نیروی کشسان فنر. قانون هوک به شکل ریاضی

دستورالعمل ها

یک دینامومتر به بدنه وصل کنید و آن را بکشید و بدنه را تغییر شکل دهید. نیرویی که دینامومتر نشان می دهد از نظر بزرگی برابر با نیروی کشسانی است که بر جسم وارد می شود. ضریب سختی را با استفاده از هوک بدست آورید که می گوید نیروی الاستیک با ازدیاد طول آن نسبت مستقیم دارد و در جهت مخالف تغییر شکل هدایت می شود. ضریب سختی را با تقسیم مقدار نیروی F بر کشیدگی جسم x که با خط کش یا نوار k=F/x اندازه گیری می شود، محاسبه کنید. برای یافتن کشیدگی جسم تغییر شکل یافته، طول جسم تغییر شکل یافته را از طول اولیه آن کم کنید. ضریب سختی بر حسب N/m.

اگر دینامومتر ندارید، باری با جرم شناخته شده را از بدنه قابل تغییر شکل آویزان کنید. مطمئن شوید که بدن به صورت ارتجاعی تغییر شکل می دهد و فرو نمی ریزد. در این حالت وزن بار برابر با نیروی کشسانی خواهد بود که بر بدنه وارد می شود که ضریب سختی آن را باید پیدا کرد، برای مثال، . ضریب سختی را با تقسیم حاصل ضرب جرم m و شتاب محاسبه کنید سقوط آزاد g≈9.81 m/s² برای ازدیاد طول بدن x، k=m g/x. ازدیاد طول را با استفاده از روش پیشنهادی در روش قبلی اندازه گیری کنید.

مثال. زیر بار 3 کیلوگرمی، فنر 20 سانتی متری 26 سانتی متر می شود، آن را تعیین کنید. ابتدا پسوند فنری را در پیدا کنید. برای انجام این کار، از طول فنر دراز، طول آن را در حالت عادی x=26-20=6 cm=0.06 متر با استفاده از فرمول مناسب k=m g/x=3 9.81/0.06≈500 محاسبه کنید. N /m

و حالا چند نکته برای کاهش سفتی آبدر شما ، مقطر یا خالص را اضافه کنید آب باران، از گیاهان خاص مانند elodea و hornwort استفاده کنید. علاوه بر این، آب را می توان منجمد یا خوب جوشاند. در حالت اول، آن را در یک حوض کم ریخته و در معرض سرما قرار می دهند. به محض یخ زدن تا نصف ظرف، یخ شکسته شده و پس از ذوب شدن، استفاده می شود. در مرحله دوم، آب را در یک کاسه لعابی به مدت یک ساعت می جوشانند، پس از آن اجازه می دهند سرد شود و دو سوم از "بالا" استفاده می شود. آب.

ویدیو در مورد موضوع

در نتیجه تغییر شکل بدن فیزیکیهمیشه نیرویی وجود دارد که با آن مقابله می کند و سعی می کند بدن را به موقعیت اولیه خود بازگرداند. این را تعریف کنید زور خاصیت ارتجاعیدر ساده ترین حالت طبق قانون هوک امکان پذیر است.

دستورالعمل ها

قدرت خاصیت ارتجاعی، بر روی یک جسم تغییر شکل یافته عمل می کند و در نتیجه برهم کنش الکترومغناطیسی بین اتم های آن ایجاد می شود. وجود دارد انواع مختلفتغییر شکل ها: / کشش، برش، خم شدن. تحت تأثیر نیروهای خارجی، قسمت های مختلف بدن به طور متفاوتی حرکت می کنند، از این رو اعوجاج و نیرو خاصیت ارتجاعی، که به سمت حالت قبلی هدایت می شود.

تغییر شکل کششی/فشاری توسط جهت یک نیروی خارجی در امتداد محور یک جسم. این می تواند یک میله، یک فنر یا بدنه دیگری باشد که شکل بلندی دارد. هنگامی که اعوجاج، مقطع تغییر می کند، و نیرو خاصیت ارتجاعیمتناسب با جابجایی متقابل ذرات بدن است: Fcontrol = -k ∆x.

این قانون هوک نامیده می شود، اما همیشه اعمال نمی شود، بلکه فقط برای مقادیر نسبتا کوچک Δx اعمال می شود. مقدار k سختی نامیده می شود و بر حسب N/m بیان می شود. این ضریب بستگی دارد منبع موادبدنه و همچنین شکل و اندازه آن متناسب با سطح مقطع است.

