«Իշխանություն» բառն այնքան ընդգրկուն է, որ դրան հստակ հասկացություն տալը գրեթե անհնարին խնդիր է: Մկանային ուժից մինչև մտքի ուժի բազմազանությունը չի ներառում դրա մեջ ներդրված հասկացությունների ամբողջ շրջանակը: Ուժը, որը դիտարկվում է որպես ֆիզիկական մեծություն, ունի հստակ սահմանված իմաստ և սահմանում: Ուժի բանաձևը սահմանում է մաթեմատիկական մոդել՝ ուժի կախվածությունը հիմնական պարամետրերից։
Ուժային հետազոտության պատմությունը ներառում է պարամետրերից կախվածության սահմանումը և կախվածության փորձարարական ապացույցը:
Հզորությունը ֆիզիկայում
Ուժը մարմինների փոխազդեցության չափանիշ է: Մարմինների փոխադարձ ազդեցությունը միմյանց վրա լիովին նկարագրում է գործընթացները, որոնք կապված են մարմինների արագության փոփոխության կամ դեֆորմացիայի հետ:
Որպես ֆիզիկական մեծություն ուժն ունի չափման միավոր (SI համակարգում՝ Նյուտոն) և չափման սարք՝ դինամոմետր։ Ուժաչափի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է մարմնի վրա ազդող ուժը դինամոմետրի զսպանակային ուժի հետ համեմատելու վրա։
1 Նյուտոնի ուժը համարվում է այն ուժը, որով 1 կգ զանգվածով մարմինը փոխում է իր արագությունը 1 մ-ով 1 վայրկյանում:
Ուժը որպես վեկտորային մեծություն սահմանվում է.
- գործողության ուղղություն;
- կիրառման կետ;
- մոդուլ, բացարձակչափս.
Նկարագրելով փոխազդեցությունը, անպայման նշեք այս պարամետրերը:
Բնական փոխազդեցությունների տեսակները՝ գրավիտացիոն, էլեկտրամագնիսական, ուժեղ, թույլ: Գրավիտացիոն ուժերը (համընդհանուր ձգողության ուժն իր բազմազանությամբ՝ ձգողության ուժ) գոյություն ունեն ցանկացած զանգված ունեցող մարմին շրջապատող գրավիտացիոն դաշտերի ազդեցության պատճառով։ Գրավիտացիոն դաշտերի ուսումնասիրությունն առայժմ ավարտված չէ։ Դեռևս հնարավոր չէ գտնել դաշտի աղբյուրը։
Ուժերի ավելի մեծ տիրույթ առաջանում է նյութը կազմող ատոմների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունից:
Ճնշման ուժ
Երբ մարմինը փոխազդում է Երկրի հետ, այն ճնշում է գործադրում մակերեսի վրա: Ճնշման ուժը, որի բանաձևն է՝ P=մգ, որոշվում է մարմնի զանգվածով (մ): Գրավիտացիոն արագացումը (g) ունի տարբեր արժեքներ Երկրի տարբեր լայնություններում:
Ուղղահայաց ճնշման ուժը հավասար է բացարձակ արժեքով և հակառակ ուղղությամբ՝ հենակետում առաջացող առաձգականության ուժին: Ուժի բանաձևը փոխվում է՝ կախված մարմնի շարժումից։
մարմնի քաշի փոփոխություն
Մարմնի ազդեցությունը հենարանի վրա Երկրի հետ փոխազդեցության պատճառով հաճախ կոչվում է որպես մարմնի քաշ: Հետաքրքիր է, որ մարմնի քաշի չափը կախված է ուղղահայաց ուղղությամբ շարժման արագացումից: Այն դեպքում, երբ արագացման ուղղությունը հակառակ է ազատ անկման արագացմանը, նկատվում է քաշի աճ։ Եթե մարմնի արագացումը համընկնում է ազատ անկման ուղղության հետ, ապա մարմնի քաշը նվազում է։ Օրինակ՝ բարձրացող վերելակում, վերելքի սկզբում մարդը որոշ ժամանակ զգում է քաշի ավելացում։ Պնդեք, որ դրա զանգվածըփոխվում է, չի լինում։ Միևնույն ժամանակ առանձնացնում ենք «մարմնի քաշ» և դրա «զանգված» հասկացությունները։.
