Несъмнено сте чували думата „сила“, използвана по всякакви начини, повечето от тях или лошо дефинирани ("силово поле", "сила на магнитно поле") или несвързано с физическата наука ("силова игра", "борба сила. ")
Сила във физиката е всичко, което действа, за да ускори нещо с маса. Съществуват редица уравнения, свързани със силата с други величини, като работа, налягане и енергия, но най-основното еF = ma, който гласи, че масамизпитва ускорениеакогато е подложен на нетна силаF, действащи в определена посока с определена величина.
Тъй като познаването на специфичните стойности на силите е от съществено значение в машиностроенето и други индустрии по света, инструментите за точно определяне на силата са лесни за получаване.
Силови единици
Силовата единица SI (метрична) е нютон (N), докато SI единиците за маса и ускорение са килограми (kg) и метри в секунда на квадрат (m / s2). По този начин N е производна единица и тя се превръща в kg m / s2.
Тъй като всяко гравитационно поле има тенденция да ускорява всички маси в обсега си, резултатът е това, което хората наричат тегло в ежедневието. Така везната на домакинството или здравния клуб е вид измервателен уред, защото докато е
показвамасата ви в килограми (или еквивалентното ви тегло в лири) всъщностмеркивашето тегло в резултат на гравитацията, на Земята е равно на 9,81 m / s2.Законът на Хук
Повечето измерватели на сила, които най-вероятно ще срещнете, се възползват от принцип, наречен закон на Хук, кръстен на Робърт Хук, чиято работа през 1600 г. обхваща физика, химия, биология и практически всички други области на изследване през това време на бързи научни изследвания напредък.
Законът гласи, че силата, необходима за разтягане на еластичен материал (като пружина) на дадено разстояние, е пропорционална на разстоянието, което пружината е опъната от нейната равновесна точка:
Отрицателният знак предполага, че силатапротивопоставя сеучастъкът, равен по големина, но точно противоположен на разстояние.
Приложения на закона на Хук Освен силомера
Законът на Хук се прилага във всяка област на инженерството и строителството, която можете да назовете или дори да си представите. В ранните дни на часовникарството пружините са били от съществено значение за осигуряване на прецизна функция, тъй като отчитането на времето през 17 и 18 век все още не е било въпрос на GPS синхронизация.
Законът на Хук е използван при производството на манометри (манометри), оборудване в света на акустика и сеизмичност, а с напредването на 21 век и в приложенията на нанотехнологиите. Но неговата полезност в обикновен силомер е може би най-лесният начин да го обясним дори днес.
Силомер: Пролетният метър
Законът на Хук може да се приложи към пружина върху хоризонтална повърхност, така че силата, упражнявана върху обекта от гравитацията, да се балансира от възходящата сила на повърхността (нормалната сила). Ако силата, необходима за разтягане на пружината 1,5 m, е 300 N, можете да изчислитекв закона на Хук,пролетна константа:
F = -kx \ предполага 300 \ text {N} = k (1,5 \ text {m}) \ предполага k = 200 \ text {N / m}
Aсиломервместо това е вертикална конструкция и има пружина, която е калибрирана така, че да бъде подложена маса Гравитацията на Земята ще премести пружината надолу от нейното положение на покой (равновесие) чрез известно, фиксирано количество. По този начин е известно, че маса от 10 kg има тегло (1 kg) (9,81 m / s2) = 98,1 N и силомерът може да бъде етикетиран в съответствие с този принцип.
Обърнете внимание, че за да опънете пружина или който и да е еластичен предмет два пъти по-голямо от разстоянието, което вече е било опънато, трябва да се приложи два пъти силата и така нататък, както е продиктувано от закона на Хук. В действителност нито един материал не е идеално еластичен и всички пружини се разрушават, или чрез „износване“, или счупване травматично при достатъчно напрежение или напрежение.