Từ "quyền lực" bao hàm tất cả, đến nỗi để tạo cho nó một khái niệm rõ ràng là một nhiệm vụ gần như bất khả thi. Sự đa dạng từ sức mạnh cơ bắp đến sức mạnh trí óc không bao hàm đầy đủ các khái niệm được đầu tư vào nó. Lực, được coi là một đại lượng vật lý, có ý nghĩa và định nghĩa rõ ràng. Công thức lực định nghĩa một mô hình toán học: sự phụ thuộc của lực vào các tham số chính.
Lịch sử nghiên cứu lực bao gồm định nghĩa về sự phụ thuộc vào các tham số và bằng chứng thực nghiệm về sự phụ thuộc.
Sức mạnh trong vật lý
Sức mạnh là thước đo sự tương tác của các cơ quan. Sự tác động lẫn nhau của các cơ thể lên nhau mô tả đầy đủ các quá trình liên quan đến sự thay đổi tốc độ hoặc biến dạng của các cơ thể.
Là một đại lượng vật lý, lực có đơn vị đo (trong hệ SI - Newton) và dụng cụ để đo - lực kế. Nguyên lý hoạt động của lực kế dựa trên việc so sánh lực tác dụng lên vật với lực tác dụng vào lò xo của lực kế.
Lực của 1 newton được coi là lực mà vật thể có khối lượng 1 kg thay đổi tốc độ 1 m trong 1 giây.
Lực như một đại lượng vectơ được định nghĩa:
- hướng hành động;
- điểm ứng dụng;
- mô-đun, tuyệt đốikích thước.
Mô tả tương tác, hãy nhớ chỉ ra các thông số này.
Các loại tương tác tự nhiên: hấp dẫn, điện từ, mạnh, yếu. Lực hấp dẫn (lực vạn vật hấp dẫn với sự đa dạng của nó - lực hấp dẫn) tồn tại do ảnh hưởng của trường hấp dẫn xung quanh bất kỳ vật thể nào có khối lượng. Nghiên cứu về trường hấp dẫn vẫn chưa được hoàn thành cho đến nay. Vẫn chưa thể tìm thấy nguồn của trường.
Một dải lực lớn hơn phát sinh từ tương tác điện từ của các nguyên tử tạo nên vật chất.
Lực ép
Khi một vật thể tương tác với Trái đất, nó sẽ tạo áp lực lên bề mặt. Lực ép, công thức của nó là: P=mg, được xác định bởi khối lượng vật thể (m). Gia tốc trọng trường (g) có các giá trị khác nhau ở các vĩ độ khác nhau của Trái đất.
Lực của áp lực thẳng đứng có giá trị tuyệt đối bằng giá trị tuyệt đối và ngược hướng với lực đàn hồi sinh ra trong giá đỡ. Công thức lực thay đổi tùy thuộc vào chuyển động của cơ thể.
Thay đổi trọng lượng cơ thể
Tác động của một cơ thể lên giá đỡ do tương tác với Trái đất thường được gọi là trọng lượng của cơ thể. Điều thú vị là khối lượng cơ thể phụ thuộc vào gia tốc chuyển động theo phương thẳng đứng. Trong trường hợp chiều của gia tốc ngược chiều với gia tốc rơi tự do thì thấy khối lượng vật tăng. Nếu gia tốc của vật trùng với chiều rơi tự do thì trọng lượng của vật giảm đi. Ví dụ, khi ở trong thang máy đi lên, khi bắt đầu đi lên, một người cảm thấy trọng lượng tăng lên trong một thời gian. Khẳng định rằng khối lượng của nóthay đổi, nó không. Đồng thời, chúng tôi tách các khái niệm "trọng lượng cơ thể" và "khối lượng" của nó.
Lực đàn hồi
Khi thay đổi hình dạng của một cơ thể (sự biến dạng của nó), một lực xuất hiện có xu hướng đưa cơ thể trở lại hình dạng ban đầu. Lực này được đặt tên là "lực đàn hồi". Nó phát sinh do sự tương tác điện của các phần tử tạo nên cơ thể.
Hãy xem xét biến dạng đơn giản nhất: lực căng và nén. Lực căng đi kèm với sự gia tăng kích thước tuyến tính của các vật thể, trong khi lực nén đi kèm với sự giảm của chúng. Giá trị đặc trưng cho các quá trình này được gọi là độ giãn dài của cơ thể. Hãy ký hiệu nó bằng "x". Công thức lực đàn hồi liên quan trực tiếp đến độ giãn dài. Mỗi vật thể bị biến dạng có các thông số hình học và vật lý riêng. Sự phụ thuộc của lực cản đàn hồi đối với biến dạng vào các đặc tính của cơ thể và vật liệu tạo ra nó được xác định bởi hệ số đàn hồi, chúng ta hãy gọi nó là độ cứng (k).
Mô hình toán học của tương tác đàn hồi được mô tả bởi định luật Hooke.
Lực sinh ra từ sự biến dạng của cơ thể chống lại hướng dịch chuyển của các bộ phận riêng lẻ của cơ thể, tỷ lệ thuận với độ giãn dài của nó:
- Fy=-kx (ký hiệu vectơ).
Dấu "-" biểu thị hướng ngược lại của biến dạng và lực.
Không có dấu âm ở dạng vô hướng. Lực đàn hồi, công thức của nó có dạng Fy=kx, chỉ được sử dụng cho các biến dạng đàn hồi.
