Jūs, bez šaubām, esat dzirdējuši vārdu "spēks", kas tiek izmantots visdažādākajos veidos, no kuriem lielākā daļa ir vai nu slikti definēti ("spēka lauks", "magnētiskā lauka spēks") vai nav saistīts ar fizikas zinātni ("spēka spēle", "cīņa spēks. ")
Fizikas spēks ir jebkas, kas darbojas, lai kaut ko paātrinātu ar masu. Ir vairāki vienādojumi, kas attiecas uz spēku citiem lielumiem, piemēram, darbam, spiedienam un enerģijai, bet pats galvenais irF = ma, kurā teikts, ka masampiedzīvo paātrinājumuakad tiek pakļauts neto spēkamF, kas darbojas noteiktā virzienā ar noteiktu lielumu.
Tā kā inženierzinātnēs un citās rūpniecības nozarēs visā pasaulē ir svarīgi zināt īpašās spēku vērtības, ir viegli iegūt instrumentus, lai precīzi noteiktu spēku.
Spēka vienības
SI (metriskā) spēka vienība ir ņūtons (N), savukārt SI masas un paātrinājuma vienības ir kilogrami (kg) un metri sekundē kvadrātā (m / s)2). Tādējādi N ir atvasināta vienība, un tā ir kg m / s2.
Tā kā jebkuram gravitācijas laukam ir tendence paātrināt visas tā sasniedzamās masas, rezultāts ir tas, ko cilvēki ikdienā sauc par svaru. Tādējādi mājsaimniecības vai veselības kluba skala ir sava veida spēka mērītājs, jo, kamēr tā ir
Huka likums
Lielākā daļa spēka mērītāju, ar kuriem jūs, visticamāk, sastopaties, izmanto principu, ko sauc par Huka likumu, kurš nosaukts Roberta Huka vārdā, kura darbs 1600-tajos gados aptvēra fiziku, ķīmiju, bioloģiju un praktiski visas citas izpētes jomas šajā ātrās zinātniskās izpētes laikā progresu.
Likums nosaka, ka spēks, kas nepieciešams elastīga materiāla (piemēram, atsperes) izstiepšanai noteiktā attālumā, ir proporcionāls tam, cik pavasaris ir izstiepts no līdzsvara punkta:
Negatīvā zīme nozīmē, ka spēksiebilststiept, kas ir vienāds pēc lieluma, bet tieši pretējs attālumā.
Huka likuma pielietojums bez spēka mērītāja
Huka likums ir piemērots visās inženierzinātņu un celtniecības jomās, kuras jūs varat nosaukt vai pat iedomāties. Pulksteņa izgatavošanas sākuma dienās atsperes bija būtiskas, lai nodrošinātu precīzu darbību, jo laika skaitīšana 17. un 18. gadsimtā vēl nebija GPS sinhronizācijas jautājums.
Hooke likums ir ticis izmantots, veidojot manometrus (manometrus), iekārtas pasaulē akustika un seismiskums, un, progresējot 21. gadsimtam, arī nanotehnoloģijās. Bet tā lietderība vienkāršā spēka mērītājā, iespējams, ir vienkāršākais veids, kā to izskaidrot pat šodien.
Spēka mērītājs: pavasara mērītājs
Huka likumu var attiecināt uz atsperi uz horizontālas virsmas tā, ka spēku, ko uz gravitāciju iedarbojas uz objektu, līdzsvaro virsmas augšupejošais spēks (parastais spēks). Ja 1,5 m atsperes izstiepšanai nepieciešamais spēks ir 300 N, varat aprēķinātkHuka likumāpavasara konstante:
F = -kx \ nozīmē 300 \ teksts {N} = k (1,5 \ teksts {m}) \ nozīmē, ka k = 200 \ teksts {N / m}
Aspēka mērītājstā vietā ir vertikāla konstrukcija, un tai ir atsperis, kas ir kalibrēts tā, lai pakļauta masa Zemes gravitācija pārvietos pavasari uz leju no tā atpūtas (līdzsvara) stāvokļa ar zināmu, fiksētu summa. Tādējādi ir zināms, ka 10 kg svara svars ir (1 kg) (9,81 m / s2) = 98,1 N, un spēka mērītāju var marķēt saskaņā ar šo principu.
Ņemiet vērā, ka, lai izstieptu atsperi vai jebkuru elastīgu priekšmetu divreiz lielākā attālumā, nekā tas jau ir izstiepts, jāpieliek divreiz lielāks spēks un tā tālāk, kā to nosaka Huka likums. Patiesībā neviens materiāls nav perfekti elastīgs, un visas atsperes sadalās, vai nu "nolietojoties", vai arī traumatiski saplīstot pie pietiekama stresa vai slodzes.