A palavra "poder" é tão abrangente que dar a ela um conceito claro é uma tarefa quase impossível. A variedade da força muscular à força da mente não cobre toda a gama de conceitos investidos nela. A força, considerada como uma grandeza física, tem um significado e uma definição bem definidos. A fórmula da força define um modelo matemático: a dependência da força nos parâmetros principais.
A história da pesquisa de força inclui a definição de dependência de parâmetros e prova experimental de dependência.
Poder na física
Força é uma medida da interação dos corpos. A ação mútua dos corpos uns sobre os outros descreve completamente os processos associados a uma mudança na velocidade ou deformação dos corpos.
Como quantidade física, a força tem uma unidade de medida (no sistema SI - Newton) e um dispositivo para medi-la - um dinamômetro. O princípio de funcionamento do dinamômetro baseia-se na comparação da força que atua no corpo com a força da força da mola do dinamômetro.
Uma força de 1 newton é considerada a força sob a qual um corpo de massa 1 kg muda sua velocidade em 1 m em 1 segundo.
Força como uma quantidade vetorial é definida:
- direção de ação;
- ponto de aplicação;
- módulo, absolutotamanho.
Descrevendo a interação, certifique-se de indicar esses parâmetros.
Tipos de interações naturais: gravitacional, eletromagnética, forte, fraca. As forças gravitacionais (a força da gravitação universal com sua variedade - a força da gravidade) existem devido à influência dos campos gravitacionais que cercam qualquer corpo que tenha massa. O estudo dos campos gravitacionais ainda não foi concluído. Ainda não é possível encontrar a origem do campo.
Uma gama maior de forças surge da interação eletromagnética dos átomos que compõem a matéria.
Força de pressão
Quando um corpo interage com a Terra, ele exerce pressão sobre a superfície. A força de pressão, cuja fórmula é: P=mg, é determinada pela massa corporal (m). A aceleração gravitacional (g) tem valores diferentes em diferentes latitudes da Terra.
A força de pressão vertical é igual em valor absoluto e oposta em direção à força de elasticidade que surge no suporte. A fórmula da força muda dependendo do movimento do corpo.
Mudança no peso corporal
A ação de um corpo em um suporte devido à interação com a Terra é muitas vezes referida como o peso do corpo. Curiosamente, a quantidade de peso corporal depende da aceleração do movimento na direção vertical. No caso em que a direção da aceleração é oposta à aceleração da queda livre, observa-se um aumento do peso. Se a aceleração do corpo coincide com a direção da queda livre, então o peso do corpo diminui. Por exemplo, enquanto em um elevador ascendente, no início da subida, uma pessoa sente um aumento de peso por um tempo. Afirme que sua massamuda, não. Ao mesmo tempo, separamos os conceitos de "peso corporal" e sua "massa".
Força elástica
Ao mudar a forma de um corpo (sua deformação), aparece uma força que tende a devolver o corpo à sua forma original. Essa força recebeu o nome de "força elástica". Ela surge devido à interação elétrica das partículas que compõem o corpo.
Vamos considerar a deformação mais simples: tração e compressão. A tensão é acompanhada por um aumento nas dimensões lineares dos corpos, enquanto a compressão é acompanhada por sua diminuição. O valor que caracteriza esses processos é chamado de alongamento do corpo. Vamos denotar por "x". A fórmula da força elástica está diretamente relacionada ao alongamento. Cada corpo submetido à deformação tem seus próprios parâmetros geométricos e físicos. A dependência da resistência elástica à deformação das propriedades do corpo e do material de que é feito é determinada pelo coeficiente de elasticidade, vamos chamá-lo de rigidez (k).
O modelo matemático da interação elástica é descrito pela lei de Hooke.
A força decorrente da deformação do corpo é direcionada contra a direção do deslocamento de partes individuais do corpo, é diretamente proporcional ao seu alongamento:
- Fy=-kx (notação vetorial).
O sinal "-" indica a direção oposta de deformação e força.
Não há sinal negativo na forma escalar. A força elástica, cuja fórmula tem a seguinte forma Fy=kx, é usada apenas para deformações elásticas.
Interação do campo magnético com a corrente
Influênciacampo magnético para corrente contínua é descrito pela lei de Ampère. Neste caso, a força com que o campo magnético atua sobre um condutor de corrente colocado nele é chamado de força de Ampère.
