Force formula. Síla - vzorec (fyzika)

Slovo "síla" je tak komplexní, že dávání jasného konceptu je prakticky nemožným úkolem. Rozmanitost od síly svalů až po sílu mysli nezahrnuje celou řadu konceptů, které jsou v něm obsaženy. Síla považovaná za fyzické množství má jasně definovaný význam a definici. Formula síly definuje matematický model: závislost síly na základních parametrech.

Historie silového výzkumu zahrnuje určení závislosti na parametrech a experimentálním důkazem závislosti.

Pevnost ve fyzice

Pevnost je měřítko interakce těl. Vzájemné působení těles na sobě plně popisuje procesy spojené se změnou rychlosti nebo deformace těles.

Jako fyzikální veličina má síla jednotku měření (v systému SI - Newton) a zařízení pro její měření je dynamometr. Princip silometru je založen na porovnání síly působící na tělo s pružinovou silou dynamometru.

Pro sílu v 1 newtonu je přijata síla, při jejímž působení tělo o hmotnosti 1 kg mění svou rychlost o 1 m za 1 sekundu.

Force jako vektorové množství je určeno:

• směr působení;
• bod použití;
• modul, absolutní hodnota.

Při popisu interakce je nutné zadat tyto parametry.

Druhy přirozených interakcí: gravitační, elektromagnetické, silné, slabé. Gravitační síla univerzální gravitaci s její rozmanitostí - gravitace) existují kvůli vlivu gravitačních polí obklopujících jakékoliv těleso s hmotou. Zkoumání gravitačních polí zatím nebylo dokončeno. Ještě není možné najít zdroj pole.

Vyšší počet sil je způsoben elektromagnetickou interakcí atomů, z nichž se látka skládá.

Síla tlaku

Když tělo spolupracuje se Zemí, vyvíjí tlak na povrch. Síla tlaku, jejíž vzorec má tvar: P = mg, je určen tělesnou hmotností (m). Zrychlení volného pádu (g) ​​má různé hodnoty v různých zeměpisných šířkách Země.

Vertikální tlaková síla je v modulu stejná a opačná ve směru k pružné síle vznikající v podpěře. Vzorec síly se mění s pohybem těla.

Změna tělesné hmotnosti

Působení těla na podporu v důsledku interakce se Zemí se často označuje jako tělesná hmotnost. Je zajímavé, že množství tělesné hmotnosti závisí na zrychlení pohybu ve svislém směru. V případě, kdy je směr akcelerace opačný k akceleraci volného pádu, je pozorován nárůst hmotnosti. Pokud se zrychlení těla shoduje se směrem volného pádu, sníží se tělesná hmotnost. Například, když je v lezeckém výtahu, na začátku stoupání člověk pocítí přírůstek hmotnosti na chvíli. Není nutné říkat, že jeho mysl se mění. Současně sdílíme pojmy "tělesná hmotnost" a její "hmotnost".

Pevnost elasticity

Když se tvar těla (jeho deformace) změní, objeví se síla, která má tendenci vrátit tělo do své původní podoby. Tato síla dostala jméno "síla pružnosti". Vzniká kvůli elektrickému působení částic, které tvoří tělo.

Zvažte nejjednodušší deformaci: protahování a kontrakci. Protahování je doprovázeno zvýšením lineárních rozměrů těles a komprese je doprovázena poklesem. Veličina charakterizující tyto procesy se nazývá prodloužení těla. Označte to za "x". Vzorec elastické síly je přímo spojen s prodloužením. Každé těleso, které prochází deformací, má své vlastní geometrické a fyzické parametry. Závislost pružné deformační odpor těla a vlastnostech materiálu, z něhož je vyrobena je určena pružným koeficientu se nazývá tuhost (k).

Matematický model elastické interakce je popsán Hookovým zákonem.

Síla způsobená deformací těla je směrována proti směru posunutí jednotlivých částí těla, přímo úměrná jeho prodloužení:

• F_y = -kx (ve vektorovém zápisu).

Znak ";" označuje opak směru deformace a síly.

V skalární podobě neexistuje negativní znamení. Elastická síla, jejíž vzorec má následující podobu:_y = kx, používá se pouze pro pružné deformace.

Interakce magnetického pole s proudem

Je popsán účinek magnetického pole na stejnosměrný proud zákon Ampér. V tomto případě se síla, se kterou působí magnetické pole na vodič s proudem v něm, se nazývá Ampere síla.

