کلمه "قدرت" آنقدر فراگیر است که دادن مفهومی واضح به آن کار تقریباً غیرممکنی است. تنوع از قدرت عضلانی تا قدرت ذهن، طیف کاملی از مفاهیم سرمایه گذاری شده در آن را پوشش نمی دهد. نیرو که به عنوان یک کمیت فیزیکی در نظر گرفته می شود، معنی و تعریف کاملاً مشخصی دارد. فرمول نیرو یک مدل ریاضی را تعریف می کند: وابستگی نیرو به پارامترهای اصلی.
تاریخ تحقیقات نیرو شامل تعریف وابستگی به پارامترها و اثبات تجربی وابستگی است.
قدرت در فیزیک
قدرت معیاری برای سنجش تعامل بدنها است. عمل متقابل اجسام بر روی یکدیگر به طور کامل فرآیندهای مرتبط با تغییر در سرعت یا تغییر شکل اجسام را توصیف می کند.
به عنوان یک کمیت فیزیکی، نیرو دارای یک واحد اندازه گیری (در سیستم SI - نیوتن) و یک دستگاه برای اندازه گیری آن - یک دینامومتر است. اصل کار نیروی سنج بر اساس مقایسه نیروی وارد بر بدن با نیروی نیروی فنر دینامومتر است.
نیروی 1 نیوتن نیرویی است که بر اساس آن جسمی با جرم 1 کیلوگرم در 1 ثانیه سرعت خود را 1 متر تغییر می دهد.
نیرو به عنوان یک کمیت برداری تعریف می شود:
- جهت عمل؛
- نقطه کاربرد؛
- ماژول ، مطلقاندازه.
در توصیف تعامل، حتماً این پارامترها را نشان دهید.
انواع فعل و انفعالات طبیعی: گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی، ضعیف. نیروهای گرانشی (نیروی گرانش جهانی با تنوع آن - نیروی گرانش) به دلیل تأثیر میدان های گرانشی اطراف هر جسمی که جرم دارد وجود دارد. مطالعه میدان های گرانشی تاکنون کامل نشده است. هنوز نمی توان منبع فیلد را پیدا کرد.
طیف وسیع تری از نیروها از برهمکنش الکترومغناطیسی اتم هایی که ماده را تشکیل می دهند ناشی می شود.
نیروی فشار
هنگامی که جسمی با زمین تعامل می کند، بر سطح آن فشار وارد می کند. نیروی فشار که فرمول آن عبارت است از: P=mg، با جرم بدن (m) تعیین می شود. شتاب گرانشی (g) در عرض های جغرافیایی مختلف زمین مقادیر متفاوتی دارد.
نیروی فشار عمودی از نظر مقدار مطلق برابر و در جهت مخالف نیروی کشش ناشی از تکیه گاه است. فرمول نیرو بسته به حرکت بدن تغییر می کند.
تغییر وزن بدن
عملکرد جسم بر روی تکیه گاه به دلیل تعامل با زمین اغلب به عنوان وزن بدن نامیده می شود. جالب اینجاست که میزان وزن بدن به شتاب حرکت در جهت عمودی بستگی دارد. در صورتی که جهت شتاب مخالف شتاب سقوط آزاد باشد، افزایش وزن مشاهده می شود. اگر شتاب بدن با جهت سقوط آزاد منطبق باشد، وزن بدن کاهش می یابد. برای مثال در حالی که در آسانسور صعودی در ابتدای صعود فرد برای مدتی احساس افزایش وزن می کند. ادعا کنید که جرم آن استتغییر می کند، نمی شود. در عین حال، مفاهیم "وزن بدن" و "جرم" آن را از هم جدا می کنیم.
نیروی الاستیک
هنگام تغییر شکل جسم (تغییر شکل آن)، نیرویی ظاهر می شود که تمایل دارد بدن را به شکل اولیه خود بازگرداند. این نیرو نام "نیروی الاستیک" داده شد. این به دلیل فعل و انفعالات الکتریکی ذرات تشکیل دهنده بدن ایجاد می شود.
بیایید ساده ترین تغییر شکل را در نظر بگیریم: کشش و فشرده سازی. کشش با افزایش ابعاد خطی بدنه ها همراه است در حالی که فشرده سازی با کاهش آنها همراه است. مقدار مشخص کننده این فرآیندها ازدیاد طول بدن نامیده می شود. بیایید آن را با "x" نشان دهیم. فرمول نیروی الاستیک مستقیماً با ازدیاد طول رابطه دارد. هر جسمی که در معرض تغییر شکل قرار می گیرد، پارامترهای هندسی و فیزیکی خاص خود را دارد. وابستگی مقاومت الاستیک به تغییر شکل به خواص بدنه و ماده ای که از آن ساخته شده است با ضریب کشسانی تعیین می شود، اجازه دهید آن را سختی (k) بنامیم.
مدل ریاضی برهمکنش الاستیک با قانون هوک توصیف شده است.
نیروی ناشی از تغییر شکل بدن بر خلاف جهت جابجایی قسمت های جداگانه بدن هدایت می شود و با ازدیاد طول آن نسبت مستقیم دارد:
- Fy=-kx (نماد برداری).
علامت "-" جهت مخالف تغییر شکل و نیرو را نشان می دهد.
هیچ علامت منفی به شکل اسکالر وجود ندارد. نیروی الاستیک که فرمول آن به شکل زیر است Fy=kx است، فقط برای تغییر شکل های الاستیک استفاده می شود.