A interação de um campo magnético com uma carga elétrica em movimento causa uma manifestação de força. A força Ampere, cuja fórmula é F=IBlsinα, depende da indução magnética do campo (B), do comprimento da parte ativa do condutor (l), da intensidade da corrente (I) no condutor e do ângulo entre a direção da corrente e a indução magnética.
Devido à última dependência, pode-se argumentar que o vetor do campo magnético pode mudar quando o condutor é girado ou a direção da corrente muda. A regra da mão esquerda permite definir a direção da ação. Se a mão esquerda estiver posicionada de forma que o vetor de indução magnética entre na palma, quatro dedos são direcionados ao longo da corrente no condutor, então o polegar dobrado por 90° mostrará a direção do campo magnético.
O uso desse efeito pela humanidade foi encontrado, por exemplo, em motores elétricos. A rotação do rotor é causada por um campo magnético criado por um poderoso eletroímã. A fórmula da força permite avaliar a possibilidade de alterar a potência do motor. Com um aumento na corrente ou força de campo, o torque aumenta, resultando em um aumento na potência do motor.
Trajetórias de partículas
A interação de um campo magnético com uma carga é amplamente utilizada em espectrógrafos de massa no estudo de partículas elementares.
A ação do campo neste caso causa o aparecimento de uma força chamadaForça Lorentz. Quando uma partícula carregada movendo-se a uma certa velocidade entra em um campo magnético, a força de Lorentz, cuja fórmula tem a forma F=vBqsinα, faz com que a partícula se mova em círculo.
Neste modelo matemático, v é o módulo de velocidade de uma partícula cuja carga elétrica é q, B é a indução magnética do campo, α é o ângulo entre as direções da velocidade e a indução magnética.
A partícula se move em um círculo (ou um arco de círculo), pois a força e a velocidade são direcionadas em um ângulo de 90° entre si. Mudar a direção da velocidade linear causa o aparecimento de aceleração.
A regra da mão esquerda, discutida acima, também ocorre ao estudar a força de Lorentz: se a mão esquerda estiver posicionada de modo que o vetor de indução magnética entre na palma, quatro dedos estendidos em uma linha são direcionados ao longo do velocidade de uma partícula carregada positivamente, então o polegar dobrado 90° mostra a direção da força.
Problemas de plasma
A interação do campo magnético e da matéria é usada em ciclotrons. Os problemas associados ao estudo laboratorial do plasma não permitem mantê-lo em recipientes fechados. Um gás altamente ionizado só pode existir em altas temperaturas. O plasma pode ser mantido em um lugar no espaço por meio de campos magnéticos, torcendo o gás na forma de um anel. As reações termonucleares controladas também podem ser estudadas girando plasma de alta temperatura em um filamento usando campos magnéticos.
Um exemplo da ação de um campo magnéticoin vivo em gás ionizado - Aurora Borealis. Este espetáculo majestoso é observado além do Círculo Polar Ártico a uma altitude de 100 km acima da superfície da Terra. O misterioso brilho colorido do gás só poderia ser explicado no século 20. O campo magnético da Terra perto dos pólos não pode impedir que o vento solar penetre na atmosfera. A radiação mais ativa direcionada ao longo das linhas de indução magnética causa a ionização da atmosfera.
Fenômenos associados ao movimento de carga
Historicamente, a principal grandeza que caracteriza o fluxo de corrente em um condutor é chamada de intensidade de corrente. Curiosamente, esse conceito não tem nada a ver com força na física. A intensidade da corrente, cuja fórmula inclui a carga que flui por unidade de tempo através da seção transversal do condutor, é:
I=q/t, onde t é o tempo de fluxo de carga q
Na verdade, a força atual é a quantidade de carga. Sua unidade de medida é Ampere (A), ao contrário de N.
Determinando o trabalho de uma força
A ação da força sobre uma substância é acompanhada pelo desempenho do trabalho. O trabalho de uma força é uma grandeza física numericamente igual ao produto da força pelo deslocamento sofrido sob sua ação, e o cosseno do ângulo entre as direções da força e o deslocamento.
O trabalho desejado da força, cuja fórmula é A=FScosα, inclui a magnitude da força.
A ação do corpo é acompanhada por uma mudança na velocidade do corpo ou deformação, o que indica mudanças simultâneas de energia. O trabalho realizado por uma força dependevalores.
