Вы, несомненно, слышали, что слово «сила» используется всевозможными способами, в большинстве своем неточно определенными. («силовое поле», «сила магнитного поля») или не связанные с физикой («силовая игра», «борьба сила.")
Сила в физике - это все, что ускоряет что-то с массой. Существует ряд уравнений, связывающих силу с другими величинами, такими как работа, давление и энергия, но самое основное из них:F = ma, который утверждает, что массамиспытывает ускорениеапри воздействии чистой силыF, действуя в указанном направлении с указанной величиной.
Поскольку знание конкретных значений сил необходимо в машиностроении и других отраслях промышленности по всему миру, инструменты для точного определения силы легко получить.
Единицы силы
В системе СИ (метрическая) единица силы - это ньютон (Н), а единицы массы и ускорения в системе СИ - килограммы (кг) и метры в секунду в квадрате (м / с.2). Таким образом, N является производной единицей и переводится в кг м / с.2.
Поскольку любое гравитационное поле имеет тенденцию ускорять все массы в пределах его досягаемости, в результате люди в обиходе называют весом. Таким образом, весы для домашнего хозяйства или оздоровительного клуба - это своего рода измеритель силы, потому что в то время как они
отображаетваша масса в килограммах (или ваш эквивалентный вес в фунтах) на самом делемерываш вес в результате действия силы тяжести на Земле равен 9,81 м / с2.Закон Гука
Большинство измерителей силы, с которыми вы, вероятно, столкнетесь, используют принцип, называемый законом Гука, названный в честь Роберта Гука, чья работа в 1600-е годы охватил физику, химию, биологию и практически все другие области исследований в это время быстрого научного прогресс.
Закон гласит, что сила, необходимая для растяжения упругого материала (например, пружины) на заданное расстояние, пропорциональна расстоянию, на которое пружина растягивается от точки равновесия:
Отрицательный знак означает, что силапротивостоитрастяжение, равное по величине, но прямо противоположное по расстоянию.
Применение закона Гука помимо измерителя силы
Закон Гука применялся во всех областях инженерии и строительства, которые вы можете назвать или даже вообразить. На заре создания часов пружины были необходимы для обеспечения точной работы, поскольку хронометраж в 17 и 18 веках еще не был вопросом синхронизации GPS.
Закон Гука использовался при создании манометров (манометров), оборудования в мире акустика и сейсмичность, а по мере развития 21 века и в приложениях нанотехнологий. Но его полезность в простом измерителе силы, пожалуй, самый простой способ объяснить это даже сегодня.
Измеритель силы: измеритель пружины
Закон Гука можно применить к пружине на горизонтальной поверхности, так что сила, действующая на объект под действием силы тяжести, уравновешивается направленной вверх силой поверхности (нормальная сила). Если усилие, необходимое для растяжения пружины 1,5 м, составляет 300 Н, можно рассчитатьkв законе Гукапружинная постоянная:
F = -kx \ подразумевает 300 \ text {N} = k (1.5 \ text {m}) \ подразумевает k = 200 \ text {N / m}
Аизмеритель силывместо этого представляет собой вертикальную конструкцию, и у нее есть пружина, которая откалибрована таким образом, что масса, подверженная воздействию Сила тяжести Земли переместит пружину вниз из ее положения покоя (равновесия) на известное фиксированное положение. количество. Таким образом, известно, что масса 10 кг имеет вес (1 кг) (9,81 м / с).2) = 98,1 Н, и измеритель силы может быть маркирован в соответствии с этим принципом.
Обратите внимание, что для того, чтобы растянуть пружину или любой упругий объект на удвоенное расстояние, на которое он уже был растянут, необходимо приложить удвоенную силу и так далее, как диктуется законом Гука. На самом деле ни один материал не является идеально эластичным, и все пружины ломаются в результате «изнашивания» или травматического разрушения при достаточном напряжении или деформации.