Et ole epäilemättä kuullut sanaa "voima" käytettynä kaikilla tavoilla, joista suurin osa on joko huonosti määritelty ("voimakenttä", "magneettikentän voima") tai jotka eivät liity fysiikkaan ("voimapeli", "taistelut" pakottaa.")
Fysiikan voima on kaikki mikä nopeuttaa jotain massalla. On olemassa useita yhtälöitä, jotka liittyvät voimaan muihin määriin, kuten työhön, paineeseen ja energiaan, mutta alkeellisinta onF = ma, jonka mukaan massamkokee kiihtyvyydenakun siihen kohdistuu nettovoimaF, joka toimii määrätyssä suunnassa määrätyllä suuruudella.
Koska voimien erityisarvojen tunteminen on välttämätöntä tekniikassa ja muilla teollisuudenaloilla ympäri maailmaa, voiman tarkan määrittämisen instrumentit on helppo hankkia.
Voimayksiköt
SI (metrinen) voimayksikkö on newton (N), kun taas SI: n massa- ja kiihtyvyysyksiköt ovat kilogrammaa (kg) ja metriä sekunnissa neliönä (m / s)2). Siten N on johdettu yksikkö, ja se tarkoittaa kg m / s2.
Koska mikä tahansa painovoimakenttä pyrkii kiihdyttämään kaikkia massoja ulottuvillaan, seurauksena on se, mitä ihmiset kutsuvat painoksi jokapäiväisessä mielessä. Siksi kotitalous- tai terveysklubi-asteikko on eräänlainen voimamittari, koska vaikka se
näytötmassa kilogrammoina (tai vastaava paino pauna) se todellatoimenpiteitäpainosi painovoiman seurauksena maapallolla yhtä suuri kuin 9,81 m / s2.Hooken laki
Useimmat voimamittarit, joita todennäköisesti kohtaat, hyödyntävät periaatetta nimeltä Hooken laki, joka on nimetty Robert Hooken mukaan, jonka työ 1600-luvulla ulottui fysiikka, kemia, biologia ja käytännössä kaikki muut tutkimusalat tänä nopean tieteellisen ajanjaksona edistystä.
Lain mukaan joustavan materiaalin (kuten jousen) venyttämiseen tarvittava voima tietyllä etäisyydellä on verrannollinen jousen venytettyyn tasapainopisteeseen:
Negatiivinen merkki tarkoittaa, että voimavastustaavenytys, joka on suuruudeltaan yhtä suuri, mutta etäisyydeltään täysin vastakkainen.
Hooken lain sovellukset voimamittarin lisäksi
Hooken lakia on sovellettu kaikilla suunnittelu- ja rakennusaloilla, jotka voit nimetä tai edes kuvitella. Kellonvalmistuksen alkuaikoina jouset olivat välttämättömiä tarkan toiminnan varmistamiseksi, koska kellonaika 1700- ja 1700-luvuilla ei ollut vielä GPS-synkronoinnin asia.
Hooken lakiin on vedottu manometrien (painemittareiden) ja laitteiden valmistuksessa akustiikka ja seismisyys sekä 21. vuosisadan edetessä myös nanoteknologiasovelluksissa. Mutta sen hyödyllisyys yksinkertaisessa voimamittarissa on ehkä helpoin tapa selittää se jo tänään.
Voimamittari: Jousimittari
Hooken lakia voidaan soveltaa vaakasuoralla pinnalla olevaan jouseen siten, että painovoiman kohteelle kohdistama voima tasapainotetaan pinnan ylöspäin suuntautuvalla voimalla (normaali voima). Jos 1,5 m: n jousen venyttämiseen tarvittava voima on 300 N, voit laskeakHooken laissa,jousivakio:
F = -kx \ tarkoittaa 300 \ teksti {N} = k (1,5 \ teksti {m}) \ tarkoittaa k = 200 \ teksti {N / m}
Avoimamittarion sen sijaan pystysuora rakenne, ja siinä on jousi, joka on kalibroitu siten, että massa altistuu Maan painovoima siirtää jousen alas lepoasennostaan (tasapainotilasta) tunnetulla, kiinteällä määrä. Näin ollen 10 kg: n massan tiedetään painavan (1 kg) (9,81 m / s2) = 98,1 N, ja voimamittari voidaan merkitä tämän periaatteen mukaisesti.
Huomaa, että jousen tai minkä tahansa joustavan esineen venyttämiseksi kaksinkertaiseksi jo venytetystä etäisyydestä, on käytettävä kaksinkertaista voimaa ja niin edelleen, kuten Hooken laki sanelee. Todellisuudessa mikään materiaali ei ole täysin joustavaa, ja kaikki jouset hajoavat joko "kulumisesta" tai murtumisesta traumaattisesti riittävän rasituksen tai rasituksen alla.