Interakce magnetického pole s pohyblivým elektrickým nábojem způsobuje projev síly. Síla Ampère, jejíž vzorec má tvar F = IBlsinalpha-, závisí na tom indukce magnetického pole (B), délka aktivní části vodiče (1), amperage (I) ve vodiči a úhel mezi směrem proudu a magnetickou indukcí.

Díky nejmodernější závislost lze tvrdit, že magnetické pole vektor úkony mohou měnit při otáčení vodiče nebo proudové změny směru. Pravidlo levé ruky umožňuje nastavit směr akce. V případě, že levá ruka umístěna takovým způsobem, že se magnetická indukce vektor část dlaně, čtyři prsty dostaly od vodiče proudu je ohnuta o 90^° Palce ukazuje směr magnetického pole.

Použití tohoto vlivu lidstvem lze nalézt například u elektromotorů. Rotace rotoru je způsobena magnetickým polem vytvořeným silným elektromagnem. Formula síly umožňuje posoudit možnost změny výkonu motoru. S nárůstem proudu nebo velikosti pole se zvyšuje točivý moment, což vede ke zvýšení výkonu motoru.

Trajektorie částic

Interakce magnetického pole s nábojem je široce používána v hmotnostních spektrografích ve studiu elementárních částic.

Působení pole v tomto případě způsobí vznik síly nazývané Lorentzovou silou. Když se nabitá částice pohybuje na určitém magnetickém poli síla Lorentze, jehož vzorec má tvar F = vBqsinalpha-, způsobuje, že se částice pohybují po obvodu.

V tomto matematickém modelu je v rychlostní modul částice, jejíž elektrický náboj je q, B je magnetickou indukcí pole, alfa- je úhel mezi směry rychlosti a magnetickou indukcí.

Část se pohybuje podél kruhu (nebo oblouku kruhu), protože síla a rychlost jsou směrovány pod úhlem 90^° k sobě navzájem. Změna ve směru lineární rychlosti způsobuje vzhled zrychlení.

Levá pravidlo ruka, bylo diskutováno výše, se vyskytuje v studiu Lorentzovy síly, je-li ponechána rameno umístěna tak, že magnetická indukce vektor zahrnuty do dlaně, čtyři prsty, probíhající v řadě byly zaslány rychlosti kladně nabité částice, pak ohnuta o 90^° Palcem se zobrazí směr působení síly.

Problémy plazmy

Interakce magnetického pole a hmoty se používá v cyklotronách. Problémy spojené s laboratorními studiemi plazmatu neumožňují uchovávat v uzavřených nádobách. Vysoce ionizovaný plyn může existovat pouze při vysokých teplotách. Aby se plazma udržovala v jednom prostoru, je možné pomocí magnetických polí zkroucit plyn ve formě prstence. Spravováno termonukleární reakce může být také studován otočením vysokoteplotní plazmy do šňůry pomocí magnetických polí.

Příklad působení magnetického pole v přírodních podmínkách na ionizovaný plyn - Polární světla. Tato majestátní podívaná je pozorována za arktickým kruhem v nadmořské výšce 100 km nad povrchem země. Tajemná barevná záře plynu může být vysvětlena až ve dvacátém století. Magnetické pole země poblíž pólů nemůže zabránit pronikání slunečního větru do atmosféry. Nejaktivnější záření, vedené podél linií magnetické indukce, způsobuje ionizaci atmosféry.

Jevy spojené s pohybem náboje

Historicky, hlavní veličina charakterizující proudový tok v dirigentu se nazývá proudová síla. Je zajímavé, že tento koncept nemá nic společného se silou ve fyzice. Síla proudu, jejíž vzorec zahrnuje náboj, který proudí za jednotku času průřezem vodiče, má tvar:

• I = q / t, kde t je doba nabíjení q.

Ve skutečnosti je současná síla veličina náboje. Jednotkou jeho měření je Ampere (A), na rozdíl od N.

Určení práce síly

K vynucení činnosti v souvislosti s touto látkou dochází s výkonem práce. Pracovní síla - fyzikální veličina, která je číselně roven součinu násobku síly ujeté vzdálenosti pod jeho vlivem a kosinu úhlu mezi směry síly a posunutí.

Požadovaná práce síly, jejíž vzorec má tvar A = FScosalpha-, zahrnuje velikost síly.

Činnost těla je doprovázena změnou tělesné rychlosti nebo deformace, což signalizuje současné změny v energii. Práce síly závisí na velikosti.