מושג בהגדרה ABC

אוולין מייטי מרין | יוני 2022
מהנדס תעשיה, MSc בפיזיקה, ו-EDD

ביקום, כל הגופים נמצאים באינטראקציה מתמדת, וכתוצאה מכך, יש אינסוף כוחות שאחראים על מכל התופעות הפיזיקליות והכימיות שהיו קיימות: שילוב היסודות הוא אינטראקציה, ובו נוצרים כוחות אינטרמולקולרית. כמו כן, ברמה המקרוסקופית יש עדות לכוחות כתוצאה מאינטראקציות, למשל, להרמת תיק, נדרש להפעיל כוח.

כדי שהירח יקיף את כדור הארץ, כדור הארץ חייב להפעיל עליו כוח, ועל כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים מערכת השמש יכול להקיף את השמש, חייבים להיות כוחות שמאפשרים זאת תְנוּעָה. מן האמור לעיל, ניתן להבחין באופן כללי בשני סוגים של אינטראקציות: על ידי מגע ועל ידי מרחק.

אינטראקציות מגע

הם אלה הכרוכים במגע ישיר בין גופים. כמה דוגמאות לכוחות מגע הם:

תגובה נורמלית (n): הוא כוח שנוצר כאשר גוף נשען או נוגע במשטח. שמו נובע מהעובדה שכוח זה פועל תמיד בניצב למישור המגע המשיק ומופנה מהמשטח אל הגוף. דוגמאות לכוח זה מתרחשות כל הזמן כאשר אדם עומד על משטח ישר. אופקי, שכן הקרקע מפעילה כוח אנכי כלפי מעלה כדי לתמוך בגוף ולמנוע את נפילתו. פעולת משקל.

מתח (T): כוח מסוג זה מופעל על ידי גופים גמישים (ניתנים לכיפוף) כגון חבלים, כבלים, קפיצים או שרשראות, בין היתר. המונח מתח נובע מהעובדה שהדרך היחידה שבה אלמנט גמיש כמו חבל יכול להפעיל כוח מושך, שכן אם תנסה לדחוף עם חבל, הוא יתכופף ולא מופעל כוח כמה. המתח מיוצג במקביל לכבל ויוצא תמיד מהגוף עליו הוא פועל.

כוח חיכוך (Ff): זהו כוח שמקורו בחספוס שכל המשטחים מציגים, מה שיוצר התנגדות לתנועה היחסית ביניהם. לא משנה כמה משטח עשוי להיראות חלק בעין בלתי מזוינת, תמיד יש, לפחות ברמה המיקרוסקופית, אי סדרים הגורמים למעין אחיזה שמתנגדת ל החלקה בין שני משטחים במגע, לכן, כוח החיכוך מיוצג משיק למשטח המגע ומנוגד לתנועה (או לנטייה מאותו הדבר). מבחינים בין שני סוגים של כוחות חיכוך: סטָטִי והקינטיקה (²).

כוח החיכוך הסטטי (F_fs): פועל כאשר הגוף במנוחה אך עם נטייה לזוז. גודלו של כוח זה שווה לכוח (או מרכיב הכוח) שיוצר את הנטייה לנוע, ומגיע לערכו המרבי ב- הרגע שבו מתרחשת תנועה מתקרבת, הנקודה שבה כוח החיכוך עומד ביחס ישר לתגובה הרגילה של משטח. הקבוע של מידתיות נקרא מקדם החיכוך הסטטי (μ_ס).

מצד שני, ה כוח חיכוך קינטי (F_fk), מופעל כאשר יש תנועה יחסית בין המשטחים. כוח זה קבוע בערך וגודלו נקבע על ידי הכפלת מקדם החיכוך הקינטי (μ_ק) לתגובה הרגילה.

מקדמי חיכוך הם כמויות חסרות מימד שערכן תלוי באופי המשטחים במגע. ערכו הוא בין אפס לאחדות (0 < μ < 1), ובניסוי הוכח שמקדם החיכוך הסטטי גדול מהמקדם הקינטי (μ_ס > μ_ק).

אינטראקציות מרחוק

סוגים אלה של אינטראקציות נוצרות ללא צורך שהגופים המקיימים אינטראקציה יהיו במגע פיזי זה עם זה. כדי להצדיק תופעה זו, הפיזיקה פיתחה תיאוריה שלמה שנקראת "תורת שדות", בהיותו השדה ייצוג במרחב ובזמן של כמות פיזית הקשורה למאפיין כלשהו (בצק, מטען חשמלי, חומרים מגנטיים). באופן כללי, ניתן להבחין בין שלושה סוגים של אינטראקציות מרחוק:

כוח כבידה: זה כוח של מְשִׁיכָה נוצר על ידי האינטראקציה במרחק של שני גופים עם מסה, וגודלו מציית ל חוֹק של כבידה אוניברסלית:

איפה:

F: גודל כוח המשיכה בין המסות
G: קבוע כבידה אוניברסלי (G ≈ 6.67x10^-11 נ•מ²/kg²)
m, M: המוני גופים
r: מרחק הפרדה בין המסות

כוח חשמלי: כוח זה מתרחש בין חלקיקים או גופים טעונים חשמלית, ו זה יכול להיות מושך או דוחה, תלוי אם סימני המטענים שונים או זהים. בהתאמה. עבור מטענים נקודתיים, ניתן לקבוע את גודל הכוח החשמלי מחוק קולומב:

איפה:

F: גודל כוח המשיכה בין המטענים
k: קבוע של קולומב (k ≈ 9x10⁹ N m2/C²)
מה₁ ומה₂: ערכי מטענים נקודתיים
r: מרחק הפרדה בין המטענים

כוח מגנטי: הוא תוצאה של הכוח האלקטרומגנטי כתוצאה ממטענים נעים. ניתן לקבוע את ערך הכוח המגנטי מחוק לורנץ:

F ⃗=q∙v ⃗×B ⃗

איפה:

F ⃗: כוח מגנטי
ש: מטען נע
v ⃗: מְהִירוּת של תנועת מטען
B ⃗: שדה מגנטי

קביעת כוחות

במכניקה הקלאסית, חוקי ניוטון מציעים הסבר על יחסי הגומלין בין גופים וקביעת הכוחות הנוצרים כתוצאה מאינטראקציות אלו. בפרט, החוק השני של ניוטון מבטא כי התאוצה שחווה גוף (א) פרופורציונלית ישירה למסה שלו (m) ופרופורציונלית הפוך לכוח המופעל (F):

F = m • א

חשוב לציין שכוחות הם כמויות וקטוריות, ולכן יש להם גודל, כיוון וחושים. הגודל נקבע על ידי ביטוי למעלה, והכיוון והכיוון יהיו זהים לאלו של התאוצה. יחידות הכוח במערכת הבינלאומית שוות ערך ל ק"ג m/s2, כלומר, ניוטון (N).

1 N = 1 kg•m/s2