Käsite määritelmässä ABC

Evelyn Maitee Marin | Kesäkuu 2022
Teollisuusinsinööri, Fysiikan maisteri ja EdD

Universumissa kaikki kehot ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa, ja sen seurauksena on ääretön määrä voimia, jotka ovat vastuussa kaikista fysikaalisista ja kemiallisista ilmiöistä, jotka ovat olleet olemassa: elementtien yhdistelmä on vuorovaikutus ja siinä syntyy voimia molekyylien välinen. Myös makroskooppisella tasolla on todisteita vuorovaikutuksista johtuvista voimista, esimerkiksi salkun nostamiseksi on käytettävä voimaa.

Jotta Kuu kiertää maata, Maan on kohdistettava siihen voima, ja Maa ja muut planeetat Aurinkokunta voi kiertää aurinkoa, täytyy olla voimia, jotka sallivat tämän liikettä. Yllä olevasta voidaan erottaa yleisesti kaksi vuorovaikutustyyppiä: kontakti ja etäisyys.

kontaktivuorovaikutuksia

Ne ovat sellaisia, joihin liittyy suora kosketus kehojen välillä. Joitakin esimerkkejä kosketusvoimista ovat:

Normaali reaktio (n): on voima, joka syntyy, kun keho lepää pinnalla tai koskettaa sitä. Sen nimi johtuu siitä, että tämä voima vaikuttaa aina kohtisuoraan kosketustason tangenttitasoon nähden ja suuntautuu pinnalta kehoon. Esimerkkejä tästä voimasta esiintyy koko ajan, kun henkilö seisoo tasaisella pinnalla. vaakasuoraan, koska maa kohdistaa ylöspäin suuntautuvan pystysuuntaisen voiman tukeakseen kehoa ja estääkseen sitä putoamasta. painotoiminta.

Jännitys (T): tämän tyyppistä voimaa kohdistavat joustavat kappaleet (voidaan taivuttaa), kuten köydet, kaapelit, jouset tai ketjut, mm. Termi jännitys johtuu siitä, että ainoa tapa, jolla joustava elementti, kuten köysi, voi vaikuttaa voima vetää, koska jos yrität työntää köydellä, se taipuu eikä siihen kohdistu voimaa jonkin verran. Jännitys esitetään samansuuntaisesti kaapelin kanssa ja poistuu aina rungosta, johon se vaikuttaa.

Kitkavoima (Ff): se on kaikkien pintojen karheudesta peräisin oleva voima, joka synnyttää vastuksen niiden väliselle suhteelliselle liikkeelle. Riippumatta siitä, kuinka sileältä pinta näyttää paljaalla silmällä, aina, ainakin mikroskooppisella tasolla, on epäsäännöllisyyksiä, jotka aiheuttavat eräänlaisen otteen, joka vastustaa liukua kahden kosketuksissa olevan pinnan välillä, joten kitkavoima esitetään kosketuspinnan tangenttina ja liikettä (tai taipumusta) vastapäätä samasta). Kitkavoimat erotetaan kahden tyyppistä: staattinen ja kinetiikka (²).

Staattinen kitkavoima (F_fs): toimii, kun vartalo on levossa, mutta taipumus liikkua. Tämän voiman suuruus on yhtä suuri kuin voima (tai voiman komponentti), joka synnyttää taipumuksen liikkua ja saavuttaa maksimiarvonsa kohta, jossa uhkaava liike tapahtuu, piste, jossa kitkavoima on suoraan verrannollinen normaaliin reaktioon pinta. vakio suhteellisuus kutsutaan staattisen kitkakertoimeksi (μ_s).

Toisaalta, kineettinen kitkavoima (F_fk), kohdistuu, kun pintojen välillä on suhteellista liikettä. Tämä voima on suunnilleen vakio ja sen suuruus määräytyy kertomalla kineettinen kitkakerroin (μ_k) normaaliin reaktioon.

Kitkakertoimet ovat ulottumattomia suureita, joiden arvo riippuu kosketuksissa olevien pintojen laadusta. Sen arvo on nollan ja yksikön välillä (0 < μ < 1), ja kokeellisesti on osoitettu, että staattinen kitkakerroin on suurempi kuin kineettinen (μ_s > μ_k).

etävuorovaikutuksia

Tämäntyyppiset vuorovaikutukset syntyvät ilman, että vuorovaikutuksessa olevien elinten on oltava fyysisessä kosketuksessa toistensa kanssa. Tämän ilmiön perustelemiseksi fysiikka on kehittänyt kokonaisen teorian nimeltä "kenttäteoria". on kenttä johonkin ominaisuuteen liittyvän fyysisen suuren esitys avaruudessa ja ajassa (taikina, sähkövaraus, magneettiset materiaalit). Yleisesti ottaen voidaan erottaa kolme erityyppistä etävuorovaikutusta:

Gravitaatiovoima: se on voima vetovoima syntyy vuorovaikutuksessa kahden kappaleen etäisyydellä massasta, ja sen suuruus noudattaa Laki universaalista gravitaatiosta:

Missä:

F: massojen välisen vetovoiman suuruus
G: universaali gravitaatiovakio (G ≈ 6,67x10^-11 N•m²/kg²)
m, M: kappaleiden massat
r: massojen välinen erotusetäisyys

Sähkövoima: tämä voima esiintyy sähköisesti varautuneiden hiukkasten tai kappaleiden välillä Se voi olla houkutteleva tai vastenmielinen riippuen siitä, ovatko maksujen merkit erilaisia ​​vai samat. vastaavasti. Pistevarauksille sähkövoiman suuruus voidaan määrittää Coulombin lain avulla:

missä:

F: varausten välisen vetovoiman suuruus
k: Coulombin vakio (k ≈ 9x10⁹ N m2/C²)
mitä₁ ja mitä₂: pistemaksujen arvot
r: varausten välinen erotusetäisyys

Magneettinen voima: on seurausta sähkömagneettisesta voimasta, joka syntyy liikkuvien varausten seurauksena. Magneettivoiman arvo voidaan määrittää Lorentzin laista:

F ⃗=q∙v ⃗×B ⃗

Missä:

F ⃗: magneettinen voima
q: liikkuva kuorma
v ⃗: nopeus lastin liikkeestä
B ⃗: magneettikenttä

Voimien määrittäminen

Klassisessa mekaniikassa Newtonin lait tarjoavat selityksen kappaleiden välisistä vuorovaikutuksista ja näiden vuorovaikutusten seurauksena syntyvien voimien määrittelystä. Erityisesti Newtonin toinen laki ilmaisee, että kappaleen kokema kiihtyvyys (a) on suoraan verrannollinen sen massaan (m) ja kääntäen verrannollinen käytettyyn voimaan (F):

F = m • a

On tärkeää huomata, että voimat ovat vektorisuureita, joten niillä on suuruus, suunta ja aistit. Suuruus määräytyy ilmaisu edellä, ja suunta ja suunta ovat samat kuin kiihtyvyydellä. Kansainvälisen järjestelmän voimayksiköt vastaavat kg m/s2, eli Newton (N).

1 N = 1 kg•m/s2