Le mot "pouvoir" est tellement englobant que lui donner un concept clair est une tâche presque impossible. La variété de la force musculaire à la force de l'esprit ne couvre pas toute la gamme des concepts qui y sont investis. La force, considérée comme une grandeur physique, a une signification et une définition bien définies. La formule de la force définit un modèle mathématique: la dépendance de la force sur les paramètres principaux.
L'histoire de la recherche sur la force comprend la définition de la dépendance aux paramètres et la preuve expérimentale de la dépendance.
Puissance en physique
La force est une mesure de l'interaction des corps. L'action mutuelle des corps les uns sur les autres décrit pleinement les processus associés à un changement de vitesse ou de déformation des corps.
En tant que grandeur physique, la force a une unité de mesure (dans le système SI - Newton) et un appareil pour la mesurer - un dynamomètre. Le principe de fonctionnement du dynamomètre est basé sur la comparaison de la force agissant sur le corps avec la force de la force du ressort du dynamomètre.
Une force de 1 newton est considérée comme la force sous laquelle un corps de masse 1 kg change sa vitesse de 1 m en 1 seconde.
La force en tant que grandeur vectorielle est définie:
- sens de l'action;
- point d'application;
- module, absolutaille.
Décrivant l'interaction, assurez-vous d'indiquer ces paramètres.
Types d'interactions naturelles: gravitationnelles, électromagnétiques, fortes, faibles. Les forces gravitationnelles (la force de gravitation universelle avec sa variété - la force de gravité) existent en raison de l'influence des champs gravitationnels entourant tout corps ayant une masse. L'étude des champs gravitationnels n'est pas encore terminée. Il n'est pas encore possible de trouver la source du champ.
Une plus grande gamme de forces résulte de l'interaction électromagnétique des atomes qui composent la matière.
Force de pression
Lorsqu'un corps interagit avec la Terre, il exerce une pression sur la surface. La force de pression, dont la formule est: P=mg, est déterminée par la masse corporelle (m). L'accélération gravitationnelle (g) a des valeurs différentes à différentes latitudes de la Terre.
La force de pression verticale est égale en valeur absolue et opposée en direction à la force d'élasticité apparaissant dans le support. La formule de force change en fonction du mouvement du corps.
Changement de poids corporel
L'action d'un corps sur un support due à l'interaction avec la Terre est souvent appelée poids du corps. Fait intéressant, la quantité de poids corporel dépend de l'accélération du mouvement dans la direction verticale. Dans le cas où la direction de l'accélération est opposée à l'accélération de la chute libre, une augmentation de poids est observée. Si l'accélération du corps coïncide avec la direction de la chute libre, le poids du corps diminue. Par exemple, dans un ascenseur ascendant, au début de l'ascension, une personne ressent une augmentation de poids pendant un certain temps. Affirmer que sa massechange, ce n'est pas le cas. En même temps, nous séparons les notions de "poids corporel" et de sa "masse".
Force élastique
Lorsque l'on change la forme d'un corps (sa déformation), une force apparaît qui tend à ramener le corps à sa forme d'origine. Cette force a reçu le nom de "force élastique". Il survient en raison de l'interaction électrique des particules qui composent le corps.
Considérons la déformation la plus simple: la traction et la compression. La tension s'accompagne d'une augmentation des dimensions linéaires des corps, tandis que la compression s'accompagne de leur diminution. La valeur caractérisant ces processus est appelée allongement du corps. Notons-le par "x". La formule de la force élastique est directement liée à l'allongement. Chaque corps soumis à déformation a ses propres paramètres géométriques et physiques. La dépendance de la résistance élastique à la déformation des propriétés du corps et du matériau à partir duquel il est fabriqué est déterminée par le coefficient d'élasticité, appelons-le rigidité (k).
Le modèle mathématique de l'interaction élastique est décrit par la loi de Hooke.
La force résultant de la déformation du corps est dirigée contre la direction de déplacement des différentes parties du corps, est directement proportionnelle à son allongement:
- Fy=-kx (notation vectorielle).
Le signe "-" indique la direction opposée de la déformation et de la force.
Il n'y a pas de signe négatif sous forme scalaire. La force élastique, dont la formule a la forme suivante Fy=kx, n'est utilisée que pour les déformations élastiques.
Interaction du champ magnétique avec le courant
Influencerchamp magnétique en courant continu est décrit par la loi d'Ampère. Dans ce cas, la force avec laquelle le champ magnétique agit sur un conducteur porteur de courant qui y est placé s'appelle la force Ampère.
