Nepochybne ste počuli slovo „sila“, ktoré sa používalo rôznymi spôsobmi, väčšinou buď nesprávne („silové pole“, „sila magnetického poľa“) alebo nesúvisiace s fyzikálnymi vedami („silová hra“, „boj platnosť. “)
Silou vo fyzike je všetko, čo pôsobí na urýchlenie niečoho pomocou hmoty. Existuje množstvo rovníc týkajúcich sa sily s inými veličinami, ako je práca, tlak a energia, ale najzákladnejšie súF = ma, v ktorom sa uvádza, že omšamzažíva zrýchlenieapri pôsobení čistej silyF, pôsobiaci určeným smerom so stanovenou veľkosťou.
Pretože znalosť špecifických hodnôt síl je nevyhnutná v strojárstve a ďalších priemyselných odvetviach po celom svete, je možné ľahko získať prístroje na presné určenie sily.
Silové jednotky
SI (metrická) jednotka sily je newton (N), zatiaľ čo SI jednotky hmotnosti a zrýchlenia sú kilogramy (kg) a metre za sekundu na druhú (m / s)2). N je teda odvodená jednotka a prekladá sa do kg m / s2.
Pretože akékoľvek gravitačné pole má tendenciu urýchľovať všetky hmoty v jeho dosahu, výsledkom je to, čo ľudia v každodennom vyjadrení nazývajú váhou. Takže váha pre domácnosť alebo klub zdravia je silovým meradlom, pretože zatiaľ čo ona
displejevaša hmotnosť v kilogramoch (alebo ekvivalentná hmotnosť v librách) to skutočne jeOpatreniavaša váha v dôsledku gravitácie, na Zemi rovná 9,81 m / s2.Hookeov zákon
Väčšina silomerov, s ktorými sa pravdepodobne stretnete, využíva princíp nazývaný Hookeov zákon, pomenovaný po Robertovi Hookeovi, ktorého dielo v 16. storočí zahŕňal fyziku, chémiu, biológiu a prakticky všetky ďalšie oblasti skúmania počas tejto doby rýchleho vedeckého výskumu pokrok.
Zákon hovorí, že sila potrebná na natiahnutie elastického materiálu (napríklad pružiny) v danej vzdialenosti je úmerná vzdialenosti, ktorú pružina natiahne od svojho rovnovážneho bodu:
Záporné znamenie znamená, že silaoponujeúsek, ktorý je rovnako veľký, ale presne opačný, pokiaľ ide o vzdialenosť.
Aplikácie Hookovho zákona okrem merača sily
Hookeov zákon bol aplikovaný v každej oblasti strojárstva a staviteľstva, ktorú si môžete pomenovať alebo dokonca predstaviť. V počiatkoch výroby hodín boli pružiny nevyhnutné na zabezpečenie presnej funkcie, pretože časomiera v 17. a 18. storočí ešte nebola synchronizáciou GPS.
Na Hookov zákon sa odvolával pri výrobe manometrov (tlakomerov), zariadení vo svete akustika a seizmicita a s pokrokom 21. storočia aj v nanotechnologických aplikáciách. Ale jeho užitočnosť v jednoduchom merači sily je možno najjednoduchší spôsob, ako to dnes vysvetliť.
Force Meter: Pružinový meter
Hookov zákon je možné aplikovať na pružinu na vodorovnom povrchu tak, že sila vyvíjaná na predmet gravitáciou je vyvážená silou smerom nahor (normálna sila). Ak je sila potrebná na natiahnutie pružiny 1,5 m 300 N, môžete vypočítaťkv Hookeovom zákonejarná konštanta:
F = -kx \ znamená 300 \ text {N} = k (1,5 \ text {m}) \ znamená k = 200 \ text {N / m}
Amerač silyje naopak zvislá konštrukcia a má pružinu kalibrovanú tak, aby na ňu pôsobila hmota Gravitácia Zeme posunie pružinu smerom nadol z jej pokojovej (rovnovážnej) polohy o známe, pevné čiastka. Je známe, že hmotnosť 10 kg má hmotnosť (1 kg) (9,81 m / s)2) = 98,1 N a merač sily možno označiť v súlade s týmto princípom.
Upozorňujeme, že na roztiahnutie pružiny alebo iného elastického predmetu na dvojnásobok vzdialenosti, ktorá už bola natiahnutá, je potrebné vyvinúť dvojnásobnú silu a tak ďalej, ako to vyžaduje Hookeov zákon. V skutočnosti nie je žiadny materiál dokonale elastický a všetky pružiny sa rozpadajú, a to buď „opotrebovaním“, alebo traumatizovaním pri dostatočnom namáhaní alebo namáhaní.