Առաձգական ուժ
Մարմնի ձևը փոխելիս (նրա դեֆորմացիան) առաջանում է ուժ, որը ձգտում է մարմինը վերադարձնել իր սկզբնական ձևին: Այս ուժին տրվել է «առաձգական ուժ» անվանումը։ Այն առաջանում է մարմինը կազմող մասնիկների էլեկտրական փոխազդեցության շնորհիվ։
Դիտարկենք ամենապարզ դեֆորմացիան՝ լարվածությունը և սեղմումը: Լարվածությունն ուղեկցվում է մարմինների գծային չափերի մեծացմամբ, իսկ սեղմումը ուղեկցվում է դրանց նվազմամբ։ Այս գործընթացները բնութագրող արժեքը կոչվում է մարմնի երկարացում: Նշենք այն «x»-ով։ Առաձգական ուժի բանաձևը ուղղակիորեն կապված է երկարացման հետ: Դեֆորմացիայի ենթարկված յուրաքանչյուր մարմին ունի իր երկրաչափական և ֆիզիկական պարամետրերը: Դեֆորմացիայի առաձգական դիմադրության կախվածությունը մարմնի հատկություններից և այն նյութից, որից այն պատրաստված է, որոշվում է առաձգականության գործակցով, կոչենք կոշտություն (k):
Առաձգական փոխազդեցության մաթեմատիկական մոդելը նկարագրված է Հուկի օրենքով:
Մարմնի դեֆորմացիայից առաջացող ուժն ուղղված է մարմնի առանձին մասերի տեղաշարժի ուղղությանը, ուղիղ համեմատական է դրա երկարացմանը.
- Fy=-kx (վեկտորային նշում).
«-» նշանը ցույց է տալիս դեֆորմացիայի և ուժի հակառակ ուղղությունը:
Սկալյար տեսքով բացասական նշան չկա: Առաձգական ուժը, որի բանաձևն ունի հետևյալ ձևը Fy=kx, օգտագործվում է միայն առաձգական դեֆորմացիաների համար։
մագնիսական դաշտի փոխազդեցությունը հոսանքի հետ
Ազդեցությունմագնիսական դաշտը ուղիղ հոսանքի նկատմամբ նկարագրված է Ամպերի օրենքով։ Այս դեպքում այն ուժը, որով մագնիսական դաշտը գործում է դրանում տեղադրված հոսանք կրող հաղորդիչի վրա, կոչվում է Ամպերի ուժ։
Մագնիսական դաշտի փոխազդեցությունը շարժվող էլեկտրական լիցքի հետ առաջացնում է ուժի դրսևորում։ Ամպերի ուժը, որի բանաձևը F=IBlsinα է, կախված է դաշտի մագնիսական ինդուկցիայից (B), հաղորդիչի ակտիվ մասի երկարությունից (l), հոսանքի ուժից (I) հաղորդիչում և անկյունից։ հոսանքի ուղղության և մագնիսական ինդուկցիայի միջև։
Վերջին կախվածության պատճառով կարելի է պնդել, որ մագնիսական դաշտի վեկտորը կարող է փոխվել, երբ հաղորդիչը պտտվում է կամ հոսանքի ուղղությունը փոխվում է։ Ձախ ձեռքի կանոնը թույլ է տալիս սահմանել գործողության ուղղությունը: Եթե ձախ ձեռքը տեղադրված է այնպես, որ մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը մտնի ափի մեջ, չորս մատները ուղղվում են հաղորդիչի հոսանքի երկայնքով, ապա 90°-ով թեքված բութ մատը ցույց կտա ուղղությունը: մագնիսական դաշտ։
Մարդկության կողմից այս էֆեկտի օգտագործումը հայտնաբերվել է, օրինակ, էլեկտրական շարժիչներում: Ռոտորի պտույտը պայմանավորված է հզոր էլեկտրամագնիսով ստեղծված մագնիսական դաշտով: Ուժի բանաձևը թույլ է տալիս դատել շարժիչի հզորությունը փոխելու հնարավորությունը: Ընթացքի կամ դաշտի ուժգնության աճի դեպքում մեծանում է ոլորող մոմենտը, ինչը հանգեցնում է շարժիչի հզորության ավելացման:
մասնիկների հետագծեր
Մագնիսական դաշտի փոխազդեցությունը լիցքի հետ լայնորեն կիրառվում է զանգվածային սպեկտրոգրաֆներում տարրական մասնիկների ուսումնասիրության ժամանակ:
