Informații generale
În fizică, forța este definită ca un fenomen care schimbă mișcarea corpului. Aceasta poate fi atât mișcarea întregului corp și a părților sale, de exemplu, în timpul deformării. Dacă, de exemplu, pentru a ridica o piatră și apoi a elibera, va cădea, deoarece atrage gravitatea pe pământ. Această forță a schimbat mișcarea pietrei - dintr-o stare calmă a intrat în mișcare cu accelerare. Coborând, piatra va trage iarba la pământ. Aici forța, numită greutatea pietrei, a schimbat mișcarea ierbii și a formei acesteia.
Forța este un vector, adică are direcție. Dacă mai multe forțe acționează simultan asupra corpului, ele pot fi în echilibru dacă suma vectorilor lor este zero. În acest caz, corpul este în repaus. Piatra din exemplul precedent este probabil să se rostogolească la sol după coliziune, dar, în cele din urmă, se va opri. În acest moment, forța gravitației o va trage în jos, iar forța elasticității, dimpotrivă, o împinge în sus. Suma vectorială a acestor două forțe este zero, astfel încât piatra este în echilibru și nu se mișcă.
În sistemul SI, forța este măsurată în Newtons. Un nouton este o sumă vectorală a forțelor care schimbă viteza unui corp de un kilogram cu un metru pe secundă într-o secundă.
echilibru
Arhimede a fost unul dintre primii care studiază forțele. El a fost interesat de efectul forțelor asupra corpurilor și materiei din univers și a construit un model pentru această interacțiune. Arhimede a crezut că, dacă suma vectorială a forțelor care acționează asupra corpului este zero, atunci corpul este în repaus. Mai târziu, sa dovedit că acest lucru nu este chiar așa, și că corpurile aflate într-o stare de echilibru se pot mișca, de asemenea, la o rată constantă.
Principalele forțe în natură
Sunt forțe care conduc cadavrele sau le obligă să rămână pe loc. În natură, există patru forțe principale: gravitație, interacțiune electromagnetică, interacțiune puternică și slabă. Ele sunt, de asemenea, cunoscute ca interacțiuni fundamentale. Toate celelalte forțe sunt derivate ale acestor interacțiuni. Interacțiunile puternice și slabe afectează corpurile din microcosmos, în timp ce interacțiunile gravitaționale și electromagnetice acționează la distanțe mari.
Interacțiune puternică
Cea mai intensă interacțiune este o interacțiune nucleară puternică. Legătura dintre cuarcii, care formează neutroni, protoni și particule care constau din ele, apare tocmai datorită interacțiunii puternice. Mișcarea gluonilor, a particulelor elementare fără structură, este cauzată de o interacțiune puternică și este transmisă quark-urilor datorită acestei mișcări. Fără interacțiune puternică, nu ar fi nimic.
Interacțiunea electromagnetică
Transformatoare pe stâlpi în Kyoto, Japonia
Interacțiunea electromagnetică este a doua cea mai mare. Se întâmplă între particule cu încărcături opuse, care sunt atrase una de cealaltă și între particule cu încărcături identice. Dacă ambele particule au o încărcătură pozitivă sau negativă, ele se resping. Mișcarea particulelor care apare în acest caz este electricitatea, un fenomen fizic pe care îl folosim zilnic în viața de zi cu zi și în inginerie.
Reacțiile chimice, lumina, electricitatea, interacțiunea dintre molecule, atomi și electroni - toate aceste fenomene se datorează interacțiunii electromagnetice. Forțele electromagnetice împiedică pătrunderea unui corp solid în altul, deoarece electronii unui corp resping electronii unui alt corp. Inițial, se credea că influențele electrice și magnetice erau două forțe diferite, dar mai târziu oamenii de știință au descoperit că a fost un fel de aceeași interacțiune. Interacțiunea electromagnetică este ușor de văzut printr-un simplu experiment: scoateți un pulover de lână peste cap sau frecați părul de o cârpă de lână. Cele mai multe corpuri au o încărcătură neutră, dar dacă frecați o suprafață de alta, puteți schimba încărcătura acestor suprafețe. În acest caz, electronii se mișcă între cele două suprafețe, atrăgând electronii la încărcarea opusă. Când pe suprafață există mai mulți electroni, se modifică și încărcarea totală a suprafeței. Părul "stă în picioare" când un bărbat îndepărtează un pulover - un exemplu al acestui fenomen. Electronii la suprafața de mai mulți atomi de păr sunt atrase de pulover cu suprafața decât pe suprafață, electronii sunt atrași de atomii pulover pe suprafața părului. Ca urmare, există o redistribuire a electronilor, ceea ce duce la apariția unei forțe care atrage părul spre pulover. În acest caz, părul și alte obiecte încărcate sunt atrase nu numai pe suprafețe nu numai cu încărcături opuse, ci și cu încărcături neutre.
Slabă interacțiune
Interacțiunea gravitațională
Cerul uriaș peste Lacul Ontario. Mississauga, Canada
Interacțiunea cea mai slabă este gravitațională. Aceasta determină poziția obiectelor astronomice din univers, provoacă ebb și valuri și, din acest motiv, corpurile abandonate cad la pământ. Interacțiunea gravitațională, cunoscută și sub denumirea de gravitate, atrage corpuri reciproc. Cu cât masa corpului este mai mare, cu atât forța este mai puternică. Oamenii de știință cred că această forță, precum și alte interacțiuni, rezultă din mișcarea particulelor, gravitonilor, dar până acum nu au fost găsite astfel de particule. Mișcarea obiectelor astronomice depinde de forța de atracție, iar traiectoria mișcării poate fi determinată prin cunoașterea masei obiectelor astronomice înconjurătoare. Prin astfel de calcule, oamenii de știință au descoperit Neptun chiar înainte de a vedea această planetă într-un telescop. Traiectoria mișcării lui Uranus nu au putut fi explicate prin interacțiuni gravitaționale între cunoscută la momentul planetele și stelele, astfel încât oamenii de știință au sugerat că mișcarea este influențată de forța gravitațională a unei planete necunoscute, care mai târziu a fost dovedit.
Conform teoriei relativității, forța de atracție schimbă continuu spațiu-timp - spațiu-timp patru-dimensional. Conform acestei teorii, spațiul este curbat de forța de atracție și această curbură este mai mare în jurul corpurilor cu o masă mai mare. De obicei, acest lucru este mai vizibil în apropierea corpurilor mai mari, cum ar fi planetele. Această îndoire a fost dovedită experimental.
Forța de atracție determină accelerarea în corpurile care zboară spre alte corpuri, de exemplu, care cad pe Pământ. Accelerarea poate fi găsită cu ajutorul celei de-a doua legi a lui Newton, deci este cunoscută și pentru planete a căror masă este de asemenea cunoscută. De exemplu, corpurile care cad la sol cad la o accelerație de 9,8 metri pe secundă.
Ebb și curge
Un exemplu de acțiune a forței de atracție este deviația și fluxul. Ele apar datorită interacțiunii forțelor de atracție ale Lunii, Soarelui și Pământului. Spre deosebire de solide, apa schimbă cu ușurință forma când este expusă forței. Prin urmare, forțele de atracție ale Lunii și ale Soarelui atrag mai multă apă decât suprafața Pământului. Mișcarea apei provocată de aceste forțe urmărește mișcarea Lunii și a Soarelui față de Pământ. Acesta este fluxul și debitul, iar forțele care apar sunt forțele de maree. Deoarece Luna este mai aproape de Pământ, mareele depind mai mult de Lună decât de Soare. Când forțele generatoare de valuri ale Soarelui și ale Lunii sunt îndreptate în mod egal, apare cel mai mare val, numit syzygy. Cel mai mic flux, atunci când forțele generatoare de maree acționează în direcții diferite, se numește quadrature.
Frecvența mareelor depinde de localizarea geografică a masei de apă. Forțele atractive ale lunii și soarele atrage nu numai apă, ci și pământul în sine, cu toate acestea, în unele locuri apar mareele atunci când pământul și apa sunt trase într-o singură direcție, iar când atracția are loc în direcții opuse. În acest caz, mareea are loc de două ori pe zi. În alte locuri, acest lucru se întâmplă o dată pe zi. Mareele depind de zona de coastă, mareele oceanice din zonă, și locul Lunii și Soarelui, precum și forțele lor de interacțiune de atracție. În unele locuri, fluxurile apar la câțiva ani. În funcție de structura țărmului și din adâncurile oceanului, mareele pot afecta curgerea furtunii, schimbarea de direcție și puterea vântului și schimbarea presiunii atmosferice. În unele locuri, un ceas special este folosit pentru a determina valul sau valul următor. După ce le-ați ajustat într-un singur loc, este necesar să le reglați din nou când vă mutați într-un alt loc. Aceste ceasuri nu funcționează pretutindeni, pentru că în unele locuri este imposibil să se prevadă cu exactitate următoarea mișcare de urgență.
Puterea apei în mișcare în timpul mareelor este folosită de om încă din cele mai vechi timpuri ca sursă de energie. Mori care lucrează la energia mareelor constau dintr-un rezervor de apă în care curge apa în timpul marelui val și se eliberează la maree. Energia cinetică a apei acționează roata moară, iar energia obținută este folosită pentru realizarea muncii, de exemplu, măcinarea făinii. Există o serie de probleme legate de utilizarea acestui sistem, de exemplu de mediu, dar, în ciuda acestui lucru, fluxurile sunt o sursă de energie promițătoare, sigură și regenerabilă.
Alte forțe
Conform teoriei interacțiunilor fundamentale, toate celelalte forțe din natură sunt derivate ale patru interacțiuni fundamentale.
Forța unei reacții normale de susținere
Rezistența reacției normale a suportului este forța de a contracara corpul la încărcătura din exterior. Este perpendiculară pe suprafața corpului și este îndreptată împotriva forței care acționează asupra suprafeței. În cazul în care corpul este situată pe suprafața altui corp, forța normală a al doilea suport corpului este suma vectorială a forțelor cu care primul corp prese pe al doilea. Dacă suprafața este verticală față de suprafața Pământului, atunci forța reacției normale a suportului este direcționată opus forței gravitației Pământului și este egală în mărime. În acest caz, forța lor vectorală este zero și corpul este în repaus sau se mișcă cu o viteză constantă. Dacă această suprafață are o înclinație în raport cu solul, și toate celelalte forțe care acționează asupra primului corp în echilibru, atunci suma vectorială a gravitației și forța de reacție este îndreptată în jos suportul, iar primele slide-uri ale corpului de-a lungul a doua suprafață.
Pneurile anvelope oferă o mai bună frecare
Forța de forță
Forța de frecare acționează paralel cu suprafața corpului și este opusă mișcării sale. Apare atunci când un corp se deplasează pe suprafața altui, când suprafețele sale intră în contact (frecare de alunecare sau de rulare). Forța de frecare apare de asemenea între două corpuri într-o stare staționară, dacă se află pe suprafața înclinată a celuilalt. În acest caz, este forța de fricțiune a odihnei. Această forță este folosită pe scară largă în inginerie și în viața de zi cu zi, de exemplu, atunci când conduceți cu ajutorul roților. Suprafața roților interacționează cu drumul, iar forța de frecare previne alunecarea roților de-a lungul drumului. Pentru a spori frecarea roților, puneți anvelopele din cauciuc și în gheață pe anvelopele așezate pe lanț, pentru a mări fricțiunea. Prin urmare, fără forță de frecare, nu există transport auto. Frecarea dintre anvelopele din cauciuc și drum asigură o conducere normală. Forța de frecare a laminării este mai mică în ceea ce privește forța de frecare uscată a alunecării, astfel încât aceasta din urmă este utilizată la frânare, permițându-vă să opriți rapid mașina. În unele cazuri, dimpotrivă, frecare interferează, deoarece din cauza aceasta poartă suprafețe frecare. Prin urmare, este îndepărtat sau minimizat de lichid, deoarece frecare lichidă este mult mai slabă decât frecarea uscată. De aceea, piesele mecanice, cum ar fi lanțul de biciclete, sunt adesea lubrifiate cu ulei.
Interesante despre puterea
Forțele pot deforma substanțele solide, modifică volumul de lichide și gaze și presiunea din ele. Aceasta se întâmplă atunci când acțiunea forței este distribuită neuniform în corp sau substanță. Dacă o forță suficient de mare acționează asupra unui corp greu, o puteți comprima într-o minge foarte mică. Dacă dimensiunea bilei este mai mică decât o anumită rază, atunci corpul devine o gaură neagră. Această rază depinde de masa corpului și se numește raza Schwarzschild. Volumul acestei mingi este atât de mic încât, în comparație cu masa corpului, este aproape zero. Masa gaură neagră este concentrată într-un astfel de spațiu mic ușor, ei au o mare putere de atracție, care atrage toate corpurile și materia într-o anumită rază de o gaură neagră. Chiar și lumina este atrasă de o gaură neagră și nu este reflectată din ea, astfel încât găurile negre sunt într-adevăr negre - și sunt numite în consecință. Oamenii de știință cred că stelele mari la sfârșitul vieții sunt transformate în găuri negre cresc prin absorbtia obiectelor din jur într-o anumită rază.