Kata "kekuatan" mencakup segalanya sehingga memberikan konsep yang jelas adalah tugas yang hampir mustahil. Variasi dari kekuatan otot hingga kekuatan pikiran tidak mencakup seluruh konsep yang diinvestasikan di dalamnya. Gaya, dianggap sebagai kuantitas fisik, memiliki arti dan definisi yang jelas. Rumus gaya mendefinisikan model matematika: ketergantungan gaya pada parameter utama.
Sejarah penelitian gaya mencakup definisi ketergantungan pada parameter dan bukti eksperimental ketergantungan.
Kekuatan dalam fisika
Kekuatan adalah ukuran interaksi tubuh. Aksi timbal balik benda satu sama lain sepenuhnya menggambarkan proses yang terkait dengan perubahan kecepatan atau deformasi benda.
Sebagai besaran fisika, gaya memiliki satuan pengukuran (dalam sistem SI - Newton) dan alat untuk mengukurnya - dinamometer. Prinsip pengoperasian pengukur gaya didasarkan pada perbandingan gaya yang bekerja pada benda dengan gaya gaya pegas dinamometer.
Sebuah gaya 1 newton dianggap sebagai gaya di mana sebuah benda bermassa 1 kg mengubah kecepatannya sebesar 1 m dalam 1 detik.
Gaya sebagai besaran vektor didefinisikan:
- arah tindakan;
- titik aplikasi;
- modul, mutlakukuran.
Deskripsi interaksi, pastikan untuk menunjukkan parameter ini.
Jenis interaksi alami: gravitasi, elektromagnetik, kuat, lemah. Gaya gravitasi (gaya gravitasi universal dengan variasinya - gaya gravitasi) ada karena pengaruh medan gravitasi yang mengelilingi benda apa pun yang memiliki massa. Studi tentang medan gravitasi belum selesai sejauh ini. Sumber kolom belum dapat ditemukan.
Rentang gaya yang lebih besar muncul dari interaksi elektromagnetik atom-atom penyusun materi.
Gaya tekanan
Saat sebuah benda berinteraksi dengan Bumi, benda tersebut memberikan tekanan pada permukaannya. Gaya tekanan, yang rumusnya adalah: P=mg, ditentukan oleh massa tubuh (m). Percepatan gravitasi (g) memiliki nilai yang berbeda pada garis lintang Bumi yang berbeda.
Gaya tekanan vertikal sama dalam nilai absolut dan berlawanan arah dengan gaya elastisitas yang timbul pada tumpuan. Rumus gaya berubah tergantung pada gerakan tubuh.
Perubahan berat badan
Tindakan suatu benda pada suatu tumpuan akibat interaksi dengan Bumi sering disebut sebagai berat benda. Menariknya, jumlah berat badan tergantung pada percepatan gerakan dalam arah vertikal. Dalam kasus ketika arah percepatan berlawanan dengan percepatan jatuh bebas, peningkatan berat diamati. Jika percepatan benda bertepatan dengan arah jatuh bebas, maka berat benda berkurang. Misalnya, saat berada di lift yang sedang naik, pada awal pendakian, seseorang merasakan peningkatan berat badan untuk sementara waktu. Nyatakan bahwa massanyaberubah, tidak. Pada saat yang sama, kami memisahkan konsep "berat badan" dan "massanya".
Gaya elastis
Saat mengubah bentuk benda (deformasinya), muncul gaya yang cenderung mengembalikan benda ke bentuk semula. Gaya ini diberi nama “gaya elastis”. Itu muncul karena interaksi listrik dari partikel-partikel yang membentuk tubuh.
Mari kita pertimbangkan deformasi paling sederhana: tarik dan tekan. Ketegangan disertai dengan peningkatan dimensi linier tubuh, sedangkan kompresi disertai dengan penurunannya. Nilai yang mencirikan proses ini disebut pemanjangan tubuh. Mari kita tunjukkan dengan "x". Rumus gaya elastis berhubungan langsung dengan perpanjangan. Setiap benda yang mengalami deformasi memiliki parameter geometris dan fisiknya sendiri. Ketergantungan ketahanan elastis terhadap deformasi pada sifat-sifat benda dan bahan dari mana benda itu dibuat ditentukan oleh koefisien elastisitas, sebut saja kekakuan (k).
Model matematika interaksi elastis dijelaskan oleh hukum Hooke.
Gaya yang timbul dari deformasi tubuh diarahkan terhadap arah perpindahan masing-masing bagian tubuh, berbanding lurus dengan perpanjangannya:
- Fy=-kx (notasi vektor).
Tanda "-" menunjukkan arah deformasi dan gaya yang berlawanan.
Tidak ada tanda negatif dalam bentuk skalar. Gaya elastis, yang rumusnya memiliki bentuk berikut Fy=kx, hanya digunakan untuk deformasi elastis.
