Brez dvoma ste že slišali besedo "sila", ki se uporablja na vse mogoče načine, večina jih je bodisi slabo definiranih ("polje sile", "sila magnetnega polja") ali ni povezano s fizikalno znanostjo ("igra sile", "boj" sila. ")
Sila v fiziki je vse, kar nekaj pospeši z maso. Obstaja več enačb, ki povezujejo silo z drugimi količinami, kot so delo, tlak in energija, vendar je najbolj osnovnaF = ma, ki navaja, da je mašamdoživlja pospešekakadar je izpostavljen čisti siliF, ki deluje v določeni smeri z določeno velikostjo.
Ker je poznavanje specifičnih vrednosti sil bistvenega pomena v inženirstvu in drugih panogah po vsem svetu, je enostavno dobiti instrumente za natančno določanje sile.
Enote sile
Enota sile SI (metrična) je newton (N), enote mase in pospeška SI pa so kilogrami (kg) in metri na sekundo na kvadrat (m / s2). Tako je N izpeljana enota in pomeni kg m / s2.
Ker katero koli gravitacijsko polje ponavadi pospeši vse mase, ki jih doseže, je rezultat, kot ga ljudje vsak dan imenujemo teža. Tako je tehtnica gospodinjstev ali zdravstvenih klubov neke vrste merilnik sile, ker čeprav je
prikaževaša masa v kilogramih (ali enakovredna teža v kilogramih) je dejanskoukrepovvaša teža zaradi gravitacije na Zemlji enaka 9,81 m / s2.Hookov zakon
Večina merilnikov sile, s katerimi se boste verjetno srečali, izkorišča načelo, imenovano Hookov zakon, poimenovano po Robertu Hookeju, katerega delo v 1600-ih letih so v tem hitrem znanstvenem obdobju zajemali fiziko, kemijo, biologijo in tako rekoč vsa druga raziskovalna področja napredek.
Zakon določa, da je sila, potrebna za raztezanje elastičnega materiala (kot je vzmet) na določeno razdaljo, sorazmerna z razdaljo, ki jo vzmet raztegne od ravnotežne točke:
Negativni znak pomeni, da je silanasprotujeraztežaj, ki je enak po velikosti, a ravno nasprotno po razdalji.
Uporabe Hookejevega zakona poleg merilnika sile
Hookov zakon se uporablja na vseh področjih inženiringa in gradbeništva, ki jih lahko poimenujete ali si celo predstavljate. V zgodnjih dneh izdelave ure so bile vzmeti bistvene za natančno delovanje, saj merjenje časa v 17. in 18. stoletju še ni bilo le vprašanje sinhronizacije GPS.
Hookeov zakon se je skliceval pri izdelavi manometrov (manometrov), opreme v svetu akustike in potresnosti, z napredovanjem 21. stoletja pa tudi v aplikacijah nanotehnologije. Toda njegovo uporabnost v preprostem merilniku sile je morda najlažje razložiti še danes.
Merilnik sile: vzmetni merilnik
Hookeov zakon lahko uporabimo za vzmet na vodoravni površini, tako da sila, ki jo na predmet deluje gravitacijsko, uravnoteži sila navzgor površine (normalna sila). Če je sila, potrebna za raztezanje vzmeti 1,5 m, 300 N, lahko izračunatekv Hookejevem zakonuvzmetna konstanta:
F = -kx \ implicira 300 \ text {N} = k (1,5 \ text {m}) \ implicira k = 200 \ text {N / m}
Amerilnik sileje namesto tega navpična konstrukcija in ima vzmet, ki je umerjena tako, da je masa izpostavljena Zemeljska gravitacija bo pomaknila pomlad navzdol iz mirujočega (ravnotežnega) položaja z znanim, fiksnim položajem znesek. Tako je znano, da ima masa 10 kg težo (1 kg) (9,81 m / s2) = 98,1 N, merilnik sile pa je lahko označen v skladu s tem načelom.
Upoštevajte, da je treba vzmet ali kateri koli elastičen predmet raztegniti dvakrat več, kot je že bil raztegnjen, dvakrat več sile in tako naprej, kot narekuje Hookov zakon. V resnici noben material ni popolnoma elastičen in vse vzmeti se pokvarijo bodisi tako, da se »obrabijo« ali travmatično zlomijo pod zadostnim stresom ali obremenitvijo.