در هنگام تغییر شکل برشی، حجم بدنه تغییر نمی کند، اما لایه های آن نسبت به یکدیگر تغییر می کنند. قدرت خاصیت ارتجاعیبرابر حاصلضرب ضریب خاصیت ارتجاعیبا تغییری که مستقیماً به آن وابسته است مقطعجسم، با زاویه بین محور و مماس که در جهت آن نیروی خارجی وارد می شود: Fcontrol = D α.

نیروهای الاستیک و تغییر شکل ها

تعریف 1

نیرویی که در اثر تغییر شکل جسم ایجاد می شود و تمایل دارد آن را به حالت اولیه بازگرداند، نیروی کشسانی نامیده می شود.

همه بدن ها دنیای مادیدر معرض انواع مختلف تغییر شکل هستند. تغییر شکل ها به دلیل حرکت و در نتیجه تغییر در موقعیت ذرات بدن نسبت به یکدیگر ایجاد می شود. با توجه به درجه برگشت پذیری می توان تشخیص داد:

• تغییر شکل های الاستیک یا برگشت پذیر؛
• تغییر شکل های پلاستیکی (باقیمانده) یا برگشت ناپذیر.

در مواردی که جسمی با اتمام عمل نیروهای منجر به تغییر شکل، پارامترهای اولیه خود را بازیابی می کند، تغییر شکل را الاستیک می نامند.

شایان ذکر است که در هنگام تغییر شکل الاستیک، تأثیر نیروی خارجی بر بدن از حد الاستیک تجاوز نمی کند. بنابراین، نیروهای الاستیک تأثیر خارجی بر بدن را جبران می کند.

در غیر این صورت، تغییر شکل پلاستیکی یا باقیمانده است. بدنی که تحت تأثیر این طبیعت قرار می گیرد، اندازه و شکل اصلی خود را باز نمی گرداند.

نیروهای الاستیک ناشی از اجسام قادر به متعادل کردن کامل نیروهای ایجاد کننده تغییر شکل پلاستیک نیستند.

به طور کلی، تعدادی از تغییر شکل های ساده متمایز می شوند:

• کشش (فشرده سازی)؛
• خم شدن؛
• جابجایی
• پیچ خوردگی

به عنوان یک قاعده، تغییر شکل ها اغلب ترکیبی از چندین نوع ضربه ارائه شده است که امکان کاهش همه تغییر شکل ها را به دو نوع رایج یعنی کشش و برش می دهد.

ویژگی های نیروهای الاستیک

مدول نیروی ارتجاعی وارد بر واحد سطح یک کمیت فیزیکی به نام تنش (مکانیکی) است.

تنش مکانیکی بسته به جهت اعمال نیرو می تواند به صورت زیر باشد:

• نرمال (هدایت عادی به سطح، $σ$)؛
• مماس (مماس هدایت شده به سطح، $τ$).

تبصره 1

درجه تغییر شکل با یک اندازه گیری کمی مشخص می شود - تغییر شکل نسبی.

بنابراین، برای مثال، تغییر نسبی در طول میله را می توان با فرمول توصیف کرد:

$ε=\frac(\Delta l)(l)$,

و نسبی کشش طولی(فشرده سازی):

$ε’=\frac(\Delta d)(d)$، که در آن:

$l$ طول و $d$ قطر میله است.

تغییر شکل های $ε$ و $ε’$ به طور همزمان رخ می دهند و دارند نشانه های مخالفبا توجه به اینکه در هنگام کشش، تغییر طول بدن مثبت و تغییر قطر منفی است. در موارد فشردگی بدن، علائم به عکس تغییر می کند. رابطه آنها با فرمول شرح داده شده است:

در اینجا $μ$ نسبت پواسون است، بسته به خواص ماده.

قانون هوک

نیروهای الاستیک طبق ماهیت خود الکترومغناطیسی هستند، نه نیروهای اساسی، و بنابراین، آنها با فرمول های تقریبی توصیف می شوند.

