Das Wort "Macht" ist so allumfassend, dass es fast unmöglich ist, ihm ein klares Konzept zu geben. Die Vielf alt von Muskelkraft bis hin zu Geisteskraft deckt nicht die gesamte Bandbreite der darin investierten Konzepte ab. Kraft, als physikalische Größe betrachtet, hat eine genau definierte Bedeutung und Definition. Die Kraftformel definiert ein mathematisches Modell: die Abhängigkeit der Kraft von den Hauptparametern.
Die Geschichte der Kraftforschung umfasst die Definition der Parameterabhängigkeit und den experimentellen Abhängigkeitsnachweis.
Macht in der Physik
Stärke ist ein Maß für das Zusammenspiel von Körpern. Die gegenseitige Einwirkung von Körpern aufeinander beschreibt vollständig die Vorgänge, die mit einer Geschwindigkeitsänderung oder Deformation von Körpern verbunden sind.
Die Kraft hat als physikalische Größe eine Maßeinheit (im SI-System - Newton) und ein Gerät zu ihrer Messung - ein Dynamometer. Das Funktionsprinzip des Kraftmessers basiert auf dem Vergleich der auf den Körper wirkenden Kraft mit der Kraft der Federkraft des Dynamometers.
Eine Kraft von 1 Newton ist die Kraft, unter der ein Körper der Masse 1 kg seine Geschwindigkeit in 1 Sekunde um 1 m ändert.
Kraft als Vektorgröße ist definiert:
- Wirkungsrichtung;
- Anwendungsstelle;
- Modul, absolutGröße.
Beschreiben Sie die Interaktion und geben Sie unbedingt diese Parameter an.
Arten natürlicher Wechselwirkungen: gravitativ, elektromagnetisch, stark, schwach. Gravitationskräfte (die Kraft der universellen Gravitation mit ihrer Vielf alt - die Schwerkraft) existieren aufgrund des Einflusses von Gravitationsfeldern, die jeden Körper mit Masse umgeben. Die Untersuchung der Gravitationsfelder ist noch nicht abgeschlossen. Es ist noch nicht möglich, die Quelle des Feldes zu finden.
Ein größerer Kräftebereich entsteht durch die elektromagnetische Wechselwirkung der Atome, aus denen Materie besteht.
Druckkraft
Wenn ein Körper mit der Erde interagiert, übt er Druck auf die Oberfläche aus. Die Druckkraft, deren Formel lautet: P=mg, wird durch die Körpermasse (m) bestimmt. Die Gravitationsbeschleunigung (g) hat in verschiedenen Breitengraden der Erde unterschiedliche Werte.
Die vertikale Druckkraft ist betragsmäßig gleich und entgegengesetzt gerichtet zur im Auflager entstehenden Elastizitätskraft. Die Kraftformel ändert sich je nach Bewegung des Körpers.
Änderung des Körpergewichts
Die Einwirkung eines Körpers auf eine Unterlage aufgrund der Wechselwirkung mit der Erde wird oft als Körpergewicht bezeichnet. Interessanterweise hängt die Höhe des Körpergewichts von der Beschleunigung der Bewegung in vertikaler Richtung ab. In dem Fall, in dem die Beschleunigungsrichtung der Beschleunigung des freien Falls entgegengesetzt ist, wird eine Gewichtszunahme beobachtet. Wenn die Beschleunigung des Körpers mit der Richtung des freien Falls zusammenfällt, nimmt das Gewicht des Körpers ab. Beispielsweise spürt eine Person in einem aufsteigenden Aufzug zu Beginn des Aufstiegs für eine Weile eine Gewichtszunahme. Bestätigen Sie, dass seine Masseändert, tut es nicht. Gleichzeitig trennen wir die Begriffe „Körpergewicht“und „Masse“.
Elastische Kraft
Wenn man die Form eines Körpers ändert (seine Verformung), tritt eine Kraft auf, die dazu neigt, den Körper in seine ursprüngliche Form zurückzubringen. Diese Kraft erhielt den Namen „elastische Kraft“. Es entsteht durch die elektrische Wechselwirkung der Teilchen, aus denen der Körper besteht.
Betrachten wir die einfachste Verformung: Zug und Druck. Die Spannung wird von einer Zunahme der linearen Abmessungen der Körper begleitet, während die Kompression von ihrer Abnahme begleitet wird. Der diese Prozesse charakterisierende Wert wird Körperdehnung genannt. Nennen wir es mit "x". Die Formel für die elastische Kraft steht in direktem Zusammenhang mit der Dehnung. Jeder verformte Körper hat seine eigenen geometrischen und physikalischen Parameter. Die Abhängigkeit des elastischen Verformungswiderstands von den Eigenschaften des Körpers und des Materials, aus dem er besteht, wird durch den Elastizitätskoeffizienten bestimmt, nennen wir ihn Steifigkeit (k).
Das mathematische Modell der elastischen Wechselwirkung wird durch das Hookesche Gesetz beschrieben.
Die aus der Verformung des Körpers entstehende Kraft ist gegen die Bewegungsrichtung einzelner Körperteile gerichtet, ist direkt proportional zu ihrer Dehnung:
- Fy=-kx (Vektorschreibweise).
Das "-" Zeichen zeigt die entgegengesetzte Richtung von Verformung und Kraft an.
In Skalarform gibt es kein negatives Vorzeichen. Die elastische Kraft, deren Formel die Form Fy=kx hat, wird nur für elastische Verformungen verwendet.
Wechselwirkung von Magnetfeld und Strom
EinflussMagnetfeld zu Gleichstrom wird durch das Ampère-Gesetz beschrieben. Die Kraft, mit der das Magnetfeld auf einen darin platzierten stromdurchflossenen Leiter wirkt, nennt man in diesem Fall Ampère-Kraft.
