Sana "voima" on niin kaiken kattava, että sille on lähes mahdotonta antaa selkeä käsite. Monimuotoisuus lihasvoimasta mielen vahvuuteen ei kata kaikkea siihen sijoitettua käsitteiden kirjoa. Voimalla, jota pidetään fyysisenä suurena, on hyvin määritelty merkitys ja määritelmä. Voimakaava määrittelee matemaattisen mallin: voiman riippuvuuden pääparametreista.
Voimatutkimuksen historiaan kuuluu parametririippuvuuden määritelmä ja riippuvuuden kokeellinen näyttö.
Voima fysiikassa
Lujuus on kehojen vuorovaikutuksen mitta. Kappaleiden keskinäinen vaikutus toisiinsa kuvaa täysin prosesseja, jotka liittyvät kappaleiden nopeuden tai muodonmuutoksen muutokseen.
Fysikaalisena suurena voimalla on mittayksikkö (SI-järjestelmässä - Newton) ja sen mittauslaite - dynamometri. Voimamittarin toimintaperiaate perustuu siihen, että kehoon vaikuttavaa voimaa verrataan dynamometrin jousivoimaan.
1 newtonin voimaksi katsotaan voima, jolla kappale, jonka massa on 1 kg, muuttaa nopeuttaan 1 m 1 sekunnissa.
Voima vektorisuureeksi on määritelty:
- toiminnan suunta;
- sovelluskohta;
- moduuli, ehdotonkoko.
Kuvatessasi vuorovaikutusta, muista ilmoittaa nämä parametrit.
Luonnollisen vuorovaikutuksen tyypit: gravitaatio, sähkömagneettinen, vahva, heikko. Gravitaatiovoimat (yleisen painovoiman voima sen vaihteluineen - painovoima) ovat olemassa mitä tahansa massaa omaavaa kappaletta ympäröivien gravitaatiokenttien vaikutuksesta. Gravitaatiokenttien tutkimusta ei ole vielä saatu päätökseen. Kentän lähdettä ei ole vielä mahdollista löytää.
Aineen muodostavien atomien sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta syntyy laajempi joukko voimia.
Painevoima
Kun keho on vuorovaikutuksessa maan kanssa, se kohdistaa painetta pintaan. Painevoima, jonka kaava on: P=mg, määräytyy kehon massan (m) mukaan. Gravitaatiokiihtyvyydellä (g) on erilaiset arvot maan eri leveysasteilla.
Pystypainevoima on itseisarvoltaan sama ja suunn altaan vastakkainen kannattimeen syntyvään kimmovoimaan nähden. Voiman kaava muuttuu kehon liikkeen mukaan.
Kehon painonmuutos
Kehon vaikutusta tukeen, joka johtuu vuorovaikutuksesta Maan kanssa, kutsutaan usein kehon painoksi. Mielenkiintoista on, että kehon painon määrä riippuu liikkeen kiihtyvyydestä pystysuunnassa. Siinä tapauksessa, että kiihtyvyyden suunta on päinvastainen kuin vapaan pudotuksen kiihtyvyys, havaitaan painon kasvu. Jos kehon kiihtyvyys on sama kuin vapaan pudotuksen suunta, kehon paino pienenee. Esimerkiksi nousevassa hississä, nousun alussa, henkilö tuntee painon nousun hetkeksi. Väitä, että sen massamuuttuu, ei. Samalla erotamme käsitteet "paino" ja sen "massa".
Elastinen voima
Kun muutetaan kappaleen muotoa (sen muodonmuutosta), ilmenee voima, joka pyrkii palauttamaan kehon alkuperäiseen muotoonsa. Tälle voimalle annettiin nimi "elastinen voima". Se syntyy kehon muodostavien hiukkasten sähköisen vuorovaikutuksen seurauksena.
Otetaan huomioon yksinkertaisin muodonmuutos: jännitys ja puristus. Jännitystä seuraa kappaleiden lineaaristen mittojen kasvu, kun taas puristamiseen liittyy niiden pieneneminen. Näitä prosesseja kuvaavaa arvoa kutsutaan kehon elongaatioksi. Merkitään se "x":llä. Elastisen voiman kaava liittyy suoraan venymään. Jokaisella muodonmuutoksen alaisena kappaleella on omat geometriset ja fysikaaliset parametrinsa. Elastisen muodonmuutoskestävyyden riippuvuus kappaleen ja materiaalin ominaisuuksista, josta se on valmistettu, määräytyy kimmokertoimella, kutsutaan sitä jäykkyydeksi (k).
Elastisen vuorovaikutuksen matemaattinen malli kuvataan Hooken lailla.
Rungon muodonmuutoksesta aiheutuva voima kohdistuu yksittäisten kehon osien siirtymissuuntaa vastaan, on suoraan verrannollinen sen venymään:
- Fy=-kx (vektorimerkintä).
"-"-merkki osoittaa muodonmuutoksen ja voiman vastakkaisen suunnan.
Skalaarimuodossa ei ole negatiivista merkkiä. Kimmovoimaa, jonka kaava on muotoa Fy=kx, käytetään vain kimmoisille muodonmuutoksille.
Magneettisen kentän vuorovaikutus virran kanssa
Vaikuttaminenmagneettikenttä tasavirtaan kuvataan Ampèren lailla. Tässä tapauksessa voimaa, jolla magneettikenttä vaikuttaa siihen sijoitettuun virtaa kuljettavaan johtimeen, kutsutaan Ampère-voimaksi.