بنابراین، به طور تجربی ثابت شده است که برای تغییر شکل های کوچک، ازدیاد طول نسبی و تنش متناسب هستند، یا

در اینجا $E$ ضریب تناسب است که مدول یانگ نیز نامیده می شود. مقداری می گیرد که در آن ازدیاد طول نسبی برابر با وحدت است. مدول یانگ بر حسب نیوتن بر حسب اندازه گیری می شود متر مربع(پاسکال).

طبق قانون هوک، کشیدگی میله در هنگام تغییر شکل الاستیک متناسب با نیروی وارد بر میله است یا:

$F=\frac(ES)(l)\Delta l=k\Delta l$

مقدار $k$ ضریب کشش نامیده می شود.

تغییر شکل جامداتتوسط قانون هوک فقط تا حد تناسب توصیف می شود. با افزایش تنش، تغییر شکل خطی بودن متوقف می شود، اما تا رسیدن به حد الاستیک، تغییر شکل های باقیمانده رخ نمی دهد. بنابراین، قانون هوک منحصراً برای تغییر شکل های الاستیک معتبر است.

تغییر شکل های پلاستیکی

با افزایش بیشتر نیروهای عامل، تغییر شکل های باقیمانده رخ می دهد.

تعریف 2

معنی استرس مکانیکی، که در آن تغییر شکل باقیمانده قابل توجه رخ می دهد، تنش تسلیم ($στ$) نامیده می شود.

علاوه بر این، درجه تغییر شکل بدون افزایش تنش افزایش می‌یابد تا زمانی که بدنه از بین می‌رود، به استحکام نهایی ($ρ$) برسد. اگر به صورت گرافیکی بازگشت جسم را به حالت اولیه به تصویر بکشیم، ناحیه بین نقاط $στ$ و $σρ$ را منطقه تسلیم (ناحیه تغییر شکل پلاستیک) می نامند. بسته به اندازه این ناحیه، همه مواد به دو دسته ویسکوز که سطح تسلیم آن قابل توجه است و شکننده که سطح تسلیم در آن حداقل است، تقسیم می شوند.

توجه داشته باشید که قبلاً تأثیر نیروهای اعمال شده در جهت نرمال به سطح را در نظر گرفتیم. اگر نیروهای خارجیبه صورت مماس اعمال شد، تغییر شکل برشی رخ می دهد. در این حالت، یک تنش مماسی در هر نقطه از بدن ایجاد می شود که توسط مدول نیرو در واحد سطح تعیین می شود، یا:

$τ=\frac(F)(S)$.

تغییر نسبی به نوبه خود با استفاده از فرمول قابل محاسبه است:

$γ=\frac(1)(G)τ$، که $G$ مدول برشی است.

مدول برشی مقدار تنش مماسی را می گیرد که در آن مقدار برشی برابر با واحد است. $G$ به همان روش ولتاژ، در پاسکال اندازه گیری می شود.

قانون هوک در قرن هفدهم توسط رابرت هوک انگلیسی کشف شد. این کشف در مورد کشش فنر یکی از قوانین نظریه ارتجاعی است و نقش مهمی در علم و فناوری دارد.

تعریف و فرمول قانون هوک

فرمول این قانون به این صورت است: نیروی کشسانی که در لحظه تغییر شکل جسم ظاهر می‌شود، متناسب با کشیدگی جسم است و بر خلاف حرکت ذرات این جسم نسبت به سایر ذرات در هنگام تغییر شکل جهت می‌گیرد.

نماد ریاضی قانون به شکل زیر است:

برنج. 1. فرمول قانون هوک

کجا فوپر- بر این اساس، نیروی الاستیک، x- کشیدگی بدن (فاصله ای که طول اولیه بدن تغییر می کند) و ک- ضریب تناسب که به آن سختی بدن گفته می شود. نیرو بر حسب نیوتن و ازدیاد طول جسم بر حسب متر اندازه گیری می شود.

برای آشکار کردن معنای فیزیکی سختی، باید واحدی را که در آن کشیدگی اندازه‌گیری می‌شود - 1 متر - در فرمول قانون هوک جایگزین کنید، زیرا قبلاً عبارتی برای k به دست آورده‌اید.

برنج. 2. فرمول سفتی بدن

این فرمول نشان می دهد که سفتی یک جسم از نظر عددی برابر با نیروی کشسانی است که در جسم (فنار) ایجاد می شود که به اندازه 1 متر تغییر شکل می دهد که بدن از آن ساخته شده است.

