Riječ "moć" je toliko sveobuhvatna da je davanje jasnog koncepta gotovo nemoguć zadatak. Raznolikost od mišićne snage do snage uma ne pokriva čitav niz koncepata uloženih u to. Sila, koja se smatra fizičkom veličinom, ima dobro definisano značenje i definiciju. Formula sile definira matematički model: ovisnost sile o glavnim parametrima.
Istorija istraživanja sile uključuje definiciju zavisnosti od parametara i eksperimentalni dokaz zavisnosti.
Moć u fizici
Snaga je mjera interakcije tijela. Međusobno djelovanje tijela jedno na drugo u potpunosti opisuje procese povezane sa promjenom brzine ili deformacije tijela.
Kao fizička veličina, sila ima mjernu jedinicu (u SI sistemu - njutn) i uređaj za njeno mjerenje - dinamometar. Princip rada merača sile zasniva se na poređenju sile koja deluje na telo sa silom sile opruge dinamometra.
Sila od 1 njutna se uzima kao sila pod kojom tijelo mase 1 kg promijeni svoju brzinu za 1 m u 1 sekundi.
Sila kao vektorska veličina je definirana:
- smjer djelovanja;
- točka primjene;
- modul, apsolutniveličina.
Opisujući interakciju, obavezno naznačite ove parametre.
Vrste prirodnih interakcija: gravitacione, elektromagnetne, jake, slabe. Gravitacijske sile (sila univerzalne gravitacije sa svojom raznolikošću - sila gravitacije) postoje zbog utjecaja gravitacijskih polja koja okružuju bilo koje tijelo koje ima masu. Proučavanje gravitacionih polja do sada nije završeno. Još nije moguće pronaći izvor polja.
Veliki raspon sila nastaje iz elektromagnetne interakcije atoma koji čine materiju.
Sila pritiska
Kada tijelo stupi u interakciju sa Zemljom, ono vrši pritisak na površinu. Sila pritiska, čija je formula: P=mg, određena je tjelesnom masom (m). Gravitacijsko ubrzanje (g) ima različite vrijednosti na različitim geografskim širinama Zemlje.
Sila vertikalnog pritiska jednaka je apsolutnoj vrijednosti i suprotna u smjeru od sile elastičnosti koja nastaje u osloncu. Formula sile se mijenja u zavisnosti od kretanja tijela.
Promjena tjelesne težine
Djelovanje tijela na oslonac zbog interakcije sa Zemljom često se naziva težinom tijela. Zanimljivo je da količina tjelesne težine ovisi o ubrzanju kretanja u okomitom smjeru. U slučaju kada je smjer ubrzanja suprotan ubrzanju slobodnog pada, uočava se povećanje težine. Ako se ubrzanje tijela poklopi sa smjerom slobodnog pada, tada se težina tijela smanjuje. Na primjer, dok je u uzlaznom liftu, na početku uspona, osoba neko vrijeme osjeća povećanje težine. Tvrditi da je njegova masamenja, ne menja se. Istovremeno, razdvajamo koncepte "tjelesne težine" i njene "mase".
Elastična sila
Prilikom promjene oblika tijela (njegove deformacije) pojavljuje se sila koja teži da vrati tijelo u prvobitni oblik. Ova sila je dobila naziv "elastična sila". Nastaje zbog električne interakcije čestica koje čine tijelo.
Razmotrimo najjednostavniju deformaciju: napetost i kompresiju. Napetost je praćena povećanjem linearnih dimenzija tijela, dok je kompresija praćena njihovim smanjenjem. Vrijednost koja karakterizira ove procese naziva se elongacija tijela. Označimo ga sa "x". Formula elastične sile je direktno povezana sa istezanjem. Svako tijelo podvrgnuto deformaciji ima svoje geometrijske i fizičke parametre. Ovisnost elastične otpornosti na deformaciju od svojstava tijela i materijala od kojeg je napravljena određena je koeficijentom elastičnosti, nazovimo ga krutošću (k).
Matematički model elastične interakcije opisan je Hookeovim zakonom.
Sila koja nastaje deformacijom tijela usmjerena je protiv smjera pomicanja pojedinih dijelova tijela, direktno je proporcionalna njegovom izduženju:
- Fy=-kx (vektorska notacija).
Znak "-" označava suprotan smjer deformacije i sile.
Nema negativnog predznaka u skalarnom obliku. Elastična sila, čija formula ima sljedeći oblik Fy=kx, koristi se samo za elastične deformacije.
Interakcija magnetnog polja sa strujom
Uticajmagnetsko polje u jednosmernu struju opisano je Amperovim zakonom. U ovom slučaju, sila kojom magnetno polje djeluje na provodnik sa strujom smješten u njemu naziva se Amperova sila.
