Ви, без сумніву, чули слово "сила", яке вживається різними способами, більшість з них або погано визначені ("силове поле", "сила магнітного поля") або не пов'язане з фізичною наукою ("силова гра", "боротьба сила. ")
Сила у фізиці - це все, що діє, щоб пришвидшити щось із масою. Існує ряд рівнянь, що відносять силу до інших величин, таких як робота, тиск та енергія, але найосновнішим єF = ma, де зазначено, що масмвідчуває прискоренняапри впливі чистої силиF, діючи у визначеному напрямку із заданою величиною.
Оскільки знання конкретних значень сил є важливим у машинобудуванні та інших галузях світу, інструменти для точного визначення сили легко отримати.
Одиниці сили
Одиницею сили SI (метрична) є ньютон (N), тоді як одиницями виміру маси та прискорення SI є кілограми (кг) та метри в секунду в квадраті (м / с2). Таким чином N є похідною одиницею, і це переводиться на кг м / с2.
Оскільки будь-яке гравітаційне поле має тенденцію прискорювати всі маси в межах своєї зони досяжності, результатом є те, що люди називають вагою у повсякденному вираженні. Таким чином, побутовий або оздоровчий клуб є ваговим вимірювачем сили, бо поки він є
дисплеїВаша маса в кілограмах (або Ваша еквівалентна вага у фунтах) це насправдізаходівВаша вага в результаті сили тяжіння на Землі дорівнює 9,81 м / с2.Закон Гука
Більшість вимірювачів сили, з якими ви, мабуть, зіткнетеся, користуються принципом, який називається законом Гука, названим на честь Роберта Гука, чия робота в 1600-х роках охоплювали фізику, хімію, біологію та практично всі інші сфери досліджень у цей стрімкий науковий час прогрес.
Закон передбачає, що сила, необхідна для розтягування пружного матеріалу (наприклад, пружини) на дану відстань, пропорційна відстані, яку пружина розтягується від точки її рівноваги:
Негативний знак означає, що силавиступаєрозтяг, рівний за величиною, але точно протилежний за відстанню.
Застосування закону Гука крім вимірювача сили
Закон Гука застосовувався в усіх галузях техніки та будівництва, які ви можете назвати або навіть уявити. У перші дні годинників пружини були важливими для забезпечення точної роботи, оскільки хронометраж у 17-18 століттях ще не був питанням синхронізації GPS.
Закон Гука застосовувався при виготовленні манометрів (манометрів), обладнання у світі акустики та сейсмічності, а з розвитком XXI століття - і в галузі нанотехнологій. Але його корисність у простому вимірювачі сили - це, мабуть, найпростіший спосіб пояснити це навіть сьогодні.
Вимірювач сили: Весняний вимірник
Закон Гука можна застосувати до пружини на горизонтальній поверхні, так що сила, яка діє на об'єкт під дією сили тяжіння, врівноважується висхідною силою поверхні (нормальною силою). Якщо сила, необхідна для розтягування пружини 1,5 м, дорівнює 300 Н, можна розрахуватиkв законі Гука,пружинна константа:
F = -kx \ передбачає 300 \ text {N} = k (1,5 \ text {m}) \ має на увазі k = 200 \ text {N / m}
Aсиломірзамість цього є вертикальною конструкцією, і вона має пружину, яка відкалібрована таким чином, щоб на неї впливала маса Гравітація Землі перемістить пружину вниз із положення спокою (рівноваги) за відомим, фіксованим сума. Таким чином, як відомо, маса 10 кг має вагу (1 кг) (9,81 м / с2) = 98,1 Н, і вимірювач сили може бути позначений відповідно до цього принципу.
Зверніть увагу, що для того, щоб розтягнути пружину або будь-який еластичний предмет удвічі більше, ніж він вже був розтягнутий, необхідно прикласти подвійну силу тощо, як це передбачено законом Гука. Насправді жоден матеріал не є ідеально еластичним, і всі пружини руйнуються, або "зношуючись", або травмуючись при достатньому напруженні або деформації.