Формула за сила. Сила - формулата (физика)

Думата "сила" е толкова изчерпателна, че даването й на ясна концепция е практически невъзможна задача. Разнообразието от силата на мускулите до силата на ума не покрива целия набор от концепции, които са в него. Силата, разглеждана като физическо количество, има ясно дефиниран смисъл и определение. Формулата на силата определя математически модел: зависимостта на силата от основните параметри.

Историята на изследванията на силите включва определяне зависимостта от параметри и експериментално доказателство за зависимостта.

Сила във физиката

Силата е мярка взаимодействие на телата. Взаимното действие на телата един върху друг напълно описва процесите, свързани с промяната на скоростта или деформацията на телата.

Като физическа величина силата има единица за измерване (в системата SI - Newton), а устройството за измерване е динамометър. Принципът на силометъра се основава на сравнението на силата, действаща върху тялото, с пружинната сила на динамометъра.

За сила в 1 Нютон се приема силата, под действието на която тяло с маса 1 кг променя скоростта си с 1 м за 1 секунда.

Силата като векторно величина се определя от:

• посока на действие;
• точка на приложение;
• модул, абсолютна стойност.

Описвайки взаимодействието, трябва да посочите тези параметри.

Видове естествени взаимодействия: гравитационни, електромагнитни, силни, слаби. притегляне сила (сила универсалната гравитация с нейното разнообразие - гравитация) съществуват поради влиянието на гравитационните полета около всяко тяло, имащо маса. Проучването на гравитационните полета досега не е завършено. Все още не е възможно да се намери източникът на полето.

По-големият брой сили се дължи на електромагнитното взаимодействие на атомите, от което се състои веществото.

Сила на натиск

Когато тялото взаимодейства със Земята, тя упражнява натиск върху повърхността. Силата на налягането, чиято формула има формата: P = mg, се определя от телесната маса (m). Ускорението на свободното падане (g) има различни стойности в различните ширини на Земята.

Вертикалната сила на натиск е равна на модула и противоположна на посоката на еластичната сила, възникваща в опората. Формулата на силата се променя с движението на тялото.

Промяна в телесното тегло

Действието на тялото върху подпората, дължащо се на взаимодействие със Земята, често се нарича телесно тегло. Интересното е, че размерът на телесното тегло зависи от ускорението на движението във вертикална посока. В случай, когато посоката на ускорение е противоположна на ускорението на свободното падане, се наблюдава увеличение на теглото. Ако ускорението на тялото съвпада с посоката на свободно падане, тялото намалява. Например, докато сте в асансьор за катерене, в началото на изкачването човек чувства за известно време повишаване на теглото. Не е необходимо да казваме, че неговата маса се променя. В същото време споделяме понятията "телесно тегло" и неговата "маса".

Устойчивост на еластичност

Когато формата на тялото (неговата деформация) се промени, се появява сила, която има тенденция да върне тялото в оригиналната си форма. Тази сила получава името "сила на еластичност". Тя възниква поради електрическото взаимодействие на частиците, от които се състои тялото.

Помислете за най-проста деформация: разтягане и свиване. Протягането се придружава от увеличаване на линейните размери на телата, а компресията се придружава от намаление. Мащабът, характеризиращ тези процеси, се нарича удължаване на тялото. Обозначете го с "x". Формулата на еластичната сила е пряко свързана с удължението. Всяко тяло, което претърпява деформация, има свои геометрични и физически параметри. Зависимостта на еластична деформация съпротивление на тялото и свойствата на материала, от който е направен, се определя от еластичен коефициент се нарича скованост (к).

Математическият модел на еластичното взаимодействие е описан от закона на Hooke.

Силата, породена от деформацията на тялото, е насочена срещу посоката на изместване на отделните части на тялото, пряко пропорционална на удължаването му:

• F_ш = -kx (в векторната нотация).

Знакът ";" показва обратното на посоката на деформация и сила.

В скаларна форма няма отрицателен знак. Еластичната сила, чиято формула има следната форма: F_ш = kx, се използва само за еластични деформации.

Взаимодействие на магнитно поле с ток

Ефектът на магнитно поле върху постоянен ток е описан закона на Ампер. В този случай силата, с която магнитното поле действа върху проводник с ток, поставен в него, се нарича силата Ампер.

