Fordítóegység fordítása - - - ton-force (metrikus) tc • népszerű egységváltók
Általános információk
A fizikában az erőt olyan jelenségként definiálják, amely megváltoztatja a test mozgását. Ez lehet mind az egész testnek, mind annak részei mozgása, például a deformáció során. Ha például egy kő felemelésére, majd felszabadítására, akkor csökken, mert vonzza a gravitációt a földre. Ez az erő megváltoztatta a kő mozgását - egy nyugodt állapotból, amely gyorsulást váltott. Leesik, a kő a földre húzza a füvet. Itt az erő, amelyet a kő súlyának neveznek, megváltoztatta a fű mozgását és alakját.
Az erő egy vektor, azaz van iránya. Ha több erõ egyszerre jár el a testen, egyensúlyban lehet, ha vektorösszegük nulla. Ebben az esetben a test nyugalmi állapotban van. Az előző példában szereplő kő valószínűleg az ütközés után felborul a talajon, de végül megáll. Ebben a pillanatban a gravitációs erő le fogja húzni, és a rugalmasság ereje ellenkezőleg felfelé tolja. E két erő vektorösszege nulla, így a kő egyensúlyban van és nem mozog.
Az SI rendszerben az erőt Newtonban mérik. Az egyik újton olyan erők vektorösszege, amely egy másodpercenként egy kilogramm sebességgel változtatja a testsebességet egy méterrel.
egyensúly
Archimédész volt az első, aki tanulmányozta az erőket. Érdekelték az erőknek a világegyetemben lévő testekre és anyagokra kifejtett hatását, és ehhez a kölcsönhatáshoz modellt épített. Archimédész úgy gondolta, hogy ha a testen ható erők vektorösszege nulla, akkor a test nyugalmi állapotban van. Később bebizonyosodott, hogy ez nem teljesen így van, és hogy az egyensúlyi állapotban lévő testek állandó ütemben mozoghatnak.
A fő erők a természetben
Erők vezetik a testeket, vagy kényszerítik őket arra, hogy a helyükön maradjanak. A természetben négy fő erő létezik: a gravitáció, az elektromágneses kölcsönhatás, az erős és gyenge kölcsönhatás. Alapvető kölcsönhatásokként is ismertek. Minden más erõ ezen kölcsönhatások származéka. Erős és gyenge kölcsönhatások befolyásolják a mikrokozmosz testét, míg a gravitációs és az elektromágneses interakciók nagy távolságokon hatnak.
Erős kölcsönhatás
A legintenzívebb kölcsönhatások erős nukleáris kölcsönhatás. A kvarkok közötti kapcsolat, amely neutronokat, protonokat és azokból álló részecskéket képez, pontosan az erős kölcsönhatás miatt keletkezik. A gluonok mozgását, a strukturálatlan elemi részecskéket erős kölcsönhatás okozza, és a mozgásnak köszönhetően a kvarkoknak továbbítódik. Erős kölcsönhatás nélkül nem számít.
Elektromágneses kölcsönhatás
Transzformátorok a pólusokon Kyotóban, Japánban
Az elektromágneses interakció a második legnagyobb. Olyan részecskék között fordul elő, amelyek ellentétes töltéssel rendelkeznek, és amelyek kölcsönösen vonzódnak egymáshoz, valamint azonos töltésű részecskék között. Ha mindkét részecskének pozitív vagy negatív töltése van, akkor taszítják. Az ebben az esetben előforduló részecskék mozgása a villamos energia, egy fizikai jelenség, amelyet minden nap a mindennapi életben és a mérnöki munkában használunk.
Kémiai reakciók, fény, elektromosság, a molekulák, atomok és elektronok kölcsönhatása - mindezek a jelenségek az elektromágneses kölcsönhatásnak köszönhetők. Az elektromágneses erők megakadályozzák az egyik szilárd testnek a másikba való behatolását, mivel egy test elektronja taszítja a másik test elektronjait. Kezdetben azt hitték, hogy az elektromos és mágneses hatások két különböző erőt jelentenek, de később a tudósok felfedezték, hogy ez egyfajta azonos interakció. Az elektromágneses interakció egyszerűen látható egy egyszerű kísérlet segítségével: vegye le a gyapjú pulóvert a fején, vagy dörzsölje a haját egy gyapjú ruhával. A legtöbb testnek van egy semleges töltése, de ha egy felületet dörzsölnek a másikkal szemben, megváltoztathatja a felületek töltését. Ebben az esetben az elektronok a két felület között mozognak, és vonzzák az elektronokat az ellenkező töltéshez. Ha több elektron van a felületen, a teljes felületi töltés is változik. Haj, "állva a végén", amikor egy férfi eltávolít egy pulóvert - egy példa erre a jelenségre. A haj felületén lévő elektronok jobban vonzódnak a pulóver felületének atomjaihoz, mint a pulóver felszínén lévő elektronok, amelyeket a haj felszínén lévő atomok vonzanak. Ennek eredményeképpen az elektronok újraelosztása vezet, ami olyan erő megjelenéséhez vezet, amely vonzza a szőrzetet a pulóverhez. Ebben az esetben a haj és egyéb feltöltött tárgyak nemcsak a szemben lévő, hanem a semleges töltettel is vonzódnak.
