"Güç" kelimesi o kadar kapsamlıdır ki, ona net bir kavram vermek neredeyse imkansız bir iştir. Kas gücünden zihnin gücüne kadar çeşitlilik, ona yatırılan tüm kavramları kapsamaz. Fiziksel bir nicelik olarak kabul edilen kuvvetin iyi tanımlanmış bir anlamı ve tanımı vardır. Kuvvet formülü matematiksel bir model tanımlar: kuvvetin ana parametrelere bağımlılığı.
Kuvvet araştırmasının tarihi, parametrelere bağımlılığın tanımını ve bağımlılığın deneysel kanıtını içerir.
Fizikte güç
Güç, bedenlerin etkileşiminin bir ölçüsüdür. Vücutların birbirleri üzerindeki karşılıklı hareketi, cisimlerin hızındaki veya deformasyondaki bir değişiklikle ilişkili süreçleri tam olarak tanımlar.
Fiziksel bir nicelik olarak, kuvvetin bir ölçü birimi (SI sisteminde - Newton) ve onu ölçmek için bir aygıt - bir dinamometre vardır. Kuvvet ölçerin çalışma prensibi, gövdeye etki eden kuvvet ile dinamometrenin yay kuvvetinin kuvvetinin karşılaştırılması esasına dayanır.
1 Newtonluk bir kuvvet, 1 kg kütleli bir cismin hızını 1 saniyede 1 m değiştirdiği kuvvet olarak alınır.
Vektör miktarı olarak kuvvet tanımlanır:
- eylem yönü;
- Uygulama noktası;
- modül, mutlakboyut.
Etkileşimi açıklarken, bu parametreleri belirttiğinizden emin olun.
Doğal etkileşim türleri: yerçekimi, elektromanyetik, güçlü, zayıf. Yerçekimi kuvvetleri (çeşitliliği ile evrensel yerçekimi kuvveti - yerçekimi kuvveti), kütlesi olan herhangi bir cismi çevreleyen yerçekimi alanlarının etkisi nedeniyle var olur. Yerçekimi alanlarının incelenmesi şu ana kadar tamamlanmadı. Alanın kaynağını bulmak henüz mümkün değil.
Maddeyi oluşturan atomların elektromanyetik etkileşiminden daha geniş bir kuvvet yelpazesi ortaya çıkar.
Basınç kuvveti
Bir cisim Dünya ile etkileşime girdiğinde, yüzeye basınç uygular. Formülü: P=mg olan basınç kuvveti, vücut kütlesi (m) tarafından belirlenir. Yerçekimi ivmesi (g), Dünyanın farklı enlemlerinde farklı değerlere sahiptir.
Dikey basınç kuvveti, destekte oluşan esneklik kuvvetine mutlak değerde eşit ve zıt yöndedir. Kuvvet formülü vücudun hareketine göre değişir.
Vücut ağırlığında değişiklik
Bir cismin Dünya ile etkileşimi nedeniyle bir destek üzerindeki hareketi genellikle vücudun ağırlığı olarak adlandırılır. İlginç bir şekilde, vücut ağırlığı miktarı, dikey yönde hareketin hızlanmasına bağlıdır. İvme yönünün serbest düşüş ivmesine zıt olması durumunda ağırlıkta bir artış gözlenir. Cismin ivmesi serbest düşüş yönüne denk gelirse, cismin ağırlığı azalır. Örneğin, yükselen bir asansörde, çıkışın başlangıcında kişi bir süreliğine ağırlık artışı hisseder. kütlesi olduğunu iddiadeğişir, olmaz. Aynı zamanda "vücut ağırlığı" ve "kütle" kavramlarını da ayırıyoruz.
Elastik kuvvet
Bir cismin şeklini değiştirirken (deformasyon), cismi orijinal şekline döndürme eğiliminde olan bir kuvvet ortaya çıkar. Bu kuvvete "elastik kuvvet" adı verildi. Vücudu oluşturan parçacıkların elektriksel etkileşimi nedeniyle ortaya çıkar.
En basit deformasyonu ele alalım: gerilim ve sıkıştırma. Gerginliğe, gövdelerin doğrusal boyutlarında bir artış eşlik ederken, sıkıştırmaya azalmaları eşlik eder. Bu süreçleri karakterize eden değere vücut uzaması denir. "x" ile gösterelim. Elastik kuvvet formülü doğrudan uzama ile ilgilidir. Deformasyona maruz kalan her cismin kendine ait geometrik ve fiziksel parametreleri vardır. Elastik direncin deformasyona karşı direncinin gövdenin özelliklerine ve yapıldığı malzemeye bağımlılığı, elastikiyet katsayısı ile belirlenir, buna sertlik (k) diyelim.
Elastik etkileşimin matematiksel modeli, Hooke yasasıyla tanımlanır.
Vücudun deformasyonundan kaynaklanan kuvvet, vücudun tek tek parçalarının yer değiştirme yönüne karşı yönlendirilir, uzamasıyla doğru orantılıdır:
- Fy=-kx (vektör gösterimi).
"-" işareti, deformasyon ve kuvvetin zıt yönünü gösterir.
Skaler formda negatif işaret yoktur. Formülü Fy=kx şeklinde olan elastik kuvvet sadece elastik deformasyonlar için kullanılır.
Manyetik alanın akımla etkileşimi
Etkimanyetik alandan doğru akıma, Ampère kanunu ile tanımlanır. Bu durumda, manyetik alanın içine yerleştirilmiş akım taşıyan bir iletkene etki ettiği kuvvete Amper kuvveti denir.
