Slovo „moc“je také všezahŕňajúce, že dať mu jasný koncept je takmer nemožná úloha. Rozmanitosť od svalovej sily po silu mysle nepokrýva celú škálu konceptov, ktoré sú do nej investované. Sila, považovaná za fyzikálnu veličinu, má presne definovaný význam a definíciu. Silový vzorec definuje matematický model: závislosť sily od hlavných parametrov.
História výskumu sily zahŕňa definíciu závislosti od parametrov a experimentálny dôkaz závislosti.
Sila vo fyzike
Sila je mierou interakcie telies. Vzájomné pôsobenie telies na seba plne popisuje procesy spojené so zmenou rýchlosti alebo deformácie telies.
Ako fyzikálna veličina má sila mernú jednotku (v sústave SI - Newton) a zariadenie na jej meranie - dynamometer. Princíp činnosti silomera je založený na porovnávaní sily pôsobiacej na teleso so silou sily pružiny dynamometra.
Sila 1 newton sa považuje za silu, pri ktorej teleso s hmotnosťou 1 kg zmení svoju rýchlosť o 1 m za 1 sekundu.
Sila ako vektorová veličina je definovaná:
- smer pôsobenia;
- aplikačný bod;
- modul, absolútnyveľkosť.
Pri popise interakcie nezabudnite uviesť tieto parametre.
Typy prirodzených interakcií: gravitačné, elektromagnetické, silné, slabé. Gravitačné sily (sila univerzálnej gravitácie s jej rozmanitosťou - sila gravitácie) existujú v dôsledku vplyvu gravitačných polí obklopujúcich akékoľvek teleso, ktoré má hmotnosť. Štúdium gravitačných polí doteraz nebolo ukončené. Zatiaľ nie je možné nájsť zdroj poľa.
Väčší rozsah síl vzniká z elektromagnetickej interakcie atómov, ktoré tvoria hmotu.
Tlaková sila
Keď teleso interaguje so Zemou, vyvíja tlak na povrch. Tlaková sila, ktorej vzorec je: P=mg, je určená telesnou hmotnosťou (m). Gravitačné zrýchlenie (g) má rôzne hodnoty v rôznych zemepisných šírkach Zeme.
Sila vertikálneho tlaku sa rovná absolútnej hodnote a je v opačnom smere ako sila pružnosti vznikajúca v podpere. Silový vzorec sa mení v závislosti od pohybu tela.
Zmena telesnej hmotnosti
Pôsobenie tela na podperu v dôsledku interakcie so Zemou sa často označuje ako hmotnosť tela. Zaujímavosťou je, že množstvo telesnej hmotnosti závisí od zrýchlenia pohybu vo vertikálnom smere. V prípade, že smer zrýchlenia je opačný k zrýchleniu voľného pádu, pozoruje sa zvýšenie hmotnosti. Ak sa zrýchlenie tela zhoduje so smerom voľného pádu, potom sa hmotnosť tela zníži. Napríklad pri stúpajúcom výťahu na začiatku stúpania človek na chvíľu pociťuje nárast hmotnosti. Tvrdiť, že jeho hmotnosťzmení, nie je. Zároveň oddeľujeme pojmy „telesná hmotnosť“a jej „hmotnosť“.
Elastická sila
Pri zmene tvaru telesa (jeho deformácii) sa objaví sila, ktorá má tendenciu vrátiť teleso jeho pôvodný tvar. Táto sila dostala názov „elastická sila“. Vzniká v dôsledku elektrickej interakcie častíc, ktoré tvoria telo.
Uvažujme najjednoduchšiu deformáciu: napätie a stlačenie. Napätie je sprevádzané nárastom lineárnych rozmerov telies, zatiaľ čo stláčanie je sprevádzané ich poklesom. Hodnota charakterizujúca tieto procesy sa nazýva telesné predĺženie. Označme ho „x“. Vzorec elastickej sily priamo súvisí s predĺžením. Každé deformované teleso má svoje vlastné geometrické a fyzikálne parametre. Závislosť elastického odporu proti deformácii od vlastností telesa a materiálu, z ktorého je vyrobené, je určená koeficientom pružnosti, nazvime ho tuhosť (k).
Matematický model elastickej interakcie popisuje Hookov zákon.
Sila vznikajúca pri deformácii telesa smeruje proti smeru posunu jednotlivých častí telesa, je priamo úmerná jeho predĺženiu:
- Fy=-kx (vektorový zápis).
Znamienko "-" označuje opačný smer deformácie a sily.
V skalárnej forme nie je žiadne záporné znamienko. Elastická sila, ktorej vzorec má nasledujúci tvar Fy=kx, sa používa iba pre elastické deformácie.
Interakcia magnetického poľa s prúdom
Vplyvmagnetické pole na jednosmerný prúd popisuje Ampérov zákon. V tomto prípade sila, ktorou magnetické pole pôsobí na vodič s prúdom, ktorý je v ňom umiestnený, sa nazýva ampérová sila.