Interakcija magnetnog polja sa pokretnim električnim nabojem uzrokuje manifestaciju sile. Amperova sila, čija je formula F=IBlsinα, zavisi od magnetne indukcije polja (B), dužine aktivnog dela provodnika (l), jačine struje (I) u provodniku i ugla između smjera struje i magnetske indukcije.
Usled poslednje zavisnosti, može se tvrditi da se vektor magnetnog polja može promeniti kada se provodnik rotira ili promeni smer struje. Pravilo lijeve ruke vam omogućava da postavite smjer djelovanja. Ako je lijeva ruka postavljena tako da vektor magnetne indukcije ulazi u dlan, četiri prsta su usmjerena duž struje u provodniku, tada će palac savijen za 90° pokazati smjer magnetno polje.
Korišćenje ovog efekta od strane čovječanstva pronađeno je, na primjer, u električnim motorima. Rotaciju rotora uzrokuje magnetsko polje koje stvara snažan elektromagnet. Formula sile vam omogućava da procenite mogućnost promene snage motora. Sa povećanjem struje ili jačine polja, obrtni moment se povećava, što rezultira povećanjem snage motora.
Traktorije čestica
Interakcija magnetnog polja sa nabojem se široko koristi u spektrografima mase u proučavanju elementarnih čestica.
Djelovanje polja u ovom slučaju uzrokuje pojavu sile koja se zoveLorencova sila. Kada nabijena čestica koja se kreće određenom brzinom uđe u magnetsko polje, Lorentzova sila, čija formula ima oblik F=vBqsinα, uzrokuje da se čestica kreće u krug.
U ovom matematičkom modelu, v je modul brzine čestice čiji je električni naboj q, B je magnetna indukcija polja, α je ugao između smjera brzine i magnetske indukcije..
Čestica se kreće u krugu (ili luku kruga), pošto su sila i brzina usmjerene jedna prema drugoj pod uglom od 90°. Promjena smjera linearne brzine uzrokuje pojavu ubrzanja.
Pravilo lijeve ruke, o kojem smo gore govorili, također se primjenjuje kod proučavanja Lorentzove sile: ako je lijeva ruka postavljena tako da vektor magnetne indukcije ulazi u dlan, četiri prsta ispružena u liniji usmjerena su duž brzina pozitivno nabijene čestice, tada palac savijen 90° pokazuje smjer sile.
Plasma problemi
Interakcija magnetnog polja i materije se koristi u ciklotronima. Problemi vezani za laboratorijsko proučavanje plazme ne dozvoljavaju da se ona drži u zatvorenim posudama. Visoko jonizovani gas može postojati samo na visokim temperaturama. Plazma se može zadržati na jednom mjestu u svemiru pomoću magnetnih polja, uvijajući plin u obliku prstena. Kontrolisane termonuklearne reakcije se takođe mogu proučavati vrtenjem visokotemperaturne plazme u filament pomoću magnetnih polja.
Primjer djelovanja magnetnog poljain vivo na jonizovanom gasu - Aurora Borealis. Ovaj veličanstveni spektakl posmatra se iza arktičkog kruga na visini od 100 km iznad površine zemlje. Tajanstveni šareni sjaj gasa mogao se objasniti tek u 20. veku. Zemljino magnetsko polje u blizini polova ne može spriječiti solarni vjetar da prodre u atmosferu. Najaktivnije zračenje usmjereno duž linija magnetske indukcije uzrokuje jonizaciju atmosfere.
Fenomeni povezani sa kretanjem naboja
Istorijski gledano, glavna veličina koja karakteriše tok struje u provodniku naziva se jačina struje. Zanimljivo je da ovaj koncept nema nikakve veze sa silom u fizici. Jačina struje, čija formula uključuje naboj koji teče u jedinici vremena kroz poprečni presjek provodnika, je:
I=q/t, gdje je t vrijeme protoka punjenja q
U stvari, trenutna snaga je količina naelektrisanja. Njegova mjerna jedinica je amper (A), za razliku od N.
Određivanje rada sile
Dejstvo sile na supstancu je praćeno izvođenjem rada. Rad sile je fizička veličina brojčano jednaka umnošku sile i pomaka pređenog pod njenim djelovanjem i kosinus ugla između smjerova sile i pomaka.
Željeni rad sile, čija je formula A=FScosα, uključuje veličinu sile.
Delovanje tela je praćeno promenom brzine tela ili deformacijom, što ukazuje na istovremene promene energije. Rad sile zavisi odvrijednosti.
