Bez wątpienia słyszałeś słowo „siła” używane na różne sposoby, większość z nich albo źle zdefiniowana („pole siłowe”, „siła pola magnetycznego”) lub niezwiązane z naukami fizycznymi („gra sił”, „walki siła.")
Siła w fizyce to wszystko, co działa w celu przyspieszenia czegoś z masą. Istnieje wiele równań odnoszących siłę do innych wielkości, takich jak praca, ciśnienie i energia, ale najbardziej podstawowe to:F = ma, który stwierdza, że masamidoświadcza przyspieszeniazapod wpływem siły nettofa, działając w określonym kierunku o określonej wielkości.
Ponieważ znajomość konkretnych wartości sił jest niezbędna w inżynierii i innych gałęziach przemysłu na całym świecie, instrumenty do precyzyjnego określania siły są łatwe do uzyskania.
Jednostki siły
Jednostką siły w układzie SI (metryczną) jest niuton (N), natomiast jednostkami masy i przyspieszenia w układzie SI są kilogramy (kg) i metry na sekundę do kwadratu (m/s).2). Zatem N jest jednostką pochodną i przekłada się na kg m/s2.
Ponieważ każde pole grawitacyjne ma tendencję do przyspieszania wszystkich mas w jego zasięgu, rezultatem jest to, co ludzie nazywają wagą na co dzień. Tak więc waga domowa lub klubowa jest swego rodzaju miernikiem siły, ponieważ podczas gdy
wyświetlaczeTwoja masa w kilogramach (lub ekwiwalent wagi w funtach) to faktycznieśrodkiTwoja waga w wyniku grawitacji, na Ziemi równa 9,81 m/s2.Prawo Hooke'a
Większość mierników siły, z którymi możesz się spotkać, korzysta z zasady zwanej prawem Hooke'a, nazwanej na cześć Roberta Hooke'a, którego praca w XVII wieku obejmował fizykę, chemię, biologię i praktycznie wszystkie inne dziedziny badań w tym szybkim okresie nauki postęp.
Prawo mówi, że siła potrzebna do rozciągnięcia materiału sprężystego (np. sprężyny) na określoną odległość jest proporcjonalna do odległości, na jaką sprężyna jest rozciągana od punktu równowagi:
Znak ujemny oznacza, że siłasprzeciwia sięrozciągnięcie, równe co do wielkości, ale dokładnie przeciwne w odległości.
Zastosowania prawa Hooke'a oprócz miernika siły
Prawo Hooke'a zostało zastosowane w każdej dziedzinie inżynierii i budownictwa, jaką możesz nazwać lub nawet sobie wyobrazić. W początkach zegarmistrzostwa sprężyny były niezbędne do zapewnienia precyzyjnego działania, ponieważ w XVII i XVIII wieku pomiar czasu nie był jeszcze kwestią synchronizacji GPS.
Prawo Hooke'a zostało przywołane przy tworzeniu manometrów (manometrów), urządzeń w świecie akustyki i sejsmiczności, a wraz z postępem XXI wieku również w zastosowaniach nanotechnologii. Ale jego użyteczność w prostym mierniku siły jest prawdopodobnie najłatwiejszym sposobem wyjaśnienia tego nawet dzisiaj.
Miernik siły: miernik sprężyny
Prawo Hooke'a można zastosować do sprężyny na poziomej powierzchni, tak że siła wywierana na przedmiot przez grawitację jest równoważona przez siłę działającą w górę powierzchni (siła normalna). Jeśli siła potrzebna do rozciągnięcia sprężyny o 1,5 m wynosi 300 N, można obliczyćkw prawie Hooke'astała sprężyny:
F=-kx\implikuje 300\text{ N}=k (1.5\text{ m})\implikuje k = 200\text{N/m}
ZAmiernik siłyjest zamiast tego konstrukcją pionową i ma sprężynę skalibrowaną w taki sposób, że masa poddana Ziemska grawitacja przesunie sprężynę w dół z jej pozycji spoczynkowej (równowagi) o znany, ustalony ilość. Zatem wiadomo, że masa 10 kg ma masę (1 kg) (9,81 m/s2) = 98,1 N, a siłomierz można oznakować zgodnie z tą zasadą.
Zauważ, że aby rozciągnąć sprężynę lub dowolny sprężysty przedmiot dwukrotnie na odległość, na którą została już rozciągnięta, należy przyłożyć podwójną siłę i tak dalej, zgodnie z prawem Hooke'a. W rzeczywistości żaden materiał nie jest idealnie elastyczny, a wszystkie sprężyny psują się w wyniku „zużycia” lub urazowego zerwania pod wpływem wystarczającego naprężenia lub obciążenia.