Դաշտի գործողությունն այս դեպքում առաջացնում է կոչվող ուժի տեսքԼորենցի ուժ. Երբ որոշակի արագությամբ շարժվող լիցքավորված մասնիկը մտնում է մագնիսական դաշտ, Լորենցի ուժը, որի բանաձևն ունի F=vBqsinα ձև, ստիպում է մասնիկը շարժվել շրջանագծով։
Այս մաթեմատիկական մոդելում v-ն մասնիկի արագության մոդուլն է, որի էլեկտրական լիցքը q է, B-ը դաշտի մագնիսական ինդուկցիան է, α-ն անկյունն է արագության և մագնիսական ինդուկցիայի ուղղությունների միջև:
Մասնիկը շարժվում է շրջանով (կամ շրջանագծի աղեղով), քանի որ ուժն ու արագությունը միմյանց նկատմամբ ուղղված են 90° անկյան տակ: Գծային արագության ուղղությունը փոխելը առաջացնում է արագացման տեսք։
Ձախ ձեռքի կանոնը, որը քննարկվել է վերևում, գործում է նաև Լորենցի ուժն ուսումնասիրելիս. եթե ձախ ձեռքը այնպես է տեղադրված, որ մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը մտնի ափի մեջ, գծով ձգված չորս մատները ուղղվում են երկայնքով: դրական լիցքավորված մասնիկի արագությունը, այնուհետև բթամատը թեքված է 90° ցույց է տալիս ուժի ուղղությունը:
Պլազմայի խնդիրներ
Մագնիսական դաշտի և նյութի փոխազդեցությունը օգտագործվում է ցիկլոտրոններում։ Պլազմայի լաբորատոր հետազոտության հետ կապված խնդիրները թույլ չեն տալիս այն պահել փակ անոթներում։ Բարձր իոնացված գազը կարող է գոյություն ունենալ միայն բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Մագնիսական դաշտերի միջոցով պլազման կարելի է պահել տիեզերքում մեկ տեղում՝ ոլորելով գազը օղակի տեսքով։ Վերահսկվող ջերմամիջուկային ռեակցիաները կարող են նաև ուսումնասիրվել՝ մագնիսական դաշտերի միջոցով բարձր ջերմաստիճանի պլազման պտտելով թելքի մեջ։
Մագնիսական դաշտի գործողության օրինակin vivo իոնացված գազի վրա - Aurora Borealis: Այս հոյակապ տեսարանը դիտվում է Արկտիկայի շրջանից այն կողմ՝ երկրի մակերևույթից 100 կմ բարձրության վրա։ Գազի խորհրդավոր գունագեղ փայլը կարելի էր բացատրել միայն 20-րդ դարում: Երկրի մագնիսական դաշտը բևեռների մոտ չի կարող կանխել արևային քամու ներթափանցումը մթնոլորտ։ Մագնիսական ինդուկցիայի գծերով ուղղված ամենաակտիվ ճառագայթումն առաջացնում է մթնոլորտի իոնացում։
Երևույթներ՝ կապված լիցքի շարժման հետ
Պատմականորեն, հիմնական մեծությունը, որը բնութագրում է հոսանքի հոսքը հաղորդիչում, կոչվում է հոսանքի ուժ: Հետաքրքիր է, որ այս հասկացությունը ֆիզիկայի ուժի հետ կապ չունի: Ընթացիկ ուժը, որի բանաձևը ներառում է հաղորդիչի խաչմերուկով մեկ միավոր ժամանակի ընթացքում հոսող լիցքը, հետևյալն է՝
I=q/t, որտեղ t-ը լիցքավորման հոսքի ժամանակն է q:
Իրականում ներկայիս ուժը լիցքի քանակն է: Նրա չափման միավորը Ամպերն է (A), ի տարբերություն N.
Ուժի աշխատանքի որոշում
Բնության վրա ուժի ազդեցությունը ուղեկցվում է աշխատանքի կատարմամբ: Ուժի աշխատանքը ֆիզիկական մեծություն է, որը թվայինորեն հավասար է դրա գործողության տակ անցած ուժի և տեղաշարժի արտադրյալին և ուժի և տեղաշարժի ուղղությունների միջև անկյան կոսինուսին:
Ուժի ցանկալի աշխատանքը, որի բանաձևն է A=FScosα, ներառում է ուժի մեծությունը։
Մարմնի գործողությունն ուղեկցվում է մարմնի արագության փոփոխությամբ կամ դեֆորմացիայով, որը վկայում է էներգիայի միաժամանակյա փոփոխության մասին։ Ուժի կատարած աշխատանքը կախված էարժեքներ.