نیروی الاستیک

اکنون که می دانیم چه فرمولی قانون هوک را بیان می کند، لازم است ارزش اساسی آن را درک کنیم. مقدار اصلی نیروی الاستیک است. در لحظه خاصی ظاهر می شود که بدن شروع به تغییر شکل می کند، به عنوان مثال، هنگامی که یک فنر فشرده یا کشیده می شود. ارسال می شود به سمت معکوساز جاذبه هنگامی که نیروی کشسان و نیروی گرانش وارد بر جسم برابر می شوند، تکیه گاه و بدن متوقف می شوند.

تغییر شکل یک تغییر برگشت ناپذیر است که در اندازه بدن و شکل آن رخ می دهد. آنها با حرکت ذرات نسبت به یکدیگر مرتبط هستند. اگر شخصی بنشیند صندلی راحتی، سپس صندلی تغییر شکل می دهد، یعنی ویژگی های آن تغییر می کند. اتفاق می افتد انواع مختلف: خمش، کشش، فشار، برش، پیچش.

از آنجایی که نیروی الاستیک در منشأ با نیروهای الکترومغناطیسی مرتبط است، باید بدانید که به دلیل این واقعیت است که مولکول ها و اتم ها - کوچکترین ذرات تشکیل دهنده همه اجسام - یکدیگر را جذب و دفع می کنند. اگر فاصله بین ذرات بسیار کم باشد، آنگاه تحت تأثیر نیروی دافعه قرار می گیرند. اگر این فاصله زیاد شود، نیروی جاذبه بر آنها اثر می گذارد. بنابراین، تفاوت بین نیروهای جاذبه و دافعه خود را در نیروهای کشسان نشان می دهد.

نیروی الاستیک شامل نیروی واکنش زمین و وزن بدن است. قدرت واکنش مورد توجه خاص است. این نیرویی است که وقتی جسم روی هر سطحی قرار می گیرد بر آن تأثیر می گذارد. اگر جسم معلق باشد، نیروی وارد بر آن را نیروی کششی نخ می نامند.

ویژگی های نیروهای الاستیک

همانطور که قبلاً فهمیدیم، نیروی الاستیک در هنگام تغییر شکل ایجاد می شود و هدف آن بازیابی اشکال و اندازه های اصلی کاملاً عمود بر سطح تغییر شکل یافته است. نیروهای الاستیک نیز دارای تعدادی ویژگی هستند.

• آنها در هنگام تغییر شکل ایجاد می شوند.
• آنها در دو جسم تغییر شکل پذیر به طور همزمان ظاهر می شوند.
• آنها عمود بر سطحی هستند که بدن نسبت به آن تغییر شکل داده است.
• آنها در جهت مخالف جابجایی ذرات بدن هستند.

اعمال قانون در عمل

قانون هوک هم در دستگاه های فنی و پیشرفته و هم در خود طبیعت کاربرد دارد. به عنوان مثال، نیروهای الاستیک در مکانیسم های ساعت، در کمک فنرها در حمل و نقل، در طناب ها، نوارهای لاستیکی و حتی در استخوان های انسان یافت می شوند. اصل قانون هوک زیربنای دینامومتر است، وسیله ای که برای اندازه گیری نیرو استفاده می شود.

کلمه «نیرو» آنقدر جامع است که دادن مفهومی واضح به آن کار تقریباً غیرممکنی است. تنوع از قدرت عضلانی تا قدرت ذهن، تمام طیف مفاهیم موجود در آن را پوشش نمی دهد. نیرو که به عنوان یک کمیت فیزیکی در نظر گرفته می شود، دارای معنا و تعریف مشخصی است. فرمول نیرو یک مدل ریاضی را مشخص می کند: وابستگی نیرو به پارامترهای اساسی.

تاریخچه مطالعه نیروها شامل تعیین وابستگی به پارامترها و اثبات تجربی وابستگی است.

قدرت در فیزیک

نیرو معیاری برای سنجش تعامل اجسام است. عمل متقابل اجسام بر روی یکدیگر به طور کامل فرآیندهای مرتبط با تغییر در سرعت یا تغییر شکل اجسام را توصیف می کند.

به عنوان یک کمیت فیزیکی، نیرو دارای یک واحد اندازه گیری (در سیستم SI - نیوتن) و یک دستگاه برای اندازه گیری آن - یک دینامومتر است. اصل عملکرد نیروی سنج بر اساس مقایسه نیروی وارد بر بدنه با نیروی کشسان فنر دینامومتر است.

