Formula forțată. Forța - formula (fizica)

Cuvântul "putere" este atât de cuprinzător încât a da un concept clar este o sarcină practic imposibilă. Varietatea de forța mușchilor până la puterea minții nu acoperă întreaga gamă de concepte încorporate în ea. Forța considerată ca o cantitate fizică are un înțeles și o definiție clar definită. Formula forŃei definește un model matematic: dependenŃa forŃei de parametrii de bază.

Istoria cercetării forțelor include determinarea dependenței de parametri și dovada experimentală a dependenței.

Forța în fizică

Forța este o măsură interacțiunea corpurilor. Acțiunea reciprocă a corpurilor una asupra celeilalte descrie pe deplin procesele asociate cu schimbarea vitezei sau deformării corpurilor.

Ca o cantitate fizică, forța are o unitate de măsură (în sistemul SI - Newton), iar dispozitivul pentru măsurarea sa este un dinamometru. Principiul silometrului se bazează pe compararea forței care acționează asupra corpului, cu forța arcului dinamometrului.

Pentru forța în 1 newton forța este acceptată, sub acțiunea căreia un corp cu o greutate de 1 kg își schimbă viteza cu 1 m în 1 secundă.

Forța ca o cantitate vectorială este determinată de:

• direcția de acțiune;
• punctul de aplicare;
• modul, valoare absolută.

Descriindu-se interacțiunea, trebuie să specificați acești parametri.

Tipuri de interacțiuni naturale: gravitaționale, electromagnetice, puternice, slabe. gravitate forță (forța gravitația universală cu varietatea ei - gravitatea) există datorită influenței câmpurilor gravitaționale care înconjoară orice corp care are masa. Investigarea câmpurilor de gravitație nu a fost finalizată până acum. Nu este încă posibil să găsiți sursa câmpului.

Numărul mai mare de forțe se datorează interacțiunii electromagnetice a atomilor, din care consta substanța.

Forța de presiune

Când corpul interacționează cu Pământul, acesta exercită o presiune asupra suprafeței. Forța de presiune, a cărei formulă are forma: P = mg, este determinată de masa corporală (m). Accelerația căderii libere (g) are valori diferite la latitudini diferite ale Pământului.

Forța verticală de presiune este egală în modul și opusă în direcția forței elastice care apare în suport. Formula forței variază în funcție de mișcarea corpului.

Modificarea greutății corporale

Acțiunea corpului pe suportul datorat interacțiunii cu Pământul este adesea menționată ca greutate corporală. Interesant, cantitatea de greutate corporală depinde de accelerarea mișcării în direcția verticală. În cazul în care direcția de accelerație este opusă accelerației de cădere liberă, se observă o creștere a greutății. Dacă accelerația corpului coincide cu direcția de cădere liberă, atunci greutatea corpului scade. De exemplu, în timp ce vă aflați într-un ascensor de cățărare, la începutul urcării o persoană simte o creștere în greutate pentru o vreme. Nu este necesar să spunem că masa lui se schimbă. În același timp, împărtășim conceptele de "greutate corporală" și "masa" acesteia.

Rezistența elasticității

Când forma corpului (deformarea sa) se schimbă, apare o forță care tinde să readucă corpul în forma sa originală. Această forță a primit numele de "rezistență la elasticitate". Apare din cauza interacțiunii electrice a particulelor, din care constă corpul.

Luați în considerare cea mai simplă deformare: întindere și contracție. Întinderea este însoțită de o creștere a dimensiunilor liniare ale corpurilor, iar comprimarea este însoțită de o scădere. Mărimea care caracterizează aceste procese se numește alungirea corpului. Indicați-l cu "x". Formula forței elastice este direct legată de alungire. Fiecare organism care suferă deformări are propriile parametri geometrici și fizici. Dependența rezistenței la deformare elastică asupra proprietăților corpului și a materialului din care este realizată este determinată de coeficientul de elasticitate, să-l numim rigiditate (k).

Modelul matematic al interacțiunii elastice este descris de legea lui Hooke.

Forța care rezultă din deformarea corpului este îndreptată împotriva direcției de deplasare a părților individuale ale corpului, direct proporțională cu alungirea sa:

• F_y = -kx (în notația vectorială).

Semnul ";" indică opusul direcției de deformare și de forță.

În forma scalară, nu există nici un semn negativ. Forța elastică, a cărei formulă are următoarea formă: F_y = kx, este utilizat numai pentru deformări elastice.

Interacțiunea unui câmp magnetic cu un curent

Se descrie efectul unui câmp magnetic asupra curentului direct legea lui Ampere. În acest caz, forța cu care câmpul magnetic acționează asupra unui conductor cu un curent plasat în el se numește forța de amperi.

