Шта је моћ у физици? Појам и формуле силе

Сви процеси око нас настају као резултат дјеловања физичке силе. Својом манифестацијом, особа се свугдје налази, почевши од чињенице да мора примијенити силу да устане из кревета ујутро, а завршава покретима масивних свемирских објеката. Овај чланак је посвећен питањима о томе шта је сила у физици и које врсте она постоји.

Појам моћи

Питање о томе шта је сила у физици, почињемо да разматрамо са њеном дефиницијом. Испод тога је вредност која може да промени количину кретања дотичног тела. Математички израз за ову дефиницију изгледа овако:

Ф¯ = дп¯ / дт

Овде је дп промена количине кретања (иначе се зове пулс), дт је временски интервал преко којег се мења. То показује да је Ф¯ (сила) вектор, односно да га дефинишемо, потребно је знати и модул (апсолутну вредност) и правац његове примене.

Као што знате, пулс се мери у кг * м / с. То значи да је Фп израчунат у кг * м / с ² . Ова јединица за мерење се назива Невтон (Н) у СИ. Пошто је јединица м / с ² мера мерења линеарног убрзања у класичној механици, други закон Исааца Невтона аутоматски следи из дефиниције силе:

Ф¯ = м * а¯

У овој формули, а¯ = дв¯ / дт је убрзање.

Ова формула силе у физици показује да се у Невтоновој механици вредност Фп карактерише убрзањем, које може да пренесе на тело са масом м.

Класификација снага

Тема силе у физици је прилично широка и након детаљног разматрања дотиче се основних појмова о структури материје и процесима који се одвијају у Универзуму. У овом чланку нећемо разматрати концепт релативистичке силе (процеси који се одвијају при скоро светлосним брзинама) и силе у квантној механици, већ ћемо се ограничити на његов опис макроскопских објеката чије кретање је одређено законима класичне механике.

Дакле, на основу свакодневног посматрања процеса у животу и природи, можемо разликовати следеће типове силе:

• (тешки);
• утицај на ноге;
• трење;
• напетост;
• еластичност;
• трзање.

Отварајући питање шта је сила у физици, сваки од ових типова разматрамо детаљније.

Ворлдвиде Невтон

У физици се ефекат силе силе манифестује у привлачењу два објекта коначном масом. Гравитација је довољно слаба у поређењу са електричним или нуклеарним интеракцијама. Она се манифестује на космичкој скали (кретање планета, звезда, галаксија).

У КСВИИ веку, Исак Њутн, проучавајући кретање планета око Сунца, дошао је до формулације закона, који се назива широм света. У физици, формула за силу гравитације је записана као:

Ф = Г * м ₁ * м ₂ / р ²

Формула омогућава да се израчуна са којом силом се привлаче два тела масе м ₁ * м ₂ , који се налазе на међусобној удаљености р. Вредност Г = 6,674 * 10 ^-11 Н * м ² / кг ² је константа.

Експериментално одређивање вредности Г направљено је тек крајем КСВИИИ века од Хенри Цавендисх-а, који је у свом искуству користио торзиону скалу. Овај експеримент нам је омогућио да одредимо масу наше планете.

У горњој формули, ако је наша Земља једно од тијела, онда ће сила било којег објекта близу површине Земље бити једнака:

Ф = Г * М * м / Р ² = м * г,

где г = Г * М / Р ²

Овде је М маса планете, Р је њен радијус (растојање између тела и центра Земље је приближно једнако радијусу другог). Последњи израз је математички приказ количине која се обично назива телесна тежина, односно:

П = м * г

Израз показује да је у физици гравитација еквивалентна телесној тежини. Вредност П се мери, знајући реакциону силу носача на коме се тело налази.

Реакција површине подлоге

Зашто људи, куће и други предмети падају у земљу? Зашто књига на столу не пада? Ове и друге сличне чињенице објашњавају се постојањем силе реакције подршке, која се често означава словом Н. По њеном имену, јасно је да је то карактеристика утицаја на тело површине на којој се налази.

На основу поменуте чињенице равнотеже, можемо написати израз:

Н = -П = -м * г

(за хоризонталну позицију тела)

То значи да је сила подупирања једнака у односу на тежину тијела, ако се налази на хоризонталној површини, а супротно од ње у правцу. Ако се тело налази на нагнутој равни, онда се Н израчунава коришћењем тригонометријске функције (син (к) или цос (к)), пошто је П увек усмерен ка центру Земље (доле), а Н је усмерен окомито на површинску раван (горе).

Разумијевање узрока силе Н је изван оквира класичне механике. Укратко, кажемо да је то директна посљедица такозваног Паулијевог принципа забране. Према томе, два електрона не могу бити у једном стању. Ова чињеница доводи до чињенице да, ако се два атома споје, онда, упркос њиховој 99% празнини, електронске љуске неће моћи да продру једна у другу, а међу њима се појављује јака одбојност.

Сила трења

У физици, ова врста силе није ништа мање учестала од оних о којима је горе речено. Када се објекат креће, увек постоји трење. Генерално, у физици се сила трења може приписати једном од три типа:

• одмор;
• слип;
• роллинг.

Прва два типа описана су следећим изразом:

Ф = μ * н

Овде је μ коефицијент трења, чија вредност зависи и од врсте силе (мировања или трења) и од материјала трљања.

Трење котрљања, који је живописан примјер покретног точка, израчунава се по формули:

Ф = ф * Н / Р

Овде је Р полупречник точка, ф је коефицијент који се разликује од μ не само по вредности, већ и по димензији (μ је бездимензионална, ф се мери у јединицама дужине).

Било која врста силе трења је увек усмерена против кретања, директно пропорционална сили Н и не зависи од контактне површине површина.

Разлог за појаву трења између двије површине је присуство микро-нехомогености на њима, што доводи до њиховог „ангажовања“ као што су мале куке. Ово једноставно објашњење је прилично добра апроксимација процеса стварног живота, који је много сложенији, и за дубоко разумевање укључује разматрање интеракција на атомским скалама.

Горње формуле се односе на трење чврстих материја. У случају флуидних супстанци (течности и гасова), присутно је и трење, само што је већ пропорционално брзини објекта (квадрат брзине са брзим покретима).

Сила напетости

Шта је сила у физици када се разматра кретање робе помоћу ужади, ужади и каблова? То се зове сила напетости. Обично се означава словом Т (види слику изнад).

Када се разматрају проблеми физике на сили напетости, онда се често јавља тако једноставан механизам као блок. То вам омогућава да преусмерите тренутну силу Т. Специјалне конструкције из блокова дају добитак у сили која се примењује за подизање терета.

Феномен еластичности

Ако су деформације чврстог материјала мале (до 1%), након примене спољашње силе потпуно нестају. Током овог процеса, деформација ради, стварајући такозвану еластичну силу. За пролеће, ова вредност је описана Хооковим законом. Одговарајућа формула је:

Ф = -к * к

Овде к представља количину померања опруге из његовог равнотежног стања (апсолутна деформација), к је коефицијент. Знак минус у изразу показује да је еластична сила усмјерена против било какве деформације (напетости и компресије), односно да жели вратити равнотежни положај.

Физички разлог за појаву сила еластичности и напетости је исти, лежи у појави привлачења или одбијања између атома супстанце када се мења равнотежна дистанца између њих.

Рецоил форце

Сви знају да када се пуца из било којег ватреног оружја постоји тзв. То се манифестује у чињеници да је стражњица пиштоља погођена у раме стрелца, а тенк или пиштољ се враћа када се пројектил удаљи из цијеви. То су све манифестације моћи даривања. Формула за њу је слична оној која је дата на почетку чланка при дефинисању појма "сила".

Као што можете претпоставити, разлог појаве сила даривања лежи у испољавању закона конзервације момента система. Дакле, метак који је скинуо из цеви пиштоља носи управо исти импулс којим стражњица удара у стрелу стрелца, тако да укупна количина кретања остаје константна (једнака нули за релативно стационарни систем).