لا شك أنك سمعت كلمة "قوة" مستخدمة بشتى الطرق ، ومعظمها إما غير واضح المعالم ("مجال القوة" ، "قوة المجال المغناطيسي") أو غير مرتبط بالعلوم الفيزيائية ("لعب القوة" ، "القتال فرض.")
القوة في الفيزياء هي أي شيء يعمل على تسريع شيء ذي كتلة. هناك عدد من المعادلات المتعلقة بالقوة بكميات أخرى ، مثل الشغل والضغط والطاقة ، ولكن أبسطها هوF = أماه، الذي ينص على أن الكتلةميختبر تسارعًاأعندما تتعرض لقوة صافيةF، تعمل في اتجاه محدد بحجم معين.
نظرًا لأن معرفة القيم المحددة للقوى أمر ضروري في الهندسة والصناعات الأخرى في جميع أنحاء العالم ، فمن السهل الحصول على أدوات لتحديد القوة بدقة.
وحدات القوة
وحدة القوة SI (متري) هي نيوتن (N) ، في حين أن وحدات SI للكتلة والتسارع هي كيلوجرام (كجم) ومتر لكل ثانية مربعة (م / ث)2). وبالتالي فإن N هي وحدة مشتقة ، وهي تُترجم إلى kg m / s2.
نظرًا لأن أي مجال جاذبية يميل إلى تسريع جميع الكتل في متناوله ، فإن النتيجة هي ما يسميه البشر بالوزن في المصطلحات اليومية. وبالتالي ، فإن مقياس الأسرة أو النادي الصحي هو مقياس قوة من نوع ما ، لأنه أثناء ذلكيعرضكتلتك بالكيلوغرام (أو ما يعادل وزنك بالجنيه) هو في الواقعالإجراءاتوزنك نتيجة الجاذبية الأرضية يساوي 9.81 م / ث2.
قانون هوك
تستفيد معظم عدادات القوة التي من المحتمل أن تواجهها من مبدأ يسمى قانون هوك ، والذي سمي على اسم روبرت هوك ، الذي عمل في القرن السابع عشر امتدت الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا وجميع مجالات البحث الأخرى تقريبًا خلال هذا الوقت من العلم السريع تقدم.
ينص القانون على أن القوة المطلوبة لمد مادة مرنة (مثل الزنبرك) مسافة معينة تتناسب مع المسافة التي يمتد فيها الزنبرك من نقطة توازنه:
تشير الإشارة السالبة إلى أن القوةيعارضالامتداد متساوٍ في الحجم ولكنه متقابل تمامًا في المسافة.
تطبيقات قانون هوك إلى جانب مقياس القوة
تم تطبيق قانون هوك في كل مجال من مجالات الهندسة والبناء يمكنك تسميته أو حتى تخيله. في الأيام الأولى من صنع الساعة ، كانت الينابيع ضرورية لضمان وظيفة دقيقة ، لأن ضبط الوقت في القرنين السابع عشر والثامن عشر لم يكن بعد مسألة تزامن GPS.
تم التذرع بقانون هوك في صناعة أجهزة قياس الضغط (مقاييس الضغط) ، وهي معدات في عالم الصوتيات والزلازل ، ومع تقدم القرن الحادي والعشرين ، في تطبيقات تكنولوجيا النانو أيضًا. لكن فائدتها في مقياس القوة البسيط ربما تكون أسهل طريقة لشرحها حتى اليوم.
مقياس القوة: مقياس الربيع
يمكن تطبيق قانون هوك على زنبرك على سطح أفقي ، بحيث يتم موازنة القوة المؤثرة على الجسم عن طريق الجاذبية بالقوة الصاعدة للسطح (القوة العمودية). إذا كانت القوة المطلوبة لتمديد الزنبرك بمقدار 1.5 متر تساوي 300 نيوتن ، يمكنك الحسابكفي قانون هوك ، فإنثابت الربيع:
F = -kx \ يشير إلى 300 \ text {N} = k (1.5 \ text {m}) \ implies k = 200 \ text {N / m}
أمتر القوةهو بدلاً من ذلك بناء رأسي ، وله زنبرك يتم معايرته بحيث تتعرض الكتلة له ستحرك جاذبية الأرض الزنبرك إلى أسفل من موضع الراحة (التوازن) بواسطة معلومة وثابتة كمية. وهكذا فإن كتلة 10 كجم معروفة بوزن (1 كجم) (9.81 م / ث2) = 98.1 نيوتن ، ويمكن تسمية مقياس القوة وفقًا لهذا المبدأ.
لاحظ أنه من أجل تمديد زنبرك أو أي جسم مرن ضعف المسافة التي تم شدها بالفعل ، يجب تطبيق ضعف القوة وما إلى ذلك ، وفقًا لما يمليه قانون هوك. في الواقع ، لا توجد مادة مرنة تمامًا ، وتتحلل جميع الينابيع ، إما عن طريق "الاهتراء" أو الانكسار بصدمة تحت ضغط أو إجهاد كافٍ.