Concept in definitie ABC

Evelyn Maitee Marin | juni 2022
Industrieel ingenieur, MSc in natuurkunde en EdD

In het universum zijn alle lichamen in constante interactie, en als gevolg daarvan is er een oneindig aantal krachten die verantwoordelijk zijn voor van alle fysische en chemische verschijnselen die hebben bestaan: de combinatie van elementen is een interactie, en daarin worden krachten geproduceerd intermoleculaire. Ook op macroscopisch niveau is er bewijs van krachten als gevolg van interacties, bijvoorbeeld om een ​​koffer op te tillen, is het nodig om kracht uit te oefenen.

Om de maan om de aarde te laten draaien, moet de aarde er een kracht op uitoefenen, en voor de aarde en andere planeten in de Zonnestelsel om de zon kan draaien, moeten er krachten zijn die dit mogelijk maken beweging. Uit het bovenstaande kunnen in het algemeen twee soorten interacties worden onderscheiden: door contact en door afstand.

contact interacties

Het zijn degenen die direct contact tussen lichamen inhouden. Enkele voorbeelden van contactkrachten zijn:

Normale reactie (n): is een kracht die wordt gegenereerd wanneer een lichaam op een oppervlak rust of het aanraakt. De naam is te danken aan het feit dat deze kracht altijd loodrecht op het raakvlak van contact werkt en van het oppervlak naar het lichaam is gericht. Voorbeelden van deze kracht komen de hele tijd voor wanneer een persoon op een plat oppervlak staat. horizontaal, aangezien de grond een opwaartse verticale kracht uitoefent om het lichaam te ondersteunen en te voorkomen dat het naar beneden valt. gewicht actie.

Spanning (T): dit soort kracht wordt uitgeoefend door flexibele lichamen (kunnen gebogen worden) zoals onder andere touwen, kabels, veren of kettingen. De term spanning is te wijten aan het feit dat de enige manier waarop een flexibel element zoals een touw kan uitoefenen kracht is trekken, want als je probeert te duwen met een touw, zal het buigen en wordt er geen kracht uitgeoefend sommige. De spanning wordt evenwijdig aan de kabel weergegeven en verlaat altijd het lichaam waarop deze inwerkt.

Wrijvingskracht (Ff): het is een kracht die voortkomt uit de ruwheid die alle oppervlakken vertonen, die een weerstand genereert tegen de relatieve beweging ertussen. Hoe glad een oppervlak ook mag lijken met het blote oog, er zijn altijd, op zijn minst op microscopisch niveau, onregelmatigheden die een soort grip veroorzaken die de slip tussen twee oppervlakken in contact, daarom wordt de wrijvingskracht raak aan het contactoppervlak weergegeven en tegengesteld aan de beweging (of de neiging van hetzelfde). Er worden twee soorten wrijvingskrachten onderscheiden: statisch en de kinetiek (²).

De statische wrijvingskracht (F_fs): werkt wanneer het lichaam in rust is maar de neiging heeft om te bewegen. De grootte van deze kracht is gelijk aan de kracht (of component van de kracht) die de neiging om te bewegen genereert, en bereikt zijn maximale waarde bij moment waarop dreigende beweging plaatsvindt, het punt waarop de wrijvingskracht recht evenredig is met de normale reactie van de oppervlak. de constante van evenredigheid heet de statische wrijvingscoëfficiënt (μ_s).

Aan de andere kant, de kinetische wrijvingskracht (F_fk), wordt uitgeoefend wanneer er relatieve beweging is tussen de oppervlakken. Deze kracht is ongeveer constant en de grootte wordt bepaald door vermenigvuldiging van de kinetische wrijvingscoëfficiënt (μ_k) voor de normale reactie.

Wrijvingscoëfficiënten zijn dimensieloze grootheden waarvan de waarde afhangt van de aard van de contactoppervlakken. De waarde ligt tussen nul en één (0 < μ < 1), en experimenteel is aangetoond dat de statische wrijvingscoëfficiënt groter is dan de kinetische (μ_s > μ_k).

interacties op afstand

Dit soort interacties ontstaan ​​zonder dat de interacterende lichamen fysiek contact met elkaar hoeven te hebben. Om dit fenomeen te rechtvaardigen, heeft de natuurkunde een hele theorie ontwikkeld die "veldentheorie" wordt genoemd. zijnde het veld een representatie in ruimte en tijd van een fysieke hoeveelheid geassocieerd met een eigenschap (deeg, elektrische lading, magnetische materialen). In het algemeen zijn er drie soorten interacties op afstand te onderscheiden:

Zwaartekracht: het is een kracht van aantrekkingskracht gegenereerd door de interactie op een afstand van twee lichamen met massa, en de grootte ervan gehoorzaamt aan de Wet van universele zwaartekracht:

Waar:

F: grootte van de aantrekkingskracht tussen de massa's
G: universele zwaartekrachtconstante (G ≈ 6.67x10^-11 N•m²/kg²)
m, M: massa's van lichamen
r: scheidingsafstand tussen de massa's

Elektrische kracht: deze kracht treedt op tussen deeltjes of lichamen die elektrisch geladen zijn, en Het kan aantrekkelijk of weerzinwekkend zijn, afhankelijk van of de tekens van de aanklacht verschillend of hetzelfde zijn. respectievelijk. Voor puntladingen kan de grootte van de elektrische kracht worden bepaald aan de hand van de wet van Coulomb:

waar:

F: grootte van de aantrekkingskracht tussen de ladingen
k: constante van Coulomb (k 9x10⁹ Nm2/C²)
wat₁ en wat₂: waarden van puntladingen
r: scheidingsafstand tussen de ladingen

Magnetische kracht: is het resultaat van de elektromagnetische kracht als gevolg van bewegende ladingen. De waarde van de magnetische kracht kan worden bepaald met de wet van Lorentz:

F ⃗=q∙v ⃗×B ⃗

Waar:

F ⃗: magnetische kracht
q: bewegende last
v: snelheid van vrachtverplaatsing
B: magnetisch veld

Bepaling van krachten

In de klassieke mechanica bieden de wetten van Newton een verklaring voor de interacties tussen lichamen en de bepaling van de krachten die als gevolg van die interacties worden gegenereerd. In het bijzonder drukt de tweede wet van Newton uit dat de versnelling die een lichaam (a) ervaart, recht evenredig is met zijn massa (m) en omgekeerd evenredig met de uitgeoefende kracht (F):

F = m • a

Het is belangrijk op te merken dat krachten vectorgrootheden zijn, dus ze hebben grootte, richting en zintuigen. De grootte wordt bepaald door de uitdrukking hierboven, en de richting en richting zullen dezelfde zijn als die van de versnelling. De eenheden van kracht in het internationale systeem zijn gelijk aan kgm/s2, dat wil zeggen, Newton (N).

1 N = 1 kg•m/s2