Gyenge interakció
Gravitációs kölcsönhatás
Csillogó ég az Ontario-tó felett. Mississauga, Kanada
A leggyengébb interakció gravitációs. Meghatározza a csillagászati tárgyak helyét az univerzumban, az erőket és az árat okozza, és ennek következtében az elhagyott testek a földre esnek. A gravitációs kölcsönhatás, amelyet gravitációnak is neveznek, vonzza a testeket egymáshoz. Minél nagyobb a test tömege, annál erősebb ez az erő. A tudósok úgy vélik, hogy ez az erő, valamint egyéb kölcsönhatások a részecskék, gravitonok mozgásából származnak, de eddig nem találtak ilyen részecskéket. A csillagászati tárgyak mozgása attól függ, hogy a vonzás erőssége, és a mozgás pályája meghatározható-e a csillagászati tárgyak tömegének ismeretében. Az ilyen számításokon keresztül a tudósok felfedezték Neptunust még mielőtt látták ezt a bolygót távcsövön. A pályája mozgás Uránusz nem magyarázható a gravitációs kölcsönhatás között időpontjában ismert a bolygók és a csillagok, ezért a tudósok úgy vélik, hogy a mozgás befolyásolja a gravitációs erő egy ismeretlen bolygón, amelyet később bebizonyosodott.
A relativitáselmélet szerint a vonzalom ereje megváltoztatja a tér-idő kontinuumot - a négydimenziós téridőt. Az elmélet szerint a tér a vonzás ereje által hajlik, és ez a görbület nagyobb a nagyobb tömegű testeken. Ez általában nagyobb testek, például bolygók közelében észrevehető. Ezt a hajlítást kísérletileg bizonyították.
A vonzás ereje gyorsítja a testeket, amelyek más testek felé repülnek, például a Földre esnek. A gyorsítás megtalálható a Newton második törvényének segítségével, így ismert bolygókról, amelyek tömege is ismert. Például a földre eső testek másodpercenként 9,8 méteres gyorsulást tesznek ki.
Ebb és áramlás
A vonzás erő hatásának példája az ebb és az áramlás. Felmerülnek a Hold, a Nap és a Föld vonzerejének kölcsönhatásai miatt. A szilárd anyagoktól eltérően a víz könnyen megváltoztathatja az alakját, amikor erőt fejt ki. Ezért a Hold és a Nap vonzereje vonzóbbá teszi a vizet, mint a Föld felszínét. Az ilyen erők által okozott vízmozgás követi a Hold és a Nap mozgását a Földhöz képest. Ez az áradás és az áramlás, és a felmerülő erők az árapályerő. Mivel a Hold közelebb van a Földhöz, az árapályok inkább a Holdon, mint a Napon függenek. Amikor a Nap és a Hold dagályzó erői egyaránt irányulnak, megjelenik a legnagyobb dagály, az úgynevezett syzygy. A legkisebb dagály, amikor az árapály-generáló erők különböző irányokban hatnak, a kvadratúra.
Az árapályok gyakorisága függ a víz tömegének földrajzi elhelyezkedésétől. A vonzó erők a Hold és a Nap vonzza nem csak a víz, hanem maga a Föld, de néhol árapály fordul elő, amikor a föld és a víz állítják az egyik irányba, és amikor a vonzás lép fel az ellentétes irányba. Ebben az esetben az árapály naponta kétszer fordul elő. Más helyeken ez naponta egyszer megtörténik. Az árapályok a parton, az óceáni dagályokon és a Hold és a Nap helyén, valamint a vonzerejük kölcsönhatásán múlik. Néhány helyen az árapályok néhány év alatt előfordulnak. Attól függően, hogy a szerkezet a part és a mélységben az óceán, az árapály befolyásolhatja az áramlás a vihar, a változás irányát és erősségét a szél és a légköri nyomás változása. Egyes helyeken egy speciális órát használnak a következő dagály vagy hullám meghatározására. Miután ezeket egy helyen állította be, új helyre kell őket állítani. Az ilyen órák nem mindenütt működnek, mert egyes helyeken nem lehet pontos előrejelzést adni a következő rohanásnak.
A víz mozgásának erejét az árapályok során az ember az ősidők óta energiaforrásként használja. Az árapály-energián dolgozók olyan víztározóból állnak, amelybe a víz a nagy dagály alatt folyik, és kis dagályban szabadul fel. A víz mozgási energiája meghajtja a malomkereket, és a felhasznált energiát a munka elvégzéséhez használják, például a darált lisztet. Számos probléma merül fel ezzel a rendszerrel, például környezetvédelemmel, de ennek ellenére az árapály ígéretes, megbízható és megújuló energiaforrás.
Más erők
Az alapvető kölcsönhatások elmélete szerint minden más erõ a négy alapvetõ kölcsönhatás származéka.
A normál támogatási reakció ereje
A támasz normál reakciójának erőssége az a