije. Problemi povezani s laboratorijskim proučavanjem plazme ne dopuštaju njezino držanje u zatvorenim posudama. Visoko ionizirani plin može postojati samo pri visokim temperaturama. Plazma se može zadržati na jednom mjestu u prostoru pomoću magnetskih polja, uvijajući plin u obliku prstena. Kontrolirane termonuklearne reakcije također se mogu proučavati vrtenjem visokotemperaturne plazme u filament pomoću magnetskih polja.
Primjer djelovanja magnetskog poljain vivo na ioniziranom plinu - Aurora Borealis. Ovaj veličanstveni spektakl promatra se iza arktičkog kruga na visini od 100 km iznad površine zemlje. Tajanstveni šareni sjaj plina mogao se objasniti tek u 20. stoljeću. Zemljino magnetsko polje u blizini polova ne može spriječiti prodiranje sunčevog vjetra u atmosferu. Najaktivnije zračenje usmjereno duž linija magnetske indukcije uzrokuje ionizaciju atmosfere.
Fenomeni povezani s kretanjem naboja
Povijesno gledano, glavna veličina koja karakterizira tok struje u vodiču naziva se jakost struje. Zanimljivo je da ovaj koncept nema nikakve veze sa silom u fizici. Jačina struje, čija formula uključuje naboj koji teče u jedinici vremena kroz poprečni presjek vodiča, je:
I=q/t, gdje je t vrijeme protoka punjenja q
U stvari, trenutna snaga je količina naboja. Njegova mjerna jedinica je Amper (A), za razliku od N.
Određivanje rada sile
Djelovanje sile na tvar popraćeno je izvođenjem rada. Rad sile je fizička veličina brojčano jednaka umnošku sile i pomaka koji je prošao pod njezinim djelovanjem, te kosinus kuta između smjerova sile i pomaka.
Željeni rad sile, čija je formula A=FScosα, uključuje veličinu sile.
Djelovanje tijela popraćeno je promjenom brzine tijela ili deformacijom, što ukazuje na istodobne promjene energije. Rad sile ovisi ovrijednosti.