Interaksi medan magnet dengan arus
Pengaruhmedan magnet ke arus searah dijelaskan oleh hukum Ampere. Dalam hal ini, gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet pada konduktor pembawa arus yang ditempatkan di dalamnya disebut gaya Ampre.
Interaksi medan magnet dengan muatan listrik yang bergerak menyebabkan manifestasi gaya. Gaya Ampere, yang rumusnya adalah F=IBlsinα, bergantung pada induksi magnet medan (B), panjang bagian aktif penghantar (l), kuat arus (I) dalam penghantar dan sudut antara arah arus dan induksi magnet.
Karena ketergantungan terakhir, dapat dikatakan bahwa vektor medan magnet dapat berubah ketika konduktor diputar atau arah arus berubah. Aturan tangan kiri memungkinkan Anda untuk mengatur arah tindakan. Jika tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga vektor induksi magnet memasuki telapak tangan, empat jari diarahkan sepanjang arus dalam penghantar, maka ibu jari yang ditekuk 90° akan menunjukkan arah medan magnet.
Penggunaan efek ini oleh manusia telah ditemukan, misalnya, pada motor listrik. Rotasi rotor disebabkan oleh medan magnet yang diciptakan oleh elektromagnet yang kuat. Formula gaya memungkinkan Anda untuk menilai kemungkinan mengubah tenaga mesin. Dengan peningkatan arus atau kekuatan medan, torsi meningkat, menghasilkan peningkatan daya motor.
Lintasan partikel
Interaksi medan magnet dengan muatan banyak digunakan dalam spektrograf massa dalam studi partikel elementer.
Tindakan medan dalam hal ini menyebabkan munculnya gaya yang disebutkekuatan Lorentz. Ketika partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan tertentu memasuki medan magnet, gaya Lorentz, yang rumusnya berbentuk F=vBqsinα, menyebabkan partikel bergerak melingkar.
Dalam model matematika ini, v adalah modulus kecepatan partikel yang muatan listriknya q, B adalah induksi magnet medan, adalah sudut antara arah kecepatan dan induksi magnet.
Partikel bergerak dalam lingkaran (atau busur lingkaran), karena gaya dan kecepatan diarahkan pada sudut 90° satu sama lain. Mengubah arah kecepatan linier menyebabkan munculnya percepatan.
Aturan tangan kiri, yang dibahas di atas, juga berlaku ketika mempelajari gaya Lorentz: jika tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga vektor induksi magnet memasuki telapak tangan, empat jari yang direntangkan dalam satu garis diarahkan sepanjang kecepatan partikel bermuatan positif, maka ibu jari yang ditekuk 90° menunjukkan arah gaya.
Masalah Plasma
Interaksi medan magnet dan materi digunakan dalam siklotron. Masalah yang terkait dengan studi laboratorium plasma tidak memungkinkan untuk disimpan dalam wadah tertutup. Gas yang sangat terionisasi hanya bisa ada pada suhu tinggi. Plasma dapat disimpan di satu tempat di ruang angkasa melalui medan magnet, memutar gas dalam bentuk cincin. Reaksi termonuklir terkendali juga dapat dipelajari dengan memutar plasma bersuhu tinggi menjadi filamen menggunakan medan magnet.
Contoh aksi medan magnetin vivo pada gas terionisasi - Aurora Borealis. Tontonan megah ini diamati di luar Lingkaran Arktik pada ketinggian 100 km di atas permukaan bumi. Cahaya gas berwarna-warni yang misterius hanya bisa dijelaskan pada abad ke-20. Medan magnet bumi di dekat kutub tidak dapat mencegah angin matahari menembus atmosfer. Radiasi paling aktif yang diarahkan sepanjang garis induksi magnetik menyebabkan ionisasi atmosfer.
Fenomena yang terkait dengan pergerakan muatan
Secara historis, besaran utama yang mencirikan aliran arus dalam penghantar disebut kekuatan arus. Menariknya, konsep ini tidak ada hubungannya dengan gaya dalam fisika. Kuat arus, yang rumusnya meliputi muatan yang mengalir per satuan waktu melalui penampang konduktor, adalah:
I=q/t, di mana t adalah waktu aliran muatan q
Faktanya, kekuatan saat ini adalah jumlah muatan. Satuan pengukurannya adalah Ampere (A), tidak seperti N.
Menentukan kerja suatu gaya
Tindakan paksa pada suatu zat disertai dengan kinerja pekerjaan. Kerja suatu gaya adalah besaran fisis yang secara numerik sama dengan hasil kali gaya dan perpindahan yang dilakukan di bawah aksinya, dan kosinus sudut antara arah gaya dan perpindahan.
Kerja gaya yang diinginkan, rumusnya adalah A=Fscosα, termasuk besar gaya.
Tindakan tubuh disertai dengan perubahan kecepatan tubuh atau deformasi, yang menunjukkan perubahan energi secara simultan. Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya bergantung padanilai.