نیروی 1 نیوتن نیرویی است که تحت تأثیر آن جسمی به وزن 1 کیلوگرم در 1 ثانیه سرعت خود را 1 متر تغییر می دهد.

قدرت طبق تعریف:

• جهت عمل؛
• نقطه کاربرد؛
• ماژول، مقدار مطلق

هنگام توصیف تعامل، حتماً این پارامترها را مشخص کنید.

انواع فعل و انفعالات طبیعی: گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی، ضعیف. گرانشی جاذبه جهانیبا تنوع آن - گرانش) به دلیل تأثیر میدان های گرانشی اطراف هر جسمی با جرم وجود دارد. مطالعه میدان های گرانشی هنوز کامل نشده است. هنوز نمی توان منبع میدان را پیدا کرد.

تعداد بیشتری از نیروها به دلیل برهمکنش الکترومغناطیسی اتم های سازنده ماده ایجاد می شود.

نیروی فشار

هنگامی که جسمی با زمین تعامل می کند، بر سطح آن فشار وارد می کند. نیروی آن به شکل: P = mg، با جرم بدن (m) تعیین می شود. شتاب گرانش (g) دارد معانی مختلفدر عرض های جغرافیایی مختلف زمین

نیروی فشار عمودی از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف نیروی الاستیک ناشی از تکیه گاه است. فرمول نیرو بسته به حرکت بدن تغییر می کند.

تغییر در وزن بدن

عمل یک جسم بر روی تکیه گاه به دلیل تعامل با زمین اغلب وزن بدن نامیده می شود. جالب اینجاست که میزان وزن بدن به شتاب حرکت در جهت عمودی بستگی دارد. در حالتی که جهت شتاب بر خلاف شتاب گرانش باشد، افزایش وزن مشاهده می شود. اگر شتاب بدن با جهت سقوط آزاد منطبق باشد، وزن بدن کاهش می یابد. مثلاً با قرار گرفتن در آسانسور صعودی، در ابتدای صعود فرد برای مدتی احساس افزایش وزن می کند. نیازی به گفتن نیست که جرم آن تغییر می کند. در عین حال، مفاهیم "وزن بدن" و "جرم" آن را از هم جدا می کنیم.

نیروی الاستیک

هنگامی که شکل بدن تغییر می کند (تغییر شکل آن)، نیرویی ظاهر می شود که تمایل دارد بدن را به شکل اولیه خود بازگرداند. این نیرو نام "نیروی الاستیک" داده شد. این در نتیجه تعامل الکتریکی ذرات تشکیل دهنده بدن به وجود می آید.

بیایید ساده ترین تغییر شکل را در نظر بگیریم: کشش و فشرده سازی. کشش با افزایش همراه است ابعاد خطیاجسام، فشرده سازی - با کاهش آنها. کمیتی که این فرآیندها را مشخص می کند، ازدیاد طول بدن نامیده می شود. بیایید آن را "x" نشان دهیم. فرمول نیروی الاستیک مستقیماً با ازدیاد طول رابطه دارد. هر جسمی که دچار تغییر شکل می شود، هندسی و شکل خاص خود را دارد پارامترهای فیزیکی. وابستگی مقاومت الاستیک به تغییر شکل به خواص بدنه و ماده ای که از آن ساخته شده است با ضریب کشسانی تعیین می شود، اجازه دهید آن را صلبیت (k) بنامیم.

مدل ریاضی برهمکنش الاستیک توسط قانون هوک توضیح داده شده است.

نیروی ناشی از تغییر شکل بدن بر خلاف جهت جابجایی قسمت‌های جداگانه بدن است و مستقیماً با ازدیاد طول آن متناسب است:

• F y = -kx (در نماد برداری).

علامت "-" جهت مخالف تغییر شکل و نیرو را نشان می دهد.

در شکل اسکالر علامت منفی وجود ندارد. نیروی ارتجاعی که فرمول آن است نمای بعدی F y = kx، فقط برای تغییر شکل های الاستیک استفاده می شود.

برهمکنش میدان مغناطیسی با جریان

نفوذ میدان مغناطیسیبرای جریان مستقیم توضیح داده شده است.