Interacțiunea unui câmp magnetic cu o sarcină electrică în mișcare determină o manifestare a forței. Forța Ampere, a cărei formulă are forma F = IBlsinalpha- depinde de inducția câmpului magnetic (B), lungimea părții active a conductorului (l), curent (I) în conductor și unghiul dintre direcția curentului și inducția magnetică.

Datorită dependenței din urmă, se poate afirma că vectorul de acțiune al câmpului magnetic se poate schimba atunci când conductorul este rotit sau direcția curentului este schimbată. Regula de mâna stângă vă permite să setați direcția acțiunii. Dacă mâna stângă este poziționată astfel încât vectorul de inducție magnetică să pătrundă în palmă, cele patru degete sunt direcționate de-a lungul curentului în conductor, apoi îndoite la 90^° Degetul mare arată direcția câmpului magnetic.

Utilizarea acestei influențe de către omenire se găsește, de exemplu, în motoarele electrice. Rotirea rotorului este cauzată de un câmp magnetic creat de un electromagnet puternic. Formula de forță vă permite să evaluați posibilitatea modificării puterii motorului. Cu o creștere a curentului sau a amplorii câmpului, crește cuplul, ceea ce duce la o creștere a puterii motorului.

Traiectoriile particulelor

Interacțiunea unui câmp magnetic cu o sarcină este larg utilizată în spectrogramele de masă în studiul particulelor elementare.

Acțiunea câmpului în acest caz provoacă apariția unei forțe numită forță Lorentz. Când o particulă încărcată se mișcă într-un anumit câmp magnetic forța lui Lorentz, a cărui formulă are forma F = vBqsinalpha-, determină particula să se deplaseze de-a lungul circumferinței.

În acest model matematic, v este modulul de viteză al unei particule a cărei sarcină electrică este q, B este inducția magnetică a câmpului, alfa - este unghiul dintre direcțiile de viteză și inducția magnetică.

Particula se deplasează de-a lungul unui cerc (sau al unui arc de cerc), deoarece forța și viteza sunt direcționate la un unghi de 90^° unul la altul. Schimbarea în direcția vitezei liniare determină apariția accelerației.

regulă stânga, discutat mai sus, are loc în studiul forței Lorentz, dacă brațul stâng poziționat astfel încât vectorul inducție magnetică inclus în palma, patru degete care se extind într-o linie au fost trimise la viteza unei particule încărcate pozitiv, apoi îndoit cu 90^° Degetul mare va arăta direcția acțiunii forței.

Probleme ale plasmei

Interacțiunea dintre câmpul magnetic și materia este utilizată în ciclotroni. Problemele asociate cu studiile de laborator ale plasmei nu permit îngrădirea în vase închise. Gazul puternic ionizat poate exista numai la temperaturi ridicate. Pentru a menține plasma într-un singur spațiu, este posibil prin intermediul câmpurilor magnetice, răsucirea gazului sub forma unui inel. gestionate reacții termonucleare poate fi studiată și prin răsucirea plasmei de înaltă temperatură într-un cablu prin intermediul câmpurilor magnetice.

Exemplu de acțiune a unui câmp magnetic în condiții naturale asupra gazului ionizat - Luminile polar. Acest spectacol maiestuos este observat dincolo de Cercul Arctic la o altitudine de 100 km deasupra suprafeței pământului. O strălucire plină de culoare plină de lumină nu putea fi explicată decât în ​​secolul al XX-lea. Câmpul magnetic al pământului lângă poli nu poate împiedica pătrunderea vântului solar în atmosferă. Radiația cea mai activă, îndreptată de-a lungul liniilor de inducție magnetică, provoacă ionizarea atmosferei.

Fenomenele asociate cu mișcarea unei încărcări

Din punct de vedere istoric, cantitatea principală care caracterizează debitul curent într-un conductor este denumită forța curentă. Este interesant faptul că acest concept nu are nimic de-a face cu forța fizică. Forța curentă, a cărei formulă include sarcina care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a conductorului, are forma:

• I = q / t, unde t este timpul încărcării q.

De fapt, puterea actuală este magnitudinea încărcăturii. Unitatea de măsurare este Ampere (A), în contrast cu N.

Determinarea muncii forței

Acțiunea forțată asupra substanței este însoțită de efectuarea muncii. Forța de forță este o cantitate fizică care este numeric egală cu produsul forței pentru mișcarea traversată de acțiunea ei și cosinusul unghiului dintre direcțiile de forță și deplasare.

Lucrarea dorită de forță, a cărei formulă are forma A = FScosalpha-, include magnitudinea forței.

Acțiunea corpului este însoțită de o schimbare a vitezei sau deformării corpului, care indică modificări simultane ale energiei. Forța de forță depinde de magnitudine.