Het woord "macht" is zo allesomvattend dat het een bijna onmogelijke taak is om er een duidelijk concept aan te geven. De variëteit van spierkracht tot de kracht van de geest dekt niet het volledige scala aan concepten die erin zijn geïnvesteerd. Kracht, beschouwd als een fysieke grootheid, heeft een goed gedefinieerde betekenis en definitie. De krachtformule definieert een wiskundig model: de afhankelijkheid van kracht van de belangrijkste parameters.
De geschiedenis van krachtonderzoek omvat de definitie van afhankelijkheid van parameters en experimenteel bewijs van afhankelijkheid.
Macht in de natuurkunde
Kracht is een maat voor de interactie van lichamen. De wederzijdse actie van lichamen op elkaar beschrijft volledig de processen die gepaard gaan met een verandering in de snelheid of vervorming van lichamen.
Als een fysieke grootheid heeft kracht een meeteenheid (in het SI-systeem - Newton) en een apparaat om het te meten - een dynamometer. Het werkingsprincipe van de krachtmeter is gebaseerd op het vergelijken van de kracht die op het lichaam inwerkt met de kracht van de veerkracht van de rollenbank.
Een kracht van 1 newton wordt beschouwd als de kracht waaronder een lichaam met een massa van 1 kg zijn snelheid met 1 m in 1 seconde verandert.
Kracht als vectorgrootheid is gedefinieerd:
- richting van actie;
- toepassingspunt;
- module, absoluutmaat.
Beschrijf de interactie, zorg ervoor dat u deze parameters aangeeft.
Soorten natuurlijke interacties: zwaartekracht, elektromagnetisch, sterk, zwak. Zwaartekrachtkrachten (de kracht van universele zwaartekracht met zijn verscheidenheid - de zwaartekracht) bestaan door de invloed van zwaartekrachtvelden die elk lichaam met massa omringen. De studie van zwaartekrachtvelden is tot nu toe niet voltooid. Het is nog niet mogelijk om de bron van het veld te vinden.
Een groter scala aan krachten komt voort uit de elektromagnetische interactie van de atomen waaruit materie bestaat.
Drukkracht
Wanneer een lichaam in wisselwerking staat met de aarde, oefent het druk uit op het oppervlak. De drukkracht, waarvan de formule is: P=mg, wordt bepaald door de lichaamsmassa (m). Zwaartekrachtversnelling (g) heeft verschillende waarden op verschillende breedtegraden van de aarde.
De kracht van verticale druk is gelijk in absolute waarde en tegengesteld in richting aan de elasticiteitskracht die ontstaat in de ondersteuning. De krachtformule verandert afhankelijk van de beweging van het lichaam.
Verandering in lichaamsgewicht
De actie van een lichaam op een steun als gevolg van interactie met de aarde wordt vaak het gewicht van het lichaam genoemd. Interessant is dat de hoeveelheid lichaamsgewicht afhangt van de versnelling van beweging in verticale richting. In het geval dat de versnellingsrichting tegengesteld is aan de versnelling van de vrije val, wordt een gewichtstoename waargenomen. Als de versnelling van het lichaam samenv alt met de richting van de vrije val, dan neemt het gewicht van het lichaam af. Bijvoorbeeld, in een stijgende lift, aan het begin van de beklimming, voelt een persoon een tijdje een toename in gewicht. Beweer dat zijn massaverandert, niet. Tegelijkertijd scheiden we de concepten van "lichaamsgewicht" en zijn "massa".
Elastische kracht
Bij het veranderen van de vorm van een lichaam (zijn vervorming), verschijnt er een kracht die de neiging heeft om het lichaam in zijn oorspronkelijke vorm terug te brengen. Deze kracht kreeg de naam "elastische kracht". Het ontstaat door de elektrische interactie van de deeltjes waaruit het lichaam bestaat.
Laten we eens kijken naar de eenvoudigste vervorming: spanning en compressie. Spanning gaat gepaard met een toename van de lineaire afmetingen van de lichamen, terwijl compressie gepaard gaat met hun afname. De waarde die deze processen kenmerkt, wordt lichaamsverlenging genoemd. Laten we het aanduiden met "x". De elastische krachtformule is direct gerelateerd aan rek. Elk lichaam dat aan vervorming wordt onderworpen, heeft zijn eigen geometrische en fysieke parameters. De afhankelijkheid van de elastische weerstand tegen vervorming van de eigenschappen van het lichaam en het materiaal waaruit het is gemaakt, wordt bepaald door de elasticiteitscoëfficiënt, laten we het stijfheid (k) noemen.
Het wiskundige model van elastische interactie wordt beschreven door de wet van Hooke.
De kracht die voortkomt uit de vervorming van het lichaam is gericht tegen de verplaatsingsrichting van afzonderlijke delen van het lichaam, is recht evenredig met de verlenging:
- Fy=-kx (vectornotatie).
Het "-" teken geeft de tegenovergestelde richting van vervorming en kracht aan.
Er is geen negatief teken in scalaire vorm. De elastische kracht, waarvan de formule de volgende vorm Fy=kx heeft, wordt alleen gebruikt voor elastische vervormingen.
Interactie van magnetisch veld met stroom
Invloedmagnetisch veld naar gelijkstroom wordt beschreven door de wet van Ampère. In dit geval wordt de kracht waarmee het magnetische veld inwerkt op een stroomvoerende geleider die erin is geplaatst de ampèrekracht genoemd.