برهمکنش میدان مغناطیسی با باعث تجلی نیرو می شود. نیروی آمپر که فرمول آن F = IBlsinα است به (B)، طول بخش فعال هادی (l)، (I) در هادی و زاویه بین جهت جریان و مغناطیسی بستگی دارد. القاء

به لطف آخرین وابستگی، می توان استدلال کرد که بردار عمل میدان مغناطیسی می تواند با چرخش هادی یا تغییر جهت جریان تغییر کند. قانون دست چپ به شما امکان می دهد جهت عمل را تعیین کنید. اگر دست چپبه گونه ای قرار گرفته است که بردار القای مغناطیسی وارد کف دست شود، چهار انگشت در امتداد جریان در هادی هدایت می شوند، سپس 90 درجه خم می شوند. انگشت شستجهت عمل میدان مغناطیسی را نشان خواهد داد.

بشر برای این اثر کاربردهایی پیدا کرده است، مثلاً در موتورهای الکتریکی. چرخش روتور توسط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنربای الکتریکی قدرتمند. فرمول نیرو به شما امکان می دهد در مورد امکان تغییر قدرت موتور قضاوت کنید. با افزایش قدرت جریان یا میدان گشتاورافزایش می یابد که منجر به افزایش قدرت موتور می شود.

مسیر ذرات

برهمکنش میدان مغناطیسی با بار به طور گسترده در طیف نگارهای جرمی در مطالعه ذرات بنیادی استفاده می شود.

عمل میدان در این حالت باعث پیدایش نیرویی به نام نیروی لورنتس می شود. وقتی یک ذره باردار که با سرعت معینی حرکت می کند وارد میدان مغناطیسی می شود که فرمول آن به شکل F = vBqsinα است، باعث می شود که ذره به صورت دایره ای حرکت کند.

در این مدل ریاضی، v مدول سرعت ذره است، بار الکتریکیکه - q، B - القای میدان مغناطیسی، α - زاویه بین جهت سرعت و القای مغناطیسی.

ذره در یک دایره (یا قوس دایره) حرکت می کند، زیرا نیرو و سرعت با زاویه 90 درجه به یکدیگر هدایت می شوند. تغییر جهت سرعت خطیباعث ایجاد شتاب می شود.

قانون دست چپ، که در بالا مورد بحث قرار گرفت، هنگام مطالعه نیروی لورنتس نیز رخ می دهد: اگر دست چپ به گونه ای قرار گیرد که بردار القای مغناطیسی وارد کف دست شود، چهار انگشت کشیده شده در یک خط در امتداد سرعت یک هدایت می شوند. ذره با بار مثبت، سپس شست 90 درجه خم می شود، جهت نیرو را نشان می دهد.

مشکلات پلاسما

برهمکنش میدان مغناطیسی و ماده در سیکلوترون ها استفاده می شود. مشکلات مربوط به مطالعه آزمایشگاهی پلاسما اجازه نمی دهد که آن را در رگ های بسته نگه دارید. بالا تنها زمانی می تواند وجود داشته باشد که دمای بالا. پلاسما را می توان با استفاده از میدان های مغناطیسی در یک مکان در فضا نگه داشت و گاز را به شکل یک حلقه می چرخاند. موارد کنترل شده را نیز می توان با چرخاندن پلاسمای با دمای بالا در یک بند ناف با استفاده از میدان های مغناطیسی مطالعه کرد.

نمونه ای از عمل میدان مغناطیسی در شرایط طبیعیروی گاز یونیزه - شفق قطبی. این منظره باشکوه در بالای دایره قطب شمال در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح زمین مشاهده می شود. درخشش رنگارنگ اسرارآمیز گاز تنها در قرن بیستم قابل توضیح بود. میدان مغناطیسی زمین در نزدیکی قطب ها نمی تواند مانع نفوذ شود باد خورشیدیبه جو فعال ترین تابش که در امتداد خطوط القای مغناطیسی هدایت می شود، باعث یونیزه شدن جو می شود.

پدیده های مرتبط با حرکت بار

از نظر تاریخی، کمیت اصلی که جریان جریان را در یک هادی مشخص می کند، قدرت جریان نامیده می شود. جالب است که این مفهوم ربطی به نیرو در فیزیک ندارد. قدرت جریان، که فرمول آن شامل باری است که در واحد زمان از سطح مقطع هادی عبور می کند، به شکل زیر است:

• I = q/t، جایی که t زمان جریان بار q است.

