אין ספק ששמעת את המילה "כוח" המשמשת בכל מיני דרכים, רובן לא מוגדרות ("שדה כוח", "כוח של שדה מגנטי") או שאינם קשורים למדע הפיזיקלי ("משחק כוח", "לחימה כּוֹחַ.")
כוח בפיזיקה הוא כל מה שפועל להאצת משהו עם מסה. ישנם מספר משוואות המתייחסות לכוח לכמויות אחרות, כגון עבודה, לחץ ואנרגיה, אך הבסיסית ביותר היאF = אמא, הקובע כי מסהMחווה תאוצהאכאשר הוא נתון לכוח נטוF, פועל בכיוון מוגדר בסדר גודל מוגדר.
מכיוון שידע הערכים הספציפיים של כוחות חיוני בהנדסה ובתעשיות אחרות ברחבי העולם, קל להשיג מכשירים לקביעת כוח בדיוק.
יחידות כוח
יחידת הכוח SI (מטרית) היא הניוטון (N), ואילו יחידות ה- SI של מסה ותאוצה הם קילוגרמים (ק"ג) ומטר לשנייה בריבוע (m / s2). לפיכך ה- N היא יחידה נגזרת והיא מתורגמת לק"ג מ"ש2.
מכיוון שכל שדה כבידה נוטה להאיץ את כל ההמונים בהישג ידו, התוצאה היא מה שבני אדם מכנים משקל במונחים יומיומיים. לפיכך משקל משק בית או מועדון בריאות הוא מד כוח למיניהם, כי בזמן שהואמציגאת המסה שלך בקילוגרמים (או את המשקל המקביל שלך בקילוגרמים) זה בעצםאמצעיםהמשקל שלך כתוצאה מכוח המשיכה, על פני כדור הארץ השווה ל -9.81 מ 'לשנייה2.
חוק הוק
רוב מדי הכוח שאתה צפוי להיתקל בהם מנצלים עיקרון הנקרא חוק הוק, על שמו של רוברט הוק, שעבודתו בשנות ה 1600- התרחשה פיזיקה, כימיה, ביולוגיה וכמעט כל תחומי החקירה האחרים בתקופה זו של מדע מהיר התקדמות.
החוק קובע כי הכוח הנדרש למתיחת חומר אלסטי (כגון קפיץ) מרחק נתון הוא פרופורציונאלי למרחק שהקפיץ נמתח מנקודת שיווי המשקל שלו:
הסימן השלילי מרמז שהכוחמתנגדהמתיחה, שווה בעוצמתה אך בדיוק הפוכה למרחק.
יישומי חוק הוק מלבד מד הכוח
החוק של הוק הוחל בכל תחומי הנדסה ובנייה שתוכלו למנות או אפילו לדמיין. בימים הראשונים של יצירת השעון, מעיינות היו חיוניים להבטחת תפקוד מדויק, מכיוון שתיעוד הזמן במאות ה -17 וה -18 עדיין לא היה עניין של סנכרון GPS.
החוק של הוק הופעל בהפקת מנומטרים (מדי לחץ), ציוד בעולם אקוסטיקה וסייסמיות, וככל שמתקדמת המאה ה -21, גם ביישומים ננו-טכנולוגיים. אך השימוש בו במד כוח פשוט הוא אולי הדרך הקלה ביותר להסביר זאת גם כיום.
מד כוח: מד האביב
ניתן להחיל את חוק הוק על קפיץ על משטח אופקי, כך שהכוח שמופעל על האובייקט על ידי כוח הכבידה מאוזן בכוח העלה של פני השטח (הכוח הרגיל). אם הכוח הנדרש למתיחת הקפיץ 1.5 מ 'הוא 300 N, אתה יכול לחשבkבחוק הוק, האביב קבוע:
F = -kx \ מרמז על 300 \ טקסט {N} = k (1.5 \ טקסט {m}) \ מרמז על k = 200 \ טקסט {N / m}
אמד כוחהוא במקום זאת מבנה אנכי, ויש לו קפיץ המכויל כך שמסה הנתונה אליו כוח המשיכה של כדור הארץ יעביר את הקפיץ כלפי מטה ממצבו המנוח (שיווי משקל) על ידי קבוע ידוע כמות. לפיכך ידוע כי משקל של 10 ק"ג משקלו (1 ק"ג) (9.81 מ / ש2) = 98.1 N, וניתן לתייג את מד הכוח בהתאם לעיקרון זה.
שימו לב שכדי למתוח קפיץ או כל חפץ אלסטי כפול מהמרחק שהוא כבר נמתח, יש להפעיל את הכוח פעמיים וכן הלאה, כפי שמכתיב חוק הוק. במציאות, שום חומר אינו אלסטי לחלוטין, וכל הקפיצים מתפרקים, על ידי "התבלות" או שבירה טראומטית בלחץ או מאמץ מספיק.