De interactie van een magnetisch veld met een bewegende elektrische lading veroorzaakt een krachtmanifestatie. De Ampèrekracht, waarvan de formule F=IBlsinα is, hangt af van de magnetische inductie van het veld (B), de lengte van het actieve deel van de geleider (l), de stroomsterkte (I) in de geleider en de hoek tussen de richting van de stroom en de magnetische inductie.
Vanwege de laatste afhankelijkheid kan worden gesteld dat de vector van het magnetische veld kan veranderen wanneer de geleider wordt geroteerd of de richting van de stroom verandert. Met de linkerhandregel kunt u de richting van de actie bepalen. Als de linkerhand zo is gepositioneerd dat de magnetische inductievector de handpalm binnengaat, worden vier vingers langs de stroom in de geleider gericht, dan zal de duim die 90° is gebogen de richting van de magnetisch veld.
Het gebruik van dit effect door de mens is bijvoorbeeld gevonden in elektrische motoren. De rotatie van de rotor wordt veroorzaakt door een magnetisch veld dat wordt gecreëerd door een krachtige elektromagneet. Met de krachtformule kunt u de mogelijkheid beoordelen om het motorvermogen te wijzigen. Met een toename van de stroom of veldsterkte neemt het koppel toe, wat resulteert in een toename van het motorvermogen.
Deeltjestrajecten
De interactie van een magnetisch veld met een lading wordt veel gebruikt in massaspectrografen bij de studie van elementaire deeltjes.
De actie van het veld veroorzaakt in dit geval het verschijnen van een kracht genaamdLorentzkracht. Wanneer een geladen deeltje dat met een bepaalde snelheid beweegt in een magnetisch veld terechtkomt, zorgt de Lorentzkracht, waarvan de formule de vorm F=vBqsinα heeft, ervoor dat het deeltje in een cirkel beweegt.
In dit wiskundige model is v de snelheidsmodulus van een deeltje waarvan de elektrische lading q is, B is de magnetische inductie van het veld, is α de hoek tussen de richtingen van snelheid en magnetische inductie.
Het deeltje beweegt in een cirkel (of een boog van een cirkel), aangezien kracht en snelheid onder een hoek van 90° met elkaar zijn gericht. Het veranderen van de richting van de lineaire snelheid veroorzaakt het verschijnen van versnelling.
De regel van de linkerhand, hierboven besproken, vindt ook plaats bij het bestuderen van de Lorentz-kracht: als de linkerhand zo wordt geplaatst dat de magnetische inductievector de palm binnenkomt, worden vier vingers in een lijn gestrekt langs de snelheid van een positief geladen deeltje, dan geeft de duim gebogen 90° de richting van de kracht aan.
Plasma-problemen
Interactie van magnetisch veld en materie wordt gebruikt in cyclotrons. De problemen die gepaard gaan met het laboratoriumonderzoek van plasma staan niet toe dat het in gesloten vaten wordt bewaard. Een sterk geïoniseerd gas kan alleen bij hoge temperaturen bestaan. Plasma kan op één plek in de ruimte worden gehouden door middel van magnetische velden, waarbij het gas in de vorm van een ring wordt verdraaid. Gecontroleerde thermonucleaire reacties kunnen ook worden bestudeerd door plasma bij hoge temperatuur in een filament te spinnen met behulp van magnetische velden.
Een voorbeeld van de werking van een magnetisch veldin vivo op geïoniseerd gas - Aurora Borealis. Dit majestueuze schouwspel wordt waargenomen buiten de poolcirkel op een hoogte van 100 km boven het aardoppervlak. De mysterieuze kleurrijke gloed van gas kon pas in de 20e eeuw worden verklaard. Het aardmagnetisch veld nabij de polen kan niet voorkomen dat de zonnewind de atmosfeer binnendringt. De meest actieve straling die langs de lijnen van magnetische inductie wordt geleid, veroorzaakt ionisatie van de atmosfeer.
Fenomenen geassocieerd met ladingsbeweging
Historisch gezien wordt de belangrijkste grootheid die de stroom in een geleider kenmerkt, de stroomsterkte genoemd. Interessant is dat dit concept niets te maken heeft met kracht in de natuurkunde. De stroomsterkte, waarvan de formule de lading omvat die per tijdseenheid door de doorsnede van de geleider stroomt, is:
I=q/t, waarbij t de laadstroomtijd is q
In feite is de huidige sterkte de hoeveelheid lading. De meeteenheid is Ampere (A), in tegenstelling tot N.
Het werk van een kracht bepalen
Het forceren van een stof gaat gepaard met het verrichten van arbeid. De arbeid van een kracht is een fysieke grootheid die numeriek gelijk is aan het product van de kracht en de verplaatsing die onder zijn actie wordt doorgegeven, en de cosinus van de hoek tussen de richtingen van de kracht en de verplaatsing.
De gewenste arbeid van de kracht, waarvan de formule A=FScosα is, omvat de grootte van de kracht.
De actie van het lichaam gaat gepaard met een verandering in de snelheid van het lichaam of vervorming, wat wijst op gelijktijdige veranderingen in energie. Het werk dat door een kracht wordt gedaan, hangt af van:waarden.