Tương tác của từ trường với dòng điện
Ảnh hưởngtừ trường thành dòng điện một chiều được mô tả bằng định luật Ampère. Trong trường hợp này, lực mà từ trường tác dụng lên vật dẫn mang dòng điện đặt trong nó được gọi là lực Ampère.
Tương tác của từ trường với điện tích chuyển động gây ra biểu hiện lực. Lực Ampe, công thức của nó là F=IBlsinα, phụ thuộc vào cảm ứng từ của trường (B), chiều dài của phần hoạt động của dây dẫn (l), cường độ dòng điện (I) trong dây dẫn và góc giữa chiều của dòng điện và cảm ứng từ.
Do sự phụ thuộc cuối cùng, có thể lập luận rằng vectơ của từ trường có thể thay đổi khi dây dẫn quay hoặc hướng của dòng điện thay đổi. Quy tắc bàn tay trái cho phép bạn thiết lập hướng hành động. Nếu đặt tay trái sao cho vectơ cảm ứng từ đi vào lòng bàn tay, bốn ngón tay hướng dọc theo dòng điện trong dây dẫn thì ngón tay cái uốn cong 90°sẽ cho biết hướng của từ trường.
Việc sử dụng hiệu ứng này của con người, ví dụ, trong động cơ điện. Chuyển động quay của rôto là do từ trường tạo ra bởi một nam châm điện cực mạnh. Công thức lực cho phép bạn đánh giá khả năng thay đổi công suất động cơ. Với sự gia tăng cường độ dòng điện hoặc trường, mô-men xoắn tăng lên, dẫn đến tăng công suất động cơ.
Quỹ đạo hạt
Tương tác của từ trường với điện tích được sử dụng rộng rãi trong máy quang phổ để nghiên cứu các hạt cơ bản.
Tác động của trường trong trường hợp này gây ra sự xuất hiện của một lực gọi làLực Lorentz. Khi một hạt mang điện chuyển động với một tốc độ nhất định đi vào từ trường, lực Lorentz, công thức của nó có dạng F=vBqsinα, làm cho hạt chuyển động theo hình tròn.
Trong mô hình toán học này, v là môđun vận tốc của hạt có điện tích q, B là cảm ứng từ của trường, α là góc giữa hướng của vận tốc và cảm ứng từ.
Hạt chuyển động theo đường tròn (hoặc cung tròn), vì lực và tốc độ hướng với nhau một góc 90°. Thay đổi hướng của vận tốc thẳng gây ra sự xuất hiện của gia tốc.
Quy tắc bàn tay trái, đã thảo luận ở trên, cũng diễn ra khi nghiên cứu lực Lorentz: nếu đặt tay trái sao cho vectơ cảm ứng từ đi vào lòng bàn tay, bốn ngón tay duỗi thẳng sẽ hướng dọc theo tốc độ của một hạt mang điện dương, sau đó ngón tay cái uốn cong 90°cho biết hướng của lực.
Vấn đề về huyết tương
Tương tác của từ trường và vật chất được sử dụng trong cyclotron. Các vấn đề liên quan đến nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về huyết tương không cho phép nó được giữ trong các bình kín. Một chất khí bị ion hóa cao chỉ có thể tồn tại ở nhiệt độ cao. Plasma có thể được giữ ở một nơi trong không gian nhờ từ trường, xoắn chất khí dưới dạng một vòng. Các phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát cũng có thể được nghiên cứu bằng cách quay plasma nhiệt độ cao thành dây tóc sử dụng từ trường.
Một ví dụ về hoạt động của từ trườngin vivo trên khí bị ion hóa - Aurora Borealis. Cảnh tượng hùng vĩ này được quan sát bên ngoài Vòng Bắc Cực ở độ cao 100 km so với bề mặt trái đất. Sự phát sáng đầy màu sắc bí ẩn của khí chỉ có thể được giải thích trong thế kỷ 20. Từ trường của trái đất gần các cực không thể ngăn cản gió mặt trời xuyên qua bầu khí quyển. Bức xạ hoạt động mạnh nhất hướng dọc theo đường cảm ứng từ gây ra sự ion hóa bầu khí quyển.
Hiện tượng liên quan đến chuyển động điện tích
Trong lịch sử, đại lượng chính đặc trưng cho dòng điện chạy trong vật dẫn được gọi là cường độ dòng điện. Điều thú vị là khái niệm này không liên quan gì đến lực trong vật lý. Cường độ dòng điện, công thức của nó bao gồm điện tích chạy trên một đơn vị thời gian qua tiết diện của dây dẫn, là:
I=q / t, trong đó t là thời gian dòng điện tích q
Trên thực tế, cường độ hiện tại là lượng điện tích. Đơn vị đo của nó là Ampe (A), không giống N.
Xác định công của một lực
Tác động lực lên một chất đi kèm với việc thực hiện công việc. Công của lực là một đại lượng vật lý bằng tích số của lực và độ dời khi tác dụng của nó, và cosin của góc giữa các phương của lực và độ dời.
Công mong muốn của lực, công thức của nó là A=FScosα, bao gồm độ lớn của lực.
Hoạt động của cơ thể đi kèm với sự thay đổi tốc độ của cơ thể hoặc sự biến dạng, điều này cho thấy sự thay đổi đồng thời của năng lượng. Công việc được thực hiện bởi một lực phụ thuộc vàogiá trị.
