Nepochybně jste slyšeli slovo „síla“ používané nejrůznějšími způsoby, většinou špatně definované („silové pole“, „síla magnetického pole“) nebo nesouvisející s fyzikální vědou („silová hra“, „boj platnost.")
Silou ve fyzice je cokoli, co působí tak, aby něco urychlilo hmotou. Existuje celá řada rovnic vztahujících se k síle s jinými veličinami, jako je práce, tlak a energie, ale nejzákladnější jeF = ma, který uvádí, že mšemzažívá zrychleníAkdyž je vystaven síle sítěF, působící určitým směrem se stanovenou velikostí.
Protože znalost specifických hodnot sil je nezbytná ve strojírenství a dalších průmyslových odvětvích po celém světě, lze snadno získat nástroje pro přesné stanovení síly.
Jednotky síly
SI (metrická) jednotka síly je newton (N), zatímco SI jednotky hmotnosti a zrychlení jsou kilogramy (kg) a metry za sekundu na druhou (m / s)2). N je tedy odvozená jednotka a převádí se na kg m / s2.
Jelikož jakékoli gravitační pole má tendenci zrychlovat všechny hmoty v jeho dosahu, výsledkem je to, čemu lidé v každodenních podmínkách říkají váha. Stupnice pro domácnost nebo klub zdraví je tedy svým způsobem silovým měřičem, protože zatímco je
displejevaše hmotnost v kilogramech (nebo ekvivalentní váha v librách) to ve skutečnostiopatřenívaše váha v důsledku gravitace, na Zemi rovna 9,81 m / s2.Hookeův zákon
Většina měřičů síly, se kterou se pravděpodobně setkáte, využívá principu zvaného Hookeův zákon, pojmenovaného po Robertu Hookeovi, jehož dílo v 1600s se v této době rychlého vědeckého výzkumu rozšířila fyzika, chemie, biologie a prakticky všechny ostatní oblasti výzkumu pokrok.
Zákon stanoví, že síla potřebná k roztažení elastického materiálu (například pružiny) je daná vzdálenost úměrná vzdálenosti, kterou je pružina roztažena od svého rovnovážného bodu:
Záporné znaménko znamená, že sílaoponujeúsek, který má stejnou velikost, ale přesně opačnou vzdálenost.
Aplikace Hookova zákona kromě měřiče síly
Hookeův zákon byl aplikován ve všech oblastech strojírenství a stavebnictví, které si dokážete pojmenovat nebo dokonce představit. V počátcích výroby hodin byly pružiny nezbytné pro zajištění přesné funkce, protože časomíra v 17. a 18. století ještě nebyla otázkou synchronizace GPS.
Hookův zákon byl uplatněn při výrobě manometrů (tlakoměrů), zařízení ve světě akustika a seismicita a s postupem 21. století také v nanotechnologických aplikacích. Ale jeho užitečnost v jednoduchém měřiči síly je snad nejjednodušší způsob, jak to vysvětlit i dnes.
Force Meter: The Spring Meter
Hookův zákon lze aplikovat na pružinu na vodorovném povrchu, takže síla působící na objekt gravitací je vyvážena silou vzhůru povrchu (normální silou). Pokud je síla potřebná k natažení pružiny 1,5 m 300 N, můžete vypočítatkv Hookeově zákoně jejarní konstanta:
F = -kx \ implikuje 300 \ text {N} = k (1,5 \ text {m}) \ implikuje k = 200 \ text {N / m}
Aměřič sílyje místo toho vertikální konstrukce a má pružinu, která je kalibrována tak, aby byla vystavena hmota Gravitace Země posune pružinu směrem dolů z její klidové (rovnovážné) polohy známým, pevným množství. Je tedy známo, že hmotnost 10 kg má hmotnost (1 kg) (9,81 m / s)2) = 98,1 N a měřič síly lze označit v souladu s tímto principem.
Všimněte si, že aby bylo možné natáhnout pružinu nebo jakýkoli elastický předmět na dvojnásobnou vzdálenost, než již byla natažena, musí být použita dvojnásobná síla atd., Jak stanoví Hookeův zákon. Ve skutečnosti není žádný materiál dokonale elastický a všechny pružiny se rozpadají, a to buď „opotřebením“, nebo traumatickým zlomením při dostatečném namáhání nebo namáhání.