La parola "potere" è così onnicomprensiva che dargli un concetto chiaro è un compito quasi impossibile. La varietà dalla forza muscolare alla forza della mente non copre l'intera gamma di concetti investiti in essa. La forza, considerata come una quantità fisica, ha un significato e una definizione ben definiti. La formula della forza definisce un modello matematico: la dipendenza della forza dai parametri principali.
La storia della ricerca sulla forza include la definizione della dipendenza dai parametri e la prova sperimentale della dipendenza.
Potere in fisica
La forza è una misura dell'interazione dei corpi. L'azione reciproca dei corpi l'uno sull' altro descrive completamente i processi associati a un cambiamento nella velocità o alla deformazione dei corpi.
Come grandezza fisica, la forza ha un'unità di misura (nel sistema SI - Newton) e un dispositivo per misurarla - un dinamometro. Il principio di funzionamento del dinamometro si basa sul confronto della forza che agisce sul corpo con la forza della molla del dinamometro.
Una forza di 1 newton è considerata la forza sotto la quale un corpo di massa 1 kg cambia la sua velocità di 1 m in 1 secondo.
Forza come quantità vettoriale è definita:
- direzione dell'azione;
- punto di applicazione;
- modulo, assolutotaglia.
Descrivendo l'interazione, assicurati di indicare questi parametri.
Tipi di interazioni naturali: gravitazionale, elettromagnetica, forte, debole. Le forze gravitazionali (la forza di gravitazione universale con la sua varietà - la forza di gravità) esistono a causa dell'influenza dei campi gravitazionali che circondano qualsiasi corpo che abbia massa. Lo studio dei campi gravitazionali non è stato ancora completato. Non è ancora possibile trovare la fonte del campo.
Una gamma più ampia di forze nasce dall'interazione elettromagnetica degli atomi che compongono la materia.
Forza di pressione
Quando un corpo interagisce con la Terra, esercita una pressione sulla superficie. La forza di pressione, la cui formula è: P=mg, è determinata dalla massa corporea (m). L'accelerazione gravitazionale (g) ha valori diversi a diverse latitudini della Terra.
La forza di pressione verticale è uguale in valore assoluto e in direzione opposta alla forza di elasticità che si forma nel supporto. La formula della forza cambia a seconda del movimento del corpo.
Cambiamento del peso corporeo
L'azione di un corpo su un supporto dovuta all'interazione con la Terra viene spesso definita peso del corpo. È interessante notare che la quantità di peso corporeo dipende dall'accelerazione del movimento nella direzione verticale. Nel caso in cui la direzione dell'accelerazione sia opposta all'accelerazione della caduta libera, si osserva un aumento del peso. Se l'accelerazione del corpo coincide con la direzione della caduta libera, il peso del corpo diminuisce. Ad esempio, mentre si sale in ascensore, all'inizio della salita, una persona avverte un aumento di peso per un po'. Afferma che la sua massacambia, non è così. Allo stesso tempo, separiamo i concetti di "peso corporeo" e la sua "massa".
Forza elastica
Quando si cambia la forma di un corpo (la sua deformazione), appare una forza che tende a riportare il corpo alla sua forma originale. A questa forza fu dato il nome di "forza elastica". Sorge a causa dell'interazione elettrica delle particelle che compongono il corpo.
Consideriamo la deformazione più semplice: tensione e compressione. La tensione è accompagnata da un aumento delle dimensioni lineari dei corpi, mentre la compressione è accompagnata dalla loro diminuzione. Il valore che caratterizza questi processi è chiamato allungamento del corpo. Indichiamolo con "x". La formula della forza elastica è direttamente correlata all'allungamento. Ogni corpo sottoposto a deformazione ha i suoi parametri geometrici e fisici. La dipendenza della resistenza elastica alla deformazione dalle proprietà del corpo e del materiale di cui è composta è determinata dal coefficiente di elasticità, chiamiamola rigidità (k).
Il modello matematico dell'interazione elastica è descritto dalla legge di Hooke.
La forza derivante dalla deformazione del corpo è diretta contro la direzione di spostamento delle singole parti del corpo, è direttamente proporzionale al suo allungamento:
- Fy=-kx (notazione vettoriale).
Il segno "-" indica la direzione opposta di deformazione e forza.
Non esiste alcun segno negativo in forma scalare. La forza elastica, la cui formula ha la seguente forma Fy=kx, viene utilizzata solo per le deformazioni elastiche.
Interazione del campo magnetico con la corrente
Influenzacampo magnetico a corrente continua è descritto dalla legge di Ampère. In questo caso, la forza con cui il campo magnetico agisce su un conduttore in esso posto sotto corrente è chiamata forza di Ampère.