Manyetik alanın hareketli bir elektrik yüküyle etkileşimi bir kuvvet tezahürüne neden olur. Formülü F=IBlsina olan Amper kuvveti, alanın manyetik indüksiyonuna (B), iletkenin aktif kısmının uzunluğuna (l), iletkendeki akım kuvvetine (I) ve açıya bağlıdır. akımın yönü ile manyetik indüksiyon arasında.
Son bağımlılık nedeniyle, iletken döndürüldüğünde veya akımın yönü değiştiğinde manyetik alan vektörünün değişebileceği iddia edilebilir. Sol el kuralı, hareket yönünü belirlemenizi sağlar. Sol el, manyetik indüksiyon vektörü avuç içine girecek şekilde konumlandırılırsa, iletkendeki akım boyunca dört parmak yönlendirilir, o zaman başparmak 90° ile bükülmüş olanın yönünü gösterecektir. manyetik alan.
İnsanlık tarafından bu etkinin kullanımı örneğin elektrik motorlarında bulunmuştur. Rotorun dönüşüne, güçlü bir elektromıknatıs tarafından oluşturulan bir manyetik alan neden olur. Kuvvet formülü, motor gücünü değiştirme olasılığını değerlendirmenize izin verir. Akım veya alan gücündeki bir artışla, tork artar, bu da motor gücünde bir artışa neden olur.
Parçacık yörüngeleri
Bir manyetik alanın bir yük ile etkileşimi, temel parçacıkların incelenmesinde kütle spektrograflarında yaygın olarak kullanılır.
Bu durumda alanın hareketi, adı verilen bir kuvvetin ortaya çıkmasına neden olur. Lorentz kuvveti. Belirli bir hızda hareket eden yüklü bir parçacık bir manyetik alana girdiğinde, formülü F=vBqsinα biçiminde olan Lorentz kuvveti parçacığın bir daire içinde hareket etmesine neden olur.
Bu matematiksel modelde v, elektrik yükü q olan bir parçacığın hız modülüdür, B alanın manyetik indüksiyonudur, α hız yönleri ile manyetik indüksiyon arasındaki açıdır.
Parçacık bir daire (veya bir dairenin yayı) içinde hareket eder, çünkü kuvvet ve hız birbirine 90°'lık bir açıyla yönlendirilir. Doğrusal hızın yönünü değiştirmek, ivme görünümüne neden olur.
Yukarıda tartışılan sol elin kuralı, Lorentz kuvveti incelenirken de gerçekleşir: sol el, manyetik indüksiyon vektörü avuç içine girecek şekilde konumlandırılırsa, bir çizgide uzatılmış dört parmak boyunca yönlendirilir. pozitif yüklü bir parçacığın hızı, ardından başparmak 90° bükülü kuvvetin yönünü gösterir.
Plazma sorunları
Manyetik alan ve maddenin etkileşimi siklotronlarda kullanılır. Plazmanın laboratuvar çalışmasıyla ilgili problemler, plazmanın kapalı kaplarda tutulmasına izin vermez. Yüksek derecede iyonize bir gaz ancak yüksek sıcaklıklarda var olabilir. Plazma, manyetik alanlar aracılığıyla, gazı bir halka şeklinde bükerek uzayda tek bir yerde tutulabilir. Kontrollü termonükleer reaksiyonlar, manyetik alanlar kullanılarak yüksek sıcaklıktaki plazmanın bir filamana döndürülmesiyle de incelenebilir.
Manyetik alanın etkisine bir örnekiyonize gaz üzerinde in vivo - Aurora Borealis. Bu görkemli manzara, Kuzey Kutup Dairesi'nin ötesinde, dünya yüzeyinden 100 km yükseklikte gözlemlenir. Gazın gizemli renkli parıltısı ancak 20. yüzyılda açıklanabilirdi. Dünyanın kutuplara yakın manyetik alanı, güneş rüzgarının atmosfere nüfuz etmesini engelleyemez. Manyetik indüksiyon çizgileri boyunca yönlendirilen en aktif radyasyon, atmosferin iyonlaşmasına neden olur.
Yük hareketiyle ilişkili fenomenler
Tarihsel olarak, bir iletkendeki akımın akışını karakterize eden ana niceliğe akım gücü denir. İlginçtir ki, bu kavramın fizikte kuvvetle hiçbir ilgisi yoktur. Formülü, iletkenin kesiti boyunca birim zaman başına akan yükü içeren akım gücü:
I=q/t, burada t, şarj akış süresi q'dir
Aslında, mevcut güç, şarj miktarıdır. Ölçü birimi, N.'tan farklı olarak Amper'dir (A).
Bir kuvvetin işini belirleme
Bir maddeye uygulanan kuvvet eylemi, işin performansına eşlik eder. Bir kuvvetin işi, kuvvetin ve etkisi altında geçen yer değiştirmenin çarpımına ve kuvvetin yönleri ile yer değiştirme arasındaki açının kosinüsüne sayısal olarak eşit fiziksel bir niceliktir.
Formülü A=FScosα olan kuvvetin istenen işi, kuvvetin büyüklüğünü içerir.
Vücudun hareketine, vücudun hızındaki bir değişiklik veya enerjide eşzamanlı değişiklikleri gösteren deformasyon eşlik eder. Bir kuvvetin yaptığı iş şunlara bağlıdır:değerler.