L'interaction d'un champ magnétique avec une charge électrique en mouvement provoque une manifestation de force. La force Ampère, dont la formule est F=IBlsinα, dépend de l'induction magnétique du champ (B), de la longueur de la partie active du conducteur (l), de l'intensité du courant (I) dans le conducteur et de l'angle entre le sens du courant et l'induction magnétique.
En raison de la dernière dépendance, on peut affirmer que le vecteur du champ magnétique peut changer lorsque le conducteur est tourné ou que la direction du courant change. La règle de la main gauche vous permet de définir la direction de l'action. Si la main gauche est positionnée de manière à ce que le vecteur d'induction magnétique pénètre dans la paume, quatre doigts sont dirigés le long du courant dans le conducteur, puis le pouce plié de 90° indiquera la direction du champ magnétique.
L'utilisation de cet effet par l'humanité a été constatée, par exemple, dans les moteurs électriques. La rotation du rotor est provoquée par un champ magnétique créé par un puissant électroaimant. La formule de force vous permet de juger de la possibilité de modifier la puissance du moteur. Avec une augmentation du courant ou de l'intensité du champ, le couple augmente, ce qui entraîne une augmentation de la puissance du moteur.
Trajectoires des particules
L'interaction d'un champ magnétique avec une charge est largement utilisée dans les spectrographes de masse pour l'étude des particules élémentaires.
L'action du champ dans ce cas provoque l'apparition d'une force appeléeForce de Lorentz. Lorsqu'une particule chargée se déplaçant à une certaine vitesse entre dans un champ magnétique, la force de Lorentz, dont la formule a la forme F=vBqsinα, fait que la particule se déplace en cercle.
Dans ce modèle mathématique, v est le module de vitesse d'une particule dont la charge électrique est q, B est l'induction magnétique du champ, α est l'angle entre les directions de vitesse et d'induction magnétique.
La particule se déplace en cercle (ou en arc de cercle), puisque la force et la vitesse sont dirigées à un angle de 90° l'une par rapport à l'autre. Changer la direction de la vitesse linéaire provoque l'apparition d'une accélération.
La règle de la main gauche, discutée ci-dessus, a également lieu lors de l'étude de la force de Lorentz: si la main gauche est positionnée de manière à ce que le vecteur d'induction magnétique pénètre dans la paume, quatre doigts étendus en ligne sont dirigés le long de la vitesse d'une particule chargée positivement, alors le pouce plié à 90° indique la direction de la force.
Problèmes de plasma
L'interaction du champ magnétique et de la matière est utilisée dans les cyclotrons. Les problèmes liés à l'étude en laboratoire du plasma ne permettent pas de le conserver dans des récipients fermés. Un gaz hautement ionisé ne peut exister qu'à des températures élevées. Le plasma peut être maintenu en un seul endroit dans l'espace au moyen de champs magnétiques, tordant le gaz sous la forme d'un anneau. Les réactions thermonucléaires contrôlées peuvent également être étudiées en faisant tourner du plasma à haute température dans un filament à l'aide de champs magnétiques.
Un exemple de l'action d'un champ magnétiquein vivo sur gaz ionisé - Aurora Borealis. Ce spectacle majestueux s'observe au-delà du cercle polaire arctique à une altitude de 100 km au-dessus de la surface de la terre. La mystérieuse lueur colorée du gaz ne pouvait être expliquée qu'au XXe siècle. Le champ magnétique terrestre près des pôles ne peut empêcher le vent solaire de pénétrer dans l'atmosphère. Le rayonnement le plus actif dirigé le long des lignes d'induction magnétique provoque l'ionisation de l'atmosphère.
Phénomènes associés au mouvement de charge
Historiquement, la grandeur principale qui caractérise le passage du courant dans un conducteur s'appelle l'intensité du courant. Fait intéressant, ce concept n'a rien à voir avec la force en physique. L'intensité du courant, dont la formule comprend la charge circulant par unité de temps à travers la section transversale du conducteur, est:
I=q/t, où t est le temps d'écoulement de la charge q
En fait, la force actuelle est la quantité de charge. Son unité de mesure est l'Ampère (A), contrairement au N.
Déterminer le travail d'une force
L'action de la force sur une substance s'accompagne de l'exécution d'un travail. Le travail d'une force est une grandeur physique numériquement égale au produit de la force et du déplacement passé sous son action, et du cosinus de l'angle entre les directions de la force et du déplacement.
Le travail souhaité de la force, dont la formule est A=FScosα, inclut l'amplitude de la force.
L'action du corps s'accompagne d'un changement de la vitesse du corps ou d'une déformation, ce qui indique des changements simultanés d'énergie. Le travail effectué par une force dépend devaleurs.