L'interazione di un campo magnetico con una carica elettrica in movimento provoca una manifestazione di forza. La forza Ampere, la cui formula è F=IBlsinα, dipende dall'induzione magnetica del campo (B), dalla lunghezza della parte attiva del conduttore (l), dalla forza di corrente (I) nel conduttore e dall'angolo tra la direzione della corrente e l'induzione magnetica.
A causa dell'ultima dipendenza, si può sostenere che il vettore del campo magnetico può cambiare quando il conduttore viene ruotato o la direzione della corrente cambia. La regola della mano sinistra consente di impostare la direzione dell'azione. Se la mano sinistra è posizionata in modo che il vettore di induzione magnetica entri nel palmo, quattro dita sono dirette lungo la corrente nel conduttore, quindi il pollice piegato di 90° mostrerà la direzione del campo magnetico.
L'uso di questo effetto da parte dell'umanità è stato riscontrato, ad esempio, nei motori elettrici. La rotazione del rotore è causata da un campo magnetico creato da un potente elettromagnete. La formula della forza consente di valutare la possibilità di modificare la potenza del motore. Con un aumento della corrente o dell'intensità del campo, la coppia aumenta, con conseguente aumento della potenza del motore.
Traiettorie delle particelle
L'interazione di un campo magnetico con una carica è ampiamente utilizzata negli spettrografi di massa nello studio delle particelle elementari.
L'azione del campo in questo caso provoca la comparsa di una forza chiamataforza di Lorentz. Quando una particella carica che si muove a una certa velocità entra in un campo magnetico, la forza di Lorentz, la cui formula ha la forma F=vBqsinα, fa muovere la particella in un cerchio.
In questo modello matematico, v è il modulo di velocità di una particella la cui carica elettrica è q, B è l'induzione magnetica del campo, α è l'angolo tra le direzioni della velocità e l'induzione magnetica.
La particella si muove in un cerchio (o in un arco di cerchio), poiché la forza e la velocità sono dirette ad un angolo di 90° l'una rispetto all' altra. La modifica della direzione della velocità lineare provoca la comparsa dell'accelerazione.
La regola della mano sinistra, discussa sopra, si verifica anche quando si studia la forza di Lorentz: se la mano sinistra è posizionata in modo che il vettore di induzione magnetica entri nel palmo, quattro dita estese in linea sono dirette lungo il velocità di una particella carica positivamente, quindi il pollice piegato di 90° mostra la direzione della forza.
Problemi di plasma
L'interazione del campo magnetico e della materia viene utilizzata nei ciclotroni. I problemi associati allo studio di laboratorio del plasma non consentono di conservarlo in vasi chiusi. Un gas altamente ionizzato può esistere solo ad alte temperature. Il plasma può essere mantenuto in un posto nello spazio per mezzo di campi magnetici, attorcigliando il gas sotto forma di un anello. Le reazioni termonucleari controllate possono anche essere studiate ruotando plasma ad alta temperatura in un filamento usando campi magnetici.
Un esempio dell'azione di un campo magneticoin vivo su gas ionizzato - Aurora Boreale. Questo maestoso spettacolo si osserva oltre il Circolo Polare Artico a un' altitudine di 100 km sopra la superficie terrestre. Il misterioso bagliore colorato del gas potrebbe essere spiegato solo nel 20° secolo. Il campo magnetico terrestre vicino ai poli non può impedire al vento solare di penetrare nell'atmosfera. La radiazione più attiva diretta lungo le linee di induzione magnetica provoca la ionizzazione dell'atmosfera.
Fenomeni associati al movimento di carica
Storicamente, la principale grandezza che caratterizza il flusso di corrente in un conduttore è chiamata intensità di corrente. È interessante notare che questo concetto non ha nulla a che fare con la forza in fisica. La forza attuale, la cui formula include la carica che fluisce per unità di tempo attraverso la sezione trasversale del conduttore, è:
I=q/t, dove t è il tempo di flusso di carica q
In effetti, la forza attuale è la quantità di carica. La sua unità di misura è Ampere (A), a differenza di N.
Determinazione del lavoro di una forza
L'azione forzata su una sostanza è accompagnata dall'esecuzione del lavoro. Il lavoro di una forza è una quantità fisica numericamente uguale al prodotto della forza per lo spostamento passato sotto la sua azione, e il coseno dell'angolo tra le direzioni della forza e dello spostamento.
Il lavoro desiderato della forza, la cui formula è A=FScosα, include la grandezza della forza.
L'azione del corpo è accompagnata da un cambiamento nella velocità del corpo o deformazione, che indica cambiamenti simultanei di energia. Il lavoro svolto da una forza dipendevalori.
