Du har utan tvekan hört ordet "kraft" som används på alla möjliga sätt, de flesta av dem antingen illa definierade ("kraftfält", "kraft från ett magnetfält") eller inte relaterat till fysikalisk vetenskap ("kraftspel", "strid tvinga.")
En kraft i fysik är allt som verkar för att påskynda något med massa. Det finns ett antal ekvationer som relaterar kraft till andra kvantiteter, såsom arbete, tryck och energi, men det mest grundläggande ärF = ma, som säger att en massamupplever en accelerationanär den utsätts för en nettokraftF, agerar i en specificerad riktning med en specificerad storlek.
Eftersom kunskap om de specifika värdena för krafter är väsentlig i teknik och andra industrier världen över, är instrument för att exakt bestämma kraft lätt att få.
Enheter av kraft
SI (metrisk) kraftenhet är newton (N), medan SI-enheterna för massa och acceleration är kilogram (kg) och meter per sekund i kvadrat (m / s2). Således är N en härledd enhet och den översätts till kg m / s2.
Eftersom alla gravitationsfält tenderar att påskynda alla massor inom räckhåll, är resultatet vad människor kallar vikt i vardagen. Således är ett hushåll eller hälsoklubba en slags mätare, för medan den är
visasdin massa i kg (eller din motsvarande vikt i pund) faktisktåtgärderdin vikt som ett resultat av gravitationen, på jorden lika med 9,81 m / s2.Hookes lag
De flesta kraftmätare du sannolikt kommer att stöta på utnyttjar en princip som kallas Hookes lag, uppkallad efter Robert Hooke, vars arbete på 1600-talet spände fysik, kemi, biologi och praktiskt taget alla andra utredningsområden under denna snabba vetenskapliga tid framsteg.
Lagen säger att den kraft som krävs för att sträcka ett elastiskt material (såsom en fjäder) ett givet avstånd är proportionellt mot det avstånd som fjädern sträcks från dess jämviktspunkt:
Det negativa tecknet antyder att kraftenmotsätter sigsträckan, som är lika stor men exakt motsatt i avståndet.
Tillämpningar av Hookes lag förutom kraftmätaren
Hookes lag har tillämpats inom alla teknik- och konstruktionsfält som du kan namnge eller till och med föreställa dig. Under de tidiga dagarna av klocktillverkningen var fjädrar viktiga för att säkerställa en exakt funktion, eftersom tidtagning på 1600- och 1700-talen ännu inte var en fråga om GPS-synkronisering.
Hookes lag har åberopats vid tillverkning av manometrar (tryckmätare), utrustning i världen av akustik och seismicitet, och i takt med att 2000-talet utvecklas, även inom nanoteknik. Men dess användbarhet i en enkel kraftmätare är kanske det enklaste sättet att förklara det även idag.
Force Meter: Spring Meter
Hookes lag kan tillämpas på en fjäder på en horisontell yta, så att den kraft som utövas på objektet genom tyngdkraften balanseras av ytans uppåtgående kraft (den normala kraften). Om den kraft som krävs för att sträcka fjädern 1,5 m är 300 N kan du beräknaki Hookes lag,vårkonstant:
F = -kx \ innebär 300 \ text {N} = k (1,5 \ text {m}) \ innebär k = 200 \ text {N / m}
Akraftmätareär istället en vertikal konstruktion, och den har en fjäder som är kalibrerad så att en massa utsätts för Jordens tyngdkraft kommer att flytta fjädern nedåt från vilopositionen (jämvikt) med en känd, fixerad belopp. Således är en massa av 10 kg känd för att ha en vikt av (1 kg) (9,81 m / s2) = 98,1 N och kraftmätaren kan märkas i enlighet med denna princip.
Observera att för att sträcka ut en fjäder eller något elastiskt föremål två gånger det avstånd som det redan har sträckts måste två gånger kraften appliceras och så vidare, som dikteras av Hookes lag. I själva verket är inget material helt elastiskt och alla fjädrar bryts ner, antingen genom att "slita ut" eller bryta traumatiskt under tillräcklig stress eller belastning.