برهمکنش میدان مغناطیسی با جریان
تأثیرمیدان مغناطیسی به جریان مستقیم توسط قانون آمپر توصیف می شود. در این حالت، نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی هادی حامل جریان قرار داده شده در آن اثر می‌کند، نیروی آمپر نامیده می‌شود.
برهمکنش یک میدان مغناطیسی با بار الکتریکی متحرک باعث تجلی نیرو می شود. نیروی آمپر که فرمول آن F=IBlsinα است، به القای مغناطیسی میدان (B)، طول بخش فعال هادی (l)، قدرت جریان (I) در هادی و زاویه بستگی دارد. بین جهت جریان و القای مغناطیسی.
با توجه به آخرین وابستگی، می توان استدلال کرد که بردار میدان مغناطیسی می تواند با چرخش هادی یا تغییر جهت جریان تغییر کند. قانون دست چپ به شما امکان می دهد جهت عمل را تنظیم کنید. اگر دست چپ طوری قرار گیرد که بردار القای مغناطیسی وارد کف دست شود، چهار انگشت در امتداد جریان در هادی هدایت می شوند، سپس شست خم شده به میزان 90° جهت حرکت را نشان می دهد. میدان مغناطیسی.
استفاده از این اثر توسط بشر به عنوان مثال در موتورهای الکتریکی یافت شده است. چرخش روتور توسط یک میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک آهنربای الکتریکی قوی ایجاد می شود. فرمول نیرو به شما امکان می دهد در مورد امکان تغییر قدرت موتور قضاوت کنید. با افزایش جریان یا قدرت میدان، گشتاور افزایش می‌یابد و در نتیجه قدرت موتور افزایش می‌یابد.
مسیر ذرات
برهمکنش میدان مغناطیسی با بار به طور گسترده در طیف نگارهای جرمی در مطالعه ذرات بنیادی استفاده می شود.
عمل میدان در این حالت باعث پیدایش نیرویی به نام می شودنیروی لورنتس هنگامی که یک ذره باردار که با سرعت معینی حرکت می کند وارد میدان مغناطیسی می شود، نیروی لورنتس که فرمول آن به شکل F=vBqsinα است باعث می شود که ذره در یک دایره حرکت کند.
در این مدل ریاضی، v مدول سرعت ذره‌ای است که بار الکتریکی آن q، B القای مغناطیسی میدان، α زاویه بین جهات سرعت و القای مغناطیسی است.
ذره در یک دایره (یا یک کمان دایره) حرکت می کند، زیرا نیرو و سرعت با زاویه 90° به یکدیگر هدایت می شوند. تغییر جهت سرعت خطی باعث ظهور شتاب می شود.
قانون دست چپ، که در بالا مورد بحث قرار گرفت، هنگام مطالعه نیروی لورنتس نیز اعمال می شود: اگر دست چپ طوری قرار گیرد که بردار القای مغناطیسی وارد کف دست شود، چهار انگشت کشیده شده در یک خط در امتداد آن قرار می گیرند. سرعت یک ذره با بار مثبت، سپس شست خم شده 90° جهت نیرو را نشان می دهد.
مشکلات پلاسما
برهمکنش میدان مغناطیسی و ماده در سیکلوترون ها استفاده می شود. مشکلات مربوط به مطالعه آزمایشگاهی پلاسما اجازه نمی دهد که آن را در ظروف بسته نگه دارید. یک گاز بسیار یونیزه فقط در دماهای بالا می تواند وجود داشته باشد. پلاسما را می توان با استفاده از میدان های مغناطیسی در یک مکان در فضا نگه داشت و گاز را به شکل یک حلقه می چرخاند. واکنش‌های گرما هسته‌ای کنترل‌شده را می‌توان با چرخاندن پلاسمای با دمای بالا به درون یک رشته با استفاده از میدان‌های مغناطیسی مطالعه کرد.
نمونه ای از عمل میدان مغناطیسیدر داخل بدن بر روی گاز یونیزه - شفق قطبی. این منظره باشکوه فراتر از دایره قطب شمال در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح زمین مشاهده می شود. درخشش رنگارنگ اسرارآمیز گاز تنها در قرن بیستم قابل توضیح بود. میدان مغناطیسی زمین در نزدیکی قطب ها نمی تواند مانع از نفوذ باد خورشیدی به جو شود. فعال ترین تابش هدایت شده در امتداد خطوط القای مغناطیسی باعث یونیزه شدن جو می شود.
پدیده های مرتبط با حرکت شارژ
از لحاظ تاریخی، کمیت اصلی که جریان جریان را در یک هادی مشخص می کند، قدرت جریان نامیده می شود. جالب اینجاست که این مفهوم ربطی به نیرو در فیزیک ندارد. قدرت جریان، که فرمول آن شامل باری است که در واحد زمان از سطح مقطع هادی عبور می کند:
I=q/t، جایی که t زمان جریان شارژ q است
در واقع، قدرت فعلی مقدار شارژ است. واحد اندازه گیری آن برخلاف N. آمپر (A) است.
تعیین کار یک نیرو
عمل اجباری روی یک ماده با انجام کار همراه است. کار یک نیرو یک کمیت فیزیکی است که از نظر عددی برابر با حاصل ضرب نیرو و جابجایی وارد شده تحت اثر آن و کسینوس زاویه بین جهت نیرو و جابجایی است.
کار مورد نظر نیرو که فرمول آن A=FScosα است شامل بزرگی نیرو است.
عملکرد بدن با تغییر سرعت بدن یا تغییر شکل همراه است که نشان دهنده تغییرات همزمان انرژی است. کار انجام شده توسط یک نیرو بستگی داردمقادیر.