Interakcia magnetického poľa s pohybujúcim sa elektrickým nábojom spôsobuje silový prejav. Ampérová sila, ktorej vzorec je F=IBlsinα, závisí od magnetickej indukcie poľa (B), dĺžky aktívnej časti vodiča (l), sily prúdu (I) vo vodiči a uhla. medzi smerom prúdu a magnetickou indukciou.
Vzhľadom na poslednú závislosť možno tvrdiť, že pri otáčaní vodiča alebo zmene smeru prúdu sa môže meniť vektor magnetického poľa. Pravidlo ľavej ruky vám umožňuje nastaviť smer akcie. Ak je ľavá ruka umiestnená tak, že vektor magnetickej indukcie vstupuje do dlane, štyri prsty sú nasmerované pozdĺž prúdu vo vodiči, potom palec ohnutý o 90° ukáže smer magnetické pole.
Využitie tohto efektu ľudstvom bolo nájdené napríklad v elektromotoroch. Otáčanie rotora je spôsobené magnetickým poľom vytváraným silným elektromagnetom. Silový vzorec vám umožňuje posúdiť možnosť zmeny výkonu motora. So zvýšením prúdu alebo intenzity poľa sa krútiaci moment zvyšuje, čo vedie k zvýšeniu výkonu motora.
Trajektórie častíc
Interakcia magnetického poľa s nábojom je široko používaná v hmotnostných spektrografoch pri štúdiu elementárnych častíc.
Pôsobenie poľa v tomto prípade spôsobuje vznik tzvLorentzova sila. Keď nabitá častica pohybujúca sa určitou rýchlosťou vstúpi do magnetického poľa, Lorentzova sila, ktorej vzorec má tvar F=vBqsinα, spôsobí, že sa častica pohybuje po kruhu.
V tomto matematickom modeli je v rýchlostný modul častice, ktorej elektrický náboj je q, B je magnetická indukcia poľa, α je uhol medzi smermi rýchlosti a magnetickej indukcie.
Častica sa pohybuje v kruhu (alebo oblúku kruhu), pretože sila a rýchlosť sú nasmerované navzájom pod uhlom 90°. Zmena smeru lineárnej rýchlosti spôsobuje zrýchlenie.
Vyššie diskutované pravidlo ľavej ruky sa uplatňuje aj pri štúdiu Lorentzovej sily: ak je ľavá ruka umiestnená tak, že vektor magnetickej indukcie vstupuje do dlane, štyri prsty natiahnuté v jednej línii smerujú pozdĺž rýchlosť kladne nabitej častice, potom palec ohnutý o 90° ukazuje smer sily.
Problémy s plazmou
V cyklotrónoch sa využíva interakcia magnetického poľa a hmoty. Problémy spojené s laboratórnym štúdiom plazmy neumožňujú jej uchovávanie v uzavretých nádobách. Vysoko ionizovaný plyn môže existovať iba pri vysokých teplotách. Plazma môže byť udržiavaná na jednom mieste v priestore pomocou magnetických polí, skrúcaním plynu vo forme prstenca. Riadené termonukleárne reakcie možno študovať aj spriadaním vysokoteplotnej plazmy do vlákna pomocou magnetických polí.
Príklad pôsobenia magnetického poľain vivo na ionizovanom plyne - Aurora Borealis. Toto majestátne divadlo možno pozorovať za polárnym kruhom vo výške 100 km nad zemským povrchom. Záhadnú farebnú žiaru plynu bolo možné vysvetliť až v 20. storočí. Zemské magnetické pole v blízkosti pólov nemôže zabrániť slnečnému vetru preniknúť do atmosféry. Najaktívnejšie žiarenie smerujúce pozdĺž čiar magnetickej indukcie spôsobuje ionizáciu atmosféry.
Fenomény spojené s pohybom náboja
Historicky sa hlavná veličina, ktorá charakterizuje tok prúdu vo vodiči, nazýva sila prúdu. Je zaujímavé, že tento koncept nemá nič spoločné so silou vo fyzike. Intenzita prúdu, ktorej vzorec zahŕňa náboj pretekajúci za jednotku času cez prierez vodiča, je:
I=q/t, kde t je čas toku nabíjania q
Sila prúdu je v skutočnosti množstvo nabitia. Jeho jednotka merania je ampér (A), na rozdiel od N.
Určenie práce sily
Silové pôsobenie na látku je sprevádzané výkonom práce. Práca sily je fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná súčinu sily a posunutia pri jej pôsobení a kosínusu uhla medzi smermi sily a posunutia.
Požadovaná práca sily, ktorej vzorec je A=FScosα, zahŕňa veľkosť sily.
Pôsobenie telesa je sprevádzané zmenou rýchlosti telesa alebo deformáciou, čo naznačuje súčasné zmeny energie. Práca vykonaná silou závisí odhodnoty.