Взаимодействието на магнитно поле с движещ се електрически заряд предизвиква проявление на сила. Силата на Ампер, чиято формула има формата F = IBlsinalpha-, зависи от това индукция на магнитно поле (В), дължината на активната част на проводника (1), ток (I) в проводника и ъгъла между посоката на тока и магнитната индукция.

Поради последната зависимост може да се твърди, че векторът на действие на магнитното поле може да се промени, когато проводникът се завърти или се промени посоката на тока. Правилото за лявата ръка ви позволява да зададете посоката на действие. Ако лявата ръка разположен по такъв начин, че магнитната индукция вектор е част на дланта, четири пръста са насочени от проводник ток се наведе с 90^° Палецът показва посоката на магнитното поле.

Използването на това влияние от човечеството се открива например в електродвигателите. Ротацията на ротора се дължи на магнитно поле, създадено от мощен електромагнит. Формулата на силата ви позволява да прецените възможността за промяна на мощността на двигателя. С увеличаване на тока или величината на полето, въртящият момент се увеличава, което води до увеличаване на мощността на двигателя.

Траектории на частиците

Взаимодействието на магнитно поле с заряд се използва широко в масспектрографите в изследването на елементарните частици.

Действието на полето в този случай предизвиква появата на сила, наречена Lorentz force. Когато заредената частица се движи в определено магнитно поле силата на Лоренц, формулата на която има формата F = vBqsinalpha-, причинява частиците да се движат по протежение на обиколката.

В този математически модел v е модулът на скоростта на частица, чийто електрически заряд е q, В е магнитната индукция на полето, alpha- е ъгълът между посоките на скоростта и магнитната индукция.

Частта се движи по окръжност (или дъга от кръг), тъй като силата и скоростта са насочени под ъгъл от 90^° един към друг. Промяната в посоката на линейната скорост предизвиква появата на ускорение.

Ляво правило ръка, обсъдено по-горе, настъпва в изследването на силата на Лоренц, ако се оставят рамо разположена така, че магнитната индукция вектор включени в дланта, четири пръста разположени в линия са били изпратени на скоростта на положително заредени частици, след това се наведе с 90^° Палецът ще покаже посоката на действието на силата.

Проблеми на плазмата

Взаимодействието на магнитното поле и материята се използва в циклотроните. Проблеми, свързани с лабораторните изследвания на плазмата, не позволяват да се съхраняват в затворени съдове. Силно йонизираният газ може да съществува само при високи температури. За да се запази плазмата на едно място в пространството, е възможно чрез магнитни полета да се завърта газ под формата на пръстен. управлявани термоядрени реакции може да се изучи и чрез завъртане на високотемпературната плазма в кабел с помощта на магнитни полета.

Пример за действието на магнитно поле в природни условия върху йонизирания газ - Полярни светлини. Този величествен спектакъл се наблюдава извън Арктическия кръг на надморска височина 100 км над повърхността на Земята. Тайнственото цветно блясък на газ може да се обясни само през ХХ век. Магнитното поле на земята близо до полюсите не може да предотврати проникването на слънчевия вятър в атмосферата. Най-активната радиация, насочена по линията на магнитната индукция, причинява йонизация на атмосферата.

Феноменът, свързан с движението на заряда

В исторически план, основното количество, характеризиращо потока на тока в проводник, се нарича сегашната сила. Интересно е, че тази концепция няма нищо общо със силата във физиката. Силата на тока, чиято формула включва заряда, който протича за единица време през напречното сечение на проводника, има формата:

• I = q / t, където t е времето на заряда q.

Всъщност текущата сила е величината на заряда. Единицата на измерването е Ampere (A), за разлика от N.

Определяне на работата на силата

Принудителното действие върху веществото се придружава от извършването на работа. Работна сила - физична величина, която е числено равна на произведението на силата пъти изминато разстояние под негово влияние, и косинуса на ъгъла между направленията на сила и изместване.

Желаната сила на сила, чиято формула има формата А = FScosalpha-, включва големината на силата.

Действието на тялото е придружено от промяна в скоростта или деформацията на тялото, което показва едновременни промени в енергията. Работата на сила зависи от величината.