A „hatalom” szó annyira mindent magában foglal, hogy világos fogalmat adni neki szinte lehetetlen feladat. Az izomerőtől az elme erejéig terjedő változatosság nem fedi le a benne fektetett fogalmak teljes skáláját. A fizikai mennyiségnek tekintett erőnek jól meghatározott jelentése és definíciója van. Az erőképlet egy matematikai modellt határoz meg: az erő függését a fő paraméterektől.
Az erőkutatás története magában foglalja a paraméterektől való függés meghatározását és a függőség kísérleti bizonyítását.
Erő a fizikában
Az erő a testek kölcsönhatásának mértéke. A testek egymásra gyakorolt kölcsönös hatása teljes mértékben leírja a testek sebességének vagy alakváltozásának változásával kapcsolatos folyamatokat.
Fizikai mennyiségként az erőnek van egy mértékegysége (az SI rendszerben - Newton) és a mérésére szolgáló eszköz - egy próbapad. Az erőmérő működési elve a testre ható erő és a próbapad rugóerejének összehasonlításán alapul.
1 newton erőnek azt az erőt tekintjük, amely hatására egy 1 kg tömegű test 1 másodperc alatt 1 m-rel megváltoztatja sebességét.
Az erő mint vektormennyiség meghatározva:
- a cselekvés iránya;
- alkalmazási pont;
- modul, abszolútméret.
Az interakció leírásakor feltétlenül adja meg ezeket a paramétereket.
A természetes kölcsönhatások típusai: gravitációs, elektromágneses, erős, gyenge. A gravitációs erők (az univerzális gravitáció ereje annak változatosságával - a gravitációs erő) a tömeggel rendelkező testet körülvevő gravitációs mezők hatása miatt léteznek. A gravitációs terek vizsgálata ez idáig nem fejeződött be. A mező forrását még nem lehet megtalálni.
Az anyagot alkotó atomok elektromágneses kölcsönhatásából az erők nagyobb tartománya keletkezik.
Nyomáserő
Amikor egy test kölcsönhatásba lép a Földdel, nyomást gyakorol a felszínre. A nyomáserőt, amelynek képlete: P=mg, a testtömeg (m) határozza meg. A gravitációs gyorsulásnak (g) különböző értékei vannak a Föld különböző szélességi fokain.
A függőleges nyomás ereje abszolút értékben egyenlő és ellentétes irányú a támaszban fellépő rugalmassági erővel. Az erőképlet a test mozgásától függően változik.
Testsúlyváltozás
A testnek a Földdel való kölcsönhatás következtében egy támaszra gyakorolt hatását gyakran a test súlyának nevezik. Érdekes módon a testtömeg nagysága függ a függőleges irányú mozgás gyorsulásától. Abban az esetben, ha a gyorsulás iránya ellentétes a szabadesés gyorsulásával, súlynövekedés figyelhető meg. Ha a test gyorsulása egybeesik a szabadesés irányával, akkor a test súlya csökken. Például, miközben egy felszálló liftben, az emelkedés elején az ember egy ideig súlynövekedést érez. Állítsd be, hogy a tömegeváltozik, nem. Ugyanakkor különválasztjuk a "testsúly" és a "tömeg" fogalmát.
Elasztikus erő
A test alakjának megváltoztatásakor (deformációja) olyan erő jelenik meg, amely hajlamos visszaállítani a testet az eredeti alakjába. Ennek az erőnek a „rugalmas erő” nevet adták. A testet alkotó részecskék elektromos kölcsönhatása miatt jön létre.
Vegyük a legegyszerűbb alakváltozást: a feszítést és a kompressziót. A feszültség a testek lineáris méreteinek növekedésével, míg a kompresszió csökkenésével jár együtt. Az ezeket a folyamatokat jellemző értéket testnyúlásnak nevezzük. Jelöljük "x"-el. A rugalmas erő képlete közvetlenül kapcsolódik a nyúláshoz. Minden deformációnak kitett testnek megvannak a maga geometriai és fizikai paraméterei. A deformációval szembeni rugalmas ellenállás függését a test és az anyag, amelyből készült, a rugalmassági együttható határozza meg, nevezzük merevségnek (k).
A rugalmas kölcsönhatás matematikai modelljét a Hooke-törvény írja le.
A test deformációjából adódó erő az egyes testrészek elmozdulási iránya ellen irányul, egyenesen arányos annak nyúlásával:
- Fy=-kx (vektor jelölés).
A "-" jel az alakváltozás és az erő ellentétes irányát jelzi.
Skaláris formában nincs negatív előjel. A rugalmas erőt, amelynek képlete a következő: Fy=kx, csak rugalmas alakváltozásokra használjuk.
A mágneses mező kölcsönhatása az árammal
BefolyásolásA mágneses teret egyenárammal az Ampère-törvény írja le. Ebben az esetben azt az erőt, amellyel a mágneses tér a benne elhelyezett áramvezető vezetőre hat, Amper-erőnek nevezzük.
A mágneses mező kölcsönhatása mozgó elektromos töltéssel erőnyilvánulást okoz. Az ampererő, amelynek képlete F=IBlsinα, a tér mágneses indukciójától (B), a vezető aktív részének hosszától (l), a vezetőben lévő áramerősségtől (I) és a szögtől függ. az áram iránya és a mágneses indukció között.
Az utolsó függés miatt vitatható, hogy a mágneses tér vektora változhat a vezető forgatásakor vagy az áram irányának megváltozásakor. A bal kéz szabálya lehetővé teszi a cselekvés irányának beállítását. Ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a mágneses indukciós vektor behatoljon a tenyérbe, négy ujját a vezetőben lévő áram mentén irányítjuk, akkor a 90°-kal meghajlított hüvelykujj mutatja a mágneses mező.
Az emberiség ezt a hatást például elektromos motoroknál is felhasználta. A forgórész forgását egy erős elektromágnes által létrehozott mágneses mező okozza. Az erőképlet lehetővé teszi, hogy megítélje a motor teljesítményének megváltoztatásának lehetőségét. Az áramerősség vagy a térerő növekedésével a nyomaték növekszik, ami a motor teljesítményének növekedését eredményezi.
Részecskepályák
A mágneses tér és a töltés kölcsönhatását széles körben használják tömegspektrográfokban az elemi részecskék tanulmányozására.
A mező hatása ebben az esetben az úgynevezett erő megjelenését idézi előLorentz erő. Amikor egy bizonyos sebességgel mozgó töltött részecske belép egy mágneses térbe, a Lorentz-erő, amelynek képlete F=vBqsinα, a részecske körben való mozgását okozza.
Ebben a matematikai modellben v egy olyan részecske sebességi modulusa, amelynek elektromos töltése q, B a mező mágneses indukciója, α a sebesség irányai és a mágneses indukció közötti szög.
A részecske körben (vagy körívben) mozog, mivel az erő és a sebesség 90° szöget zár be egymással. A lineáris sebesség irányának megváltoztatása a gyorsulás látszatát idézi elő.
A bal kéz fentebb tárgy alt szabálya a Lorentz-erő tanulmányozása során is érvényesül: ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a mágneses indukciós vektor belépjen a tenyérbe, négy, egy vonalban kinyújtott ujj a tenyér mentén irányul. egy pozitív töltésű részecske sebessége, akkor a hüvelykujj 90° mutatja az erő irányát.
Plazmaproblémák
A mágneses mező és az anyag kölcsönhatását használják a ciklotronokban. A plazma laboratóriumi vizsgálatával kapcsolatos problémák nem teszik lehetővé, hogy zárt edényekben tartsák. Erősen ionizált gáz csak magas hőmérsékleten létezhet. A plazma mágneses mezők segítségével egy helyen tartható a térben, a gázt gyűrű formájában csavarva. A szabályozott termonukleáris reakciók úgy is tanulmányozhatók, hogy magas hőmérsékletű plazmát mágneses mezők segítségével izzószálba fonnak.
Példa a mágneses mező működésérein vivo ionizált gázon - Aurora Borealis. Ezt a fenséges látványt az Északi-sarkkörön túl, a Föld felszíne felett 100 km-es magasságban figyelik meg. A gáz titokzatos színes ragyogását csak a XX. században lehetett megmagyarázni. A föld pólusaihoz közeli mágneses tere nem tudja megakadályozni, hogy a napszél behatoljon a légkörbe. A mágneses indukció vonala mentén irányított legaktívabb sugárzás a légkör ionizációját okozza.
Töltésmozgással kapcsolatos jelenségek
Történelmileg azt a fő mennyiséget, amely egy vezetőben az áram áramlását jellemzi, áramerősségnek nevezik. Érdekes módon ennek a fogalomnak semmi köze az erőhöz a fizikában. Az áramerősség, amelynek képlete tartalmazza az egységnyi idő alatt a vezető keresztmetszetén átáramló töltést:
I=q/t, ahol t a töltés áramlási ideje q
Valójában az áramerősség a töltés mértéke. Mértékegysége az Amper (A), ellentétben N.
Egy erő munkájának meghatározása
Egy anyagra való kényszerítés munkavégzéssel jár. Az erő munkája egy fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő az erő és a hatása alatt áthaladó elmozdulás szorzatával, valamint az erő és az elmozdulás iránya közötti szög koszinuszával.
Az erő kívánt munkája, amelynek képlete A=FScosα, tartalmazza az erő nagyságát.
A test működését a test sebességének megváltozása vagy deformációja kíséri, ami az energia egyidejű változását jelzi. Az erő által végzett munka attól függértékek.