در واقع جریان مقدار شارژ است. واحد اندازه گیری آن آمپر (A) در مقابل N است.

تعریف کار نیرو

نیرویی که بر یک ماده وارد می شود با انجام کار همراه است. کار یک نیرو یک کمیت فیزیکی است که از نظر عددی برابر با حاصل ضرب نیرو و جابجایی عبوری از اثر آن و کسینوس زاویه بین جهت نیرو و جابجایی است.

کار نیروی مورد نیاز، که فرمول آن A = FScosα است، شامل بزرگی نیرو است.

عمل یک جسم با تغییر در سرعت بدن یا تغییر شکل همراه است که نشان دهنده تغییرات همزمان انرژی است. کار انجام شده توسط یک نیرو مستقیماً به بزرگی آن بستگی دارد.

قدرتخاصیت ارتجاعی- این قدرت استکه زمانی اتفاق می افتد که بدن تغییر شکل می دهد و به دنبال بازگرداندن شکل و اندازه قبلی بدن است.

نیروی الاستیک در نتیجه برهمکنش الکترومغناطیسی بین مولکول ها و اتم های یک ماده ایجاد می شود.

ساده ترین نسخه تغییر شکل را می توان با استفاده از مثال فشرده سازی و گسترش فنر در نظر گرفت.

در این تصویر (x>0) - تغییر شکل کششی؛ (x< 0) - تغییر شکل فشاری (Fx) - نیروی خارجی

در موردی که تغییر شکل ناچیزترین، یعنی کوچک است، نیروی کشسان در جهتی هدایت می شود که خلاف جهت ذرات متحرک بدن است و متناسب با تغییر شکل بدن است:

Fx = Fcontrol = - kx

این رابطه برای بیان قانون هوک که ایجاد شد استفاده می شود روش تجربی. ضریب ک معمولا سفتی بدن نامیده می شود. سفتی یک جسم بر حسب نیوتن بر متر (N/m) اندازه گیری می شود و به اندازه و شکل بدن و همچنین به موادی که بدن از آن تشکیل شده است بستگی دارد.

در فیزیک، قانون هوک برای تعیین فشار یا تغییر شکل کشش یک جسم به شکل کاملاً متفاوتی نوشته شده است. در در این موردتغییر شکل نسبی نامیده می شود

رابرت هوک

(18.07.1635 - 03.03.1703)

طبیعت شناس انگلیسی، دایره المعارف

نگرش ε = x/l . در عین حال، تنش سطح مقطع بدن پس از تغییر شکل نسبی است:

σ = F / S = -Fcontrol / S

در این مورد، قانون هوک به صورت زیر فرموله می شود: تنش σ متناسب با تغییر شکل نسبی است. ε . در این فرمول ضریب E مدول یانگ نامیده می شود. این ماژول به شکل بدنه و ابعاد آن بستگی ندارد، اما در عین حال مستقیماً به خواص موادی که بدنه از آن تشکیل شده است بستگی دارد. برای مواد مختلفمدول یانگ در محدوده نسبتاً وسیعی در نوسان است. به عنوان مثال، برای لاستیک E ≈ 2·106 نیوتن بر متر مربع، و برای فولاد E ≈ 2·1011 نیوتن بر متر مربع (یعنی پنج مرتبه قدر بیشتر).

تعمیم قانون هوک در مواردی که تغییر شکل های پیچیده تری رخ می دهد کاملاً ممکن است. به عنوان مثال، تغییر شکل خمشی را در نظر بگیرید. بیایید میله ای را در نظر بگیریم که روی دو تکیه گاه قرار دارد و انحراف قابل توجهی دارد.

از طرف تکیه گاه (یا تعلیق)، یک نیروی الاستیک بر روی این بدنه وارد می شود. نیروی واکنش تکیه گاه هنگامی که اجسام در تماس قرار می گیرند کاملاً عمود بر سطح تماس هدایت می شود. این نیرو معمولاً نیروی فشار عادی نامیده می شود.

بیایید گزینه دوم را در نظر بگیریم. روشی که بدن بدون حرکت دراز می کشد جدول افقی. سپس واکنش تکیه گاه نیروی گرانش را متعادل می کند و به صورت عمودی به سمت بالا هدایت می شود. علاوه بر این، وزن بدن نیرویی است که بدن با آن روی میز عمل می کند.