Pojęcie w definicji ABC

Evelyn Maitee Marin | czerwiec 2022
Inżynier przemysłowy, magister fizyki i EdD

We wszechświecie wszystkie ciała są w ciągłej interakcji, a w konsekwencji istnieje nieskończoność sił odpowiedzialnych za wszystkich istniejących zjawisk fizycznych i chemicznych: połączenie pierwiastków jest oddziaływaniem, w którym powstają siły międzycząsteczkowy. Również na poziomie makroskopowym istnieją dowody na istnienie sił w wyniku interakcji, np. aby podnieść teczkę, wymagane jest przyłożenie siły.

Aby Księżyc mógł krążyć wokół Ziemi, Ziemia musi wywierać na niego siłę, a na Ziemię i inne planety w Układ Słoneczny może krążyć wokół Słońca, muszą istnieć siły, które na to pozwalają ruch. Z powyższego można ogólnie wyróżnić dwa rodzaje interakcji: kontakt i odległość.

interakcje kontaktowe

Są to te, które wiążą się z bezpośrednim kontaktem między ciałami. Oto kilka przykładów sił kontaktowych:

Reakcja normalna (n): to siła, która jest generowana, gdy ciało opiera się lub dotyka powierzchni. Jej nazwa wynika z faktu, że siła ta zawsze działa prostopadle do płaszczyzny stycznej kontaktu i jest skierowana od powierzchni do ciała. Przykłady tej siły występują cały czas, gdy człowiek stoi na płaskiej powierzchni. poziomo, ponieważ podłoże wywiera pionową siłę skierowaną w górę, aby podeprzeć ciało i zapobiec jego upadkowi. działanie wagi.

Napięcie (T): ten rodzaj siły wywierany jest przez elastyczne elementy (można je zginać), takie jak między innymi liny, kable, sprężyny lub łańcuchy. Termin naprężenie wynika z faktu, że jedyny sposób, w jaki elastyczny element, taki jak lina, może wywierać działanie siła ciągnie, ponieważ jeśli spróbujesz pchać liną, ugnie się ona i nie zostanie zastosowana żadna siła niektóre. Napięcie jest reprezentowane równolegle do kabla i zawsze opuszcza ciało, na które działa.

Siła tarcia (Ff): jest to siła wywodząca się z chropowatości wszystkich obecnych powierzchni, która generuje opór względem ruchu względnego między nimi. Bez względu na to, jak gładka powierzchnia może się wydawać gołym okiem, zawsze, przynajmniej na poziomie mikroskopowym, występują nierówności, które powodują rodzaj chwytu, który przeciwstawia się poślizg między dwiema stykającymi się powierzchniami, dlatego siła tarcia jest przedstawiana stycznie do powierzchni styku i przeciwnie do ruchu (lub tendencji tego samego). Wyróżnia się dwa rodzaje sił tarcia: statyczny i kinetyki (²).

Siła tarcia statycznego (F_fs): działa, gdy ciało jest w spoczynku, ale z tendencją do ruchu. Wielkość tej siły jest równa sile (lub składowej siły), która generuje tendencję do ruchu i osiąga maksymalną wartość w moment, w którym pojawia się zbliżający się ruch, punkt, w którym siła tarcia jest wprost proporcjonalna do normalnej reakcji powierzchnia. stała proporcjonalność nazywa się współczynnikiem tarcia statycznego (μ_s).

Z drugiej strony kinetyczna siła tarcia (F_fk), jest wywierany, gdy między powierzchniami występuje ruch względny. Siła ta jest w przybliżeniu stała, a jej wielkość określa się przez pomnożenie współczynnika tarcia kinetycznego (μ_k) dla normalnej reakcji.

Współczynniki tarcia są wielkościami bezwymiarowymi, których wartość zależy od charakteru stykających się powierzchni. Jego wartość zawiera się w przedziale od zera do jedności (0 < μ < 1), a eksperymentalnie wykazano, że statyczny współczynnik tarcia jest większy od współczynnika kinetycznego (μ_s > μ_k).

interakcje na odległość

Tego typu interakcje powstają bez potrzeby fizycznego kontaktu między oddziałującymi ciałami. Aby uzasadnić to zjawisko, Fizyka opracowała całą teorię zwaną „teorią pola”, będąc polem reprezentacją w przestrzeni i czasie wielkości fizycznej związanej z jakąś właściwością (ciasto, ładunek elektryczny, materiały magnetyczne). Ogólnie można wyróżnić trzy typy interakcji zdalnych:

Siła grawitacyjna: jest to siła atrakcja generowane przez oddziaływanie w odległości dwóch ciał o masie, a jego wielkość jest zgodna z Prawo Uniwersalnej Grawitacji:

Gdzie:

F: wielkość siły przyciągania między masami
G: uniwersalna stała grawitacyjna (G ≈ 6,67x10^-11 N•m²/kg²)
m, M: masy ciał
r: odległość separacji między masami

Siła elektryczna: ta siła występuje między cząstkami lub ciałami naładowanymi elektrycznie, a Może być atrakcyjna lub odpychająca, w zależności od tego, czy znaki zarzutów są różne, czy takie same. odpowiednio. W przypadku ładunków punktowych wielkość siły elektrycznej można wyznaczyć z prawa Coulomba:

gdzie:

F: wielkość siły przyciągania między ładunkami
k: stała Coulomba (k ≈ 9x10⁹ Nm2/C²)
Co₁ i co₂: wartości opłat punktowych
r: odległość separacji między ładunkami

Siła magnetyczna: jest wynikiem działania siły elektromagnetycznej w wyniku poruszających się ładunków. Wartość siły magnetycznej można wyznaczyć z prawa Lorentza:

F ⃗=q∙v ⃗×B ⃗

Gdzie:

F ⃗: siła magnetyczna
q: ładunek ruchomy
v: prędkość ruchu ładunków
B ⃗: pole magnetyczne

Wyznaczanie sił

W mechanice klasycznej prawa Newtona oferują wyjaśnienie interakcji między ciałami oraz określenie sił, które powstają w wyniku tych interakcji. W szczególności drugie prawo Newtona wyraża, że ​​przyspieszenie doświadczane przez ciało (a) jest wprost proporcjonalne do jego masy (m) i odwrotnie proporcjonalne do przyłożonej siły (F):

F = m • a

Należy zauważyć, że siły są wielkościami wektorowymi, a więc mają wielkość, kierunek i sens. Wielkość jest określona przez wyrażenie powyżej, a kierunek i kierunek będą takie same jak przyspieszenie. Jednostki siły w systemie międzynarodowym są równoważne kg m/s2, czyli Newton (N).

1 N = 1 kg•m/s2