Die Wechselwirkung eines Magnetfeldes mit einer sich bewegenden elektrischen Ladung verursacht eine Krafterscheinung. Die Amperekraft, deren Formel F=IBlsinα lautet, hängt von der magnetischen Induktion des Feldes (B), der Länge des aktiven Teils des Leiters (l), der Stromstärke (I) im Leiter und dem Winkel ab zwischen Stromrichtung und magnetischer Induktion.
Aufgrund der letzten Abhängigkeit kann argumentiert werden, dass sich der Vektor des Magnetfeldes ändern kann, wenn der Leiter gedreht wird oder sich die Richtung des Stroms ändert. Mit der Linkshandregel können Sie die Wirkungsrichtung festlegen. Wenn die linke Hand so positioniert ist, dass der magnetische Induktionsvektor in die Handfläche eintritt, werden vier Finger entlang des Stroms im Leiter gerichtet, dann zeigt der um 90° gebogene Daumen die Richtung des an Magnetfeld.
Die Nutzung dieses Effekts durch den Menschen wurde beispielsweise in Elektromotoren gefunden. Die Drehung des Rotors wird durch ein Magnetfeld verursacht, das von einem starken Elektromagneten erzeugt wird. Mit der Kraftformel können Sie die Möglichkeit der Änderung der Motorleistung beurteilen. Mit steigender Stromstärke oder Feldstärke erhöht sich das Drehmoment, was zu einer Erhöhung der Motorleistung führt.
Partikelbahnen
Die Wechselwirkung eines Magnetfelds mit einer Ladung wird in Massenspektrografen häufig zur Untersuchung von Elementarteilchen verwendet.
Die Aktion des Feldes verursacht in diesem Fall das Erscheinen einer gerufenen KraftLorentzkraft. Wenn ein geladenes Teilchen, das sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt, in ein Magnetfeld eintritt, bewirkt die Lorentzkraft, deren Formel die Form F=vBqsinα hat, dass sich das Teilchen auf einer Kreisbahn bewegt.
In diesem mathematischen Modell ist v der Geschwindigkeitsmodul eines Teilchens, dessen elektrische Ladung q ist, B ist die magnetische Induktion des Feldes, α ist der Winkel zwischen den Richtungen der Geschwindigkeit und der magnetischen Induktion.
Das Teilchen bewegt sich auf einem Kreis (bzw. Kreisbogen), da Kraft und Geschwindigkeit in einem Winkel von 90° aufeinander gerichtet sind. Das Ändern der Richtung der linearen Geschwindigkeit verursacht das Auftreten einer Beschleunigung.
Die oben diskutierte Regel der linken Hand gilt auch beim Studium der Lorentzkraft: Wenn die linke Hand so positioniert ist, dass der magnetische Induktionsvektor in die Handfläche eintritt, werden vier in einer Linie gestreckte Finger entlang der gerichtet Geschwindigkeit eines positiv geladenen Teilchens, dann zeigt der um 90° gebogene Daumen die Richtung der Kraft an.
Plasmaprobleme
Wechselwirkung von Magnetfeld und Materie wird in Zyklotronen genutzt. Die mit der Laboruntersuchung von Plasma verbundenen Probleme erlauben es nicht, es in geschlossenen Gefäßen aufzubewahren. Ein hochionisiertes Gas kann nur bei hohen Temperaturen existieren. Plasma kann durch Magnetfelder an einem Ort im Weltraum geh alten werden, wodurch das Gas in Form eines Rings verdreht wird. Kontrollierte thermonukleare Reaktionen können auch untersucht werden, indem Hochtemperaturplasma unter Verwendung von Magnetfeldern zu einem Filament gesponnen wird.
Ein Beispiel für die Wirkung eines Magnetfeldsin vivo auf ionisiertem Gas - Aurora Borealis. Dieses majestätische Schauspiel wird jenseits des Polarkreises in einer Höhe von 100 km über der Erdoberfläche beobachtet. Das geheimnisvolle bunte Leuchten von Gas konnte erst im 20. Jahrhundert erklärt werden. Das Magnetfeld der Erde in Polnähe kann den Sonnenwind nicht daran hindern, in die Atmosphäre einzudringen. Die aktivste Strahlung, die entlang der magnetischen Induktionslinien gerichtet ist, verursacht eine Ionisierung der Atmosphäre.
Phänomene im Zusammenhang mit Ladungsbewegungen
Historisch gesehen wird die Hauptgröße, die den Stromfluss in einem Leiter charakterisiert, als Stromstärke bezeichnet. Interessanterweise hat dieses Konzept in der Physik nichts mit Kraft zu tun. Die Stromstärke, deren Formel die pro Zeiteinheit durch den Querschnitt des Leiters fließende Ladung einschließt, ist:
I=q/t, wobei t die Ladungsflusszeit q ist
Tatsächlich ist die Stromstärke die Ladungsmenge. Seine Maßeinheit ist Ampere (A), im Gegensatz zu N.
Bestimmung der Arbeit einer Kraft
Die Krafteinwirkung auf einen Stoff geht mit der Verrichtung einer Arbeit einher. Die Arbeit einer Kraft ist eine physikalische Größe, die numerisch gleich dem Produkt aus der Kraft und der unter ihrer Wirkung verlaufenen Verschiebung und dem Kosinus des Winkels zwischen den Richtungen der Kraft und der Verschiebung ist.
Die gewünschte Arbeit der Kraft, deren Formel A=FScosα lautet, beinh altet die Größe der Kraft.
Die Aktion des Körpers wird von einer Änderung der Geschwindigkeit des Körpers oder einer Verformung begleitet, was auf gleichzeitige Energieänderungen hinweist. Die von einer Kraft verrichtete Arbeit hängt davon abWerte.
