Sie haben zweifellos das Wort "Kraft" auf alle möglichen Arten gehört, die meisten davon entweder ungenau ("Kraftfeld", "Kraft eines Magnetfelds") oder ohne Bezug zur Physik ("Force Play", "Kampf) Macht.")
Eine Kraft in der Physik ist alles, was bewirkt, dass etwas mit Masse beschleunigt wird. Es gibt eine Reihe von Gleichungen, die Kraft mit anderen Größen wie Arbeit, Druck und Energie in Beziehung setzen, aber die grundlegendste istF = ma, die besagt, dass eine Masseicherfährt eine Beschleunigungeinwenn einer Nettokraft ausgesetztF, in einer bestimmten Richtung mit einer bestimmten Größe wirkend.
Da die Kenntnis der spezifischen Kraftwerte im Maschinenbau und in anderen Industrien weltweit unerlässlich ist, sind Instrumente zur genauen Kraftbestimmung leicht erhältlich.
Einheiten der Kraft
Die SI-Einheit (metrisch) der Kraft ist Newton (N), während die SI-Einheiten für Masse und Beschleunigung Kilogramm (kg) und Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s .) sind2). Somit ist N eine abgeleitete Einheit und übersetzt sich in kg m/s2.
Da jedes Gravitationsfeld dazu neigt, alle Massen in seiner Reichweite zu beschleunigen, ist das Ergebnis das, was der Mensch im Alltag als Gewicht bezeichnet. Somit ist eine Haushalts- oder Fitnesswaage eine Art Kraftmesser, denn während siezeigt anIhre Masse in Kilogramm (oder Ihr Äquivalentgewicht in Pfund) ist es eigentlichMaßeIhr Gewicht aufgrund der Schwerkraft auf der Erde beträgt 9,81 m/s2.
Hookes Gesetz
Die meisten Kraftmesser, denen Sie wahrscheinlich begegnen werden, nutzen ein Prinzip namens Hookesches Gesetz, benannt nach Robert Hooke, dessen Arbeit in den 1600er Jahren umfasste Physik, Chemie, Biologie und praktisch alle anderen Forschungsgebiete in dieser Zeit der schnellen wissenschaftlichen Fortschritt.
Das Gesetz besagt, dass die Kraft, die erforderlich ist, um ein elastisches Material (z.
Das negative Vorzeichen impliziert, dass die Kraftwidersetzt sichdie Strecke ist gleich groß, aber genau entgegengesetzt in der Entfernung.
Anwendungen des Hookeschen Gesetzes neben dem Kraftmesser
Das Hookesche Gesetz wurde in jedem Bereich des Ingenieurwesens und des Bauwesens angewendet, den Sie nennen oder sich auch nur vorstellen können. In den Anfängen der Uhrmacherei waren Federn für die präzise Funktion unabdingbar, da es sich bei der Zeitmessung im 17. und 18. Jahrhundert noch nicht um eine GPS-Synchronisation handelte.
Das Hookesche Gesetz wurde bei der Herstellung von Manometern (Manometern), Geräten in der Welt von Akustik und Seismizität sowie im Fortschreiten des 21. Jahrhunderts auch in Anwendungen der Nanotechnologie. Aber sein Nutzen in einem einfachen Kraftmesser ist vielleicht auch heute noch der einfachste Weg, es zu erklären.
Kraftmesser: Der Federmesser
Das Hookesche Gesetz kann auf eine Feder auf einer horizontalen Oberfläche angewendet werden, so dass die durch die Schwerkraft auf das Objekt ausgeübte Kraft durch die Aufwärtskraft der Oberfläche (die Normalkraft) ausgeglichen wird. Wenn die Kraft, die zum Spannen der Feder 1,5 m erforderlich ist, 300 N beträgt, können Sie berechnenkim Hookeschen Gesetz dieFederkonstante:
F=-kx\implies 300\text{ N}=k (1.5\text{ m})\implies k = 200\text{N/m}
EINKraftmesserist stattdessen ein vertikales Konstrukt und hat eine Feder, die so kalibriert ist, dass eine Masse Die Schwerkraft der Erde wird die Feder aus ihrer Ruheposition (Gleichgewichtsposition) um einen bekannten, festen Menge. So hat eine Masse von 10 kg bekanntlich ein Gewicht von (1 kg) (9,81 m/s .).2) = 98,1 N, und der Kraftmesser kann nach diesem Prinzip beschriftet werden.
Beachten Sie, dass, um eine Feder oder ein elastisches Objekt doppelt so weit zu dehnen, wie es bereits gedehnt wurde, die doppelte Kraft aufgebracht werden muss usw. In Wirklichkeit ist kein Material vollkommen elastisch, und alle Federn brechen zusammen, entweder durch "Abnutzung" oder durch traumatisches Brechen bei ausreichender Belastung oder Belastung.