Magneettisen kentän vuorovaikutus liikkuvan sähkövarauksen kanssa aiheuttaa voiman ilmentymisen. Ampeerivoima, jonka kaava on F=IBlsinα, riippuu kentän magneettisesta induktiosta (B), johtimen aktiivisen osan pituudesta (l), virran voimakkuudesta (I) johtimessa ja kulmasta virran suunnan ja magneettisen induktion välillä.
Viimeisestä riippuvuudesta johtuen voidaan väittää, että magneettikentän vektori voi muuttua, kun johdinta kierretään tai virran suunta muuttuu. Vasemman käden säännön avulla voit määrittää toiminnan suunnan. Jos vasen käsi on sijoitettu niin, että magneettinen induktiovektori tulee kämmenelle, neljä sormea suunnataan johtimessa olevaa virtaa pitkin, jolloin 90° taivutettu peukalo näyttää johtimeen suunnan. magneettikenttä.
Ihminen on käyttänyt tätä vaikutusta esimerkiksi sähkömoottoreissa. Roottorin pyörimisen aiheuttaa voimakkaan sähkömagneetin luoma magneettikenttä. Voimakaavan avulla voit arvioida mahdollisuutta muuttaa moottorin tehoa. Virran tai kentänvoimakkuuden kasvaessa vääntömomentti kasvaa, mikä lisää moottorin tehoa.
Partikkelien liikeradat
Magneettisen kentän vuorovaikutusta varauksen kanssa käytetään laaj alti massaspektrografeissa alkuainehiukkasten tutkimuksessa.
Kentän toiminta aiheuttaa tässä tapauksessa voiman ilmaantumisenLorentzin voima. Kun tietyllä nopeudella liikkuva varautunut hiukkanen joutuu magneettikenttään, Lorentzin voima, jonka kaava on muotoa F=vBqsinα, saa hiukkasen liikkumaan ympyrässä.
Tässä matemaattisessa mallissa v on hiukkasen nopeusmoduuli, jonka sähkövaraus on q, B on kentän magneettinen induktio, α on nopeussuuntien ja magneettisen induktion välinen kulma.
Hiukka liikkuu ympyrässä (tai ympyrän kaaressa), koska voima ja nopeus on suunnattu 90°:n kulmassa° toisiinsa nähden. Lineaarisen nopeuden suunnan muuttaminen saa aikaan kiihtyvyyden.
Yllä käsitelty vasemman käden sääntö pätee myös Lorentzin voimaa tutkittaessa: jos vasen käsi on sijoitettu niin, että magneettinen induktiovektori tulee kämmenelle, neljä linjaan ojennettuna sormea suunnataan pitkin positiivisesti varautuneen hiukkasen nopeus, niin peukalo taivutettu 90° näyttää voiman suunnan.
Plasmaongelmat
Magneettikentän ja aineen vuorovaikutusta käytetään syklotroneissa. Plasman laboratoriotutkimukseen liittyvät ongelmat eivät salli sen säilyttämistä suljetuissa astioissa. Erittäin ionisoitunutta kaasua voi esiintyä vain korkeissa lämpötiloissa. Plasma voidaan pitää yhdessä paikassa avaruudessa magneettikenttien avulla kiertämällä kaasua renkaan muodossa. Hallittuja lämpöydinreaktioita voidaan tutkia myös pyörittämällä korkean lämpötilan plasmaa filamentiksi magneettikenttien avulla.
Esimerkki magneettikentän vaikutuksestain vivo ionisoidulla kaasulla - Aurora Borealis. Tämä majesteettinen spektaakkeli havaitaan napapiirin takana 100 km:n korkeudessa maanpinnan yläpuolella. Kaasun salaperäinen värikäs hehku pystyttiin selittämään vasta 1900-luvulla. Maan magneettikenttä lähellä napoja ei voi estää aurinkotuulta tunkeutumasta ilmakehään. Aktiivisin magneettisen induktion linjoja pitkin suunnattu säteily aiheuttaa ilmakehän ionisaatiota.
Varauksen liikkeeseen liittyvät ilmiöt
Historiallisesti pääasiallista suuretta, joka kuvaa virran kulkua johtimessa, kutsutaan virranvoimakkuudeksi. Mielenkiintoista on, että tällä käsitteellä ei ole mitään tekemistä fysiikan voiman kanssa. Virran voimakkuus, jonka kaava sisältää varauksen, joka virtaa aikayksikköä kohti johtimen poikkileikkauksen läpi, on:
I=q/t, missä t on varauksen virtausaika q
Itse asiassa virran voimakkuus on latauksen määrä. Sen mittayksikkö on ampeeri (A), toisin kuin N.
Voiman työn määrittäminen
Aineen pakottamiseen liittyy työn suorittaminen. Voiman työ on fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin voiman ja sen vaikutuksesta ohitetun siirtymän tulo sekä voiman ja siirtymän suunnan välisen kulman kosini.
Voiman haluttu työ, jonka kaava on A=FScosα, sisältää voiman suuruuden.
Kehon toimintaan liittyy kehon nopeuden muutos tai muodonmuutos, mikä osoittaa samanaikaisia energian muutoksia. Voiman tekemä työ riippuuarvot.
