Ați auzit, fără îndoială, cuvântul „forță” folosit în tot felul de moduri, majoritatea fie deficitare („câmpul de forță”, „forța unui câmp magnetic”) sau fără legătură cu știința fizică („jocul forței”, „lupta forta.")
O forță în fizică este orice acționează pentru a accelera ceva cu masa. Există o serie de ecuații care raportează forța la alte cantități, cum ar fi munca, presiunea și energia, dar cea mai de bază esteF = ma, care afirmă că o masămexperimentează o accelerareAcând este supus unei forțe neteF, acționând într-o direcție specificată cu o magnitudine specificată.
Deoarece cunoașterea valorilor specifice forțelor este esențială în inginerie și în alte industrii din întreaga lume, instrumentele pentru determinarea precisă a forței sunt ușor de obținut.
Unități de forță
Unitatea de forță SI (metrică) este newtonul (N), în timp ce unitățile SI de masă și accelerație sunt kilograme (kg) și metri pe secundă pătrat (m / s2). Astfel, N este o unitate derivată și se traduce în kg m / s2.
Deoarece orice câmp gravitațional tinde să accelereze toate masele la îndemâna sa, rezultatul este ceea ce oamenii numesc greutate în termeni de zi cu zi. Astfel, o scară de gospodărie sau club de sănătate este un fel de contor de forță, deoarece în timp ce
afișeazămasa dvs. în kilograme (sau greutatea echivalentă în kilograme) este de faptmăsurigreutatea ta ca urmare a gravitației, pe Pământ egală cu 9,81 m / s2.Legea lui Hooke
Majoritatea contoarelor de forță pe care probabil le veți întâlni profită de un principiu numit legea lui Hooke, numit după Robert Hooke, a cărui lucrare în anii 1600 a cuprins fizica, chimia, biologia și practic toate celelalte domenii de cercetare în acest timp de știință rapidă progres.
Legea prevede că forța necesară pentru a întinde un material elastic (cum ar fi un arc) la o anumită distanță este proporțională cu distanța în care arcul este întins de la punctul său de echilibru:
Semnul negativ implică faptul că forțase opuneîntinderea, fiind egală ca mărime, dar exact opusă ca distanță.
Aplicații ale legii lui Hooke pe lângă contorul de forță
Legea lui Hooke a fost aplicată în toate domeniile de inginerie și construcții pe care le puteți numi sau chiar imagina. În primele zile ale fabricării ceasurilor, arcurile erau esențiale pentru a asigura funcționarea precisă, deoarece cronometrarea în secolele XVII și XVIII nu era încă o chestiune de sincronizare GPS.
Legea lui Hooke a fost invocată în fabricarea manometrelor (manometre), echipamente din lumea acustică și seismicitate și, pe măsură ce secolul 21 progresează, și în aplicațiile nanotehnologice. Dar utilitatea sa într-un contor de forță simplu este poate cel mai simplu mod de a-l explica chiar și astăzi.
Contor de forță: Contorul de primăvară
Legea lui Hooke poate fi aplicată unui arc pe o suprafață orizontală, astfel încât forța exercitată asupra obiectului prin gravitație să fie echilibrată de forța ascendentă a suprafeței (forța normală). Dacă forța necesară pentru întinderea arcului de 1,5 m este de 300 N, puteți calculakîn legea lui Hooke,constantă de primăvară:
F = -kx \ implică 300 \ text {N} = k (1,5 \ text {m}) \ implică k = 200 \ text {N / m}
Acontor de forțăeste în schimb o construcție verticală și are un arc care este calibrat astfel încât o masă supusă Gravitația Pământului va mișca arcul în jos din poziția sa de repaus (echilibru) printr-un cunoscut, fix Cantitate. Astfel, se știe că o masă de 10 kg are o greutate de (1 kg) (9,81 m / s2) = 98,1 N, iar contorul de forță poate fi etichetat în conformitate cu acest principiu.
Rețineți că, pentru a întinde un arc sau orice obiect elastic de două ori distanța pe care a fost deja întinsă, trebuie aplicată forța de două ori și așa mai departe, așa cum este dictat de legea lui Hooke. În realitate, niciun material nu este perfect elastic, iar toate arcurile se descompun, fie prin „uzare”, fie prin ruperea traumatică la o solicitare sau o solicitare suficientă.