Force formula. Síla - vzorec (fyzika)

Slovo "síla" je tak komplexní, že to dávájasný koncept je prakticky nemožný úkol. 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

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

Jako fyzická veličina má síla jednotuměření (v systému SI - Newton) a zařízení pro jeho 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 síly (síla univerzální gravitace s její rozmanitostí - gravitace) existují kvůli vlivu gravitačních polí obklopujících jakékoliv těleso s hmotností. 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 interaguje se Zemí, vykreslí totlak na povrchu. 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

Aktivita těla na podporu díky interakcis Zemí se často nazývá hmotnost těla. 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,existuje síla, která se snaží vrátit tělo do jeho původní podoby. Tato síla dostala jméno "síla pružnosti". Vzniká kvůli elektrickému působení částic, které tvoří tělo.

Zvažte nejjednodušší deformaci: protahování a kompresi. 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 pružného deformačního odporu na vlastnostech tělesa a materiálu, z něhož je vyrobena, je určena koeficientem pružnosti, říkáme jej 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

Efekt magnetického pole na stejnosměrný proud je popsán Ampere zákonem. V tomto případě se síla, se kterou působí magnetické pole na vodič s proudem v něm, se nazývá Ampere síla.

Interakce magnetického pole s pohyblivýmelektrický náboj způsobuje silový projev. Ampere vzorec, který má tvar F = IBlsinα, závisí na magnetické indukce pole (B), je aktivní délka část vodiče (L), proud (I), ve vodiči a úhel mezi směru proudu a magnetické indukce.

Vzhledem k tomu,že vektor působení magnetického pole se může měnit po otočení vodiče nebo změně směru proudu. Pravidlo levé ruky umožňuje nastavit směr akce. Pokud je levá ruka umístěna tak, že vektor magnetické indukce vstupuje do dlaně, jsou čtyři prsty nasměrovány podél proudu ve vodiči a potom ohnuty na 90^° Palce ukazuje směr magnetického pole.

Aplikace tohoto vlivu na lidstvonapříklad v elektromotorech. 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 způsobuje vzhled síly,tzv. Lorentzovy síly. Když Lorentzova síla, pohybující se s určitou rychlostí nabité částice, zasáhne magnetické pole, jehož vzorec má tvar F = vBqsinα, způsobí, že se částice pohybuje podél obvodu.

V tomto matematickém modelu V - rychlost modul částic, elektrický náboj, který - q, - magnetická indukce pole, α - úhel mezi rychlostí a magnetické indukce.

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.

Pravidlo levé ruky, které bylo shora uvedeno, máumístit ve studiu Lorentzovy síly, je-li ponechána rameno umístěna tak, že magnetická indukce vektor zahrnuty do dlaně, mají čtyři prsty, probíhající v řadě byla odeslána na rychlosti kladně nabité částice, poté ohnuty o 90^° Palcem se zobrazí směr působení síly.

Problémy plazmy

Interakce magnetického pole a hmotyse 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. Kontrolované termonukleární reakce je možné studovat také pomocí zkroucení vysokoteplotní plazmy na šňůru pomocí magnetických polí.

Příklad působení magnetického pole v přírodnímpodmínky pro 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, hlavníhodnota charakterizující proudový tok ve vodiči 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 silovému působení látky patří doprovodpráce. Práce síly je fyzikální veličina, která je číselně rovna výsledku síly pohybu pohyblivému svým působením a kosinus úhlu mezi směry síly a posunutí.

Požadovaná síla, jejíž vzorec má tvar A = FScosα, zahrnuje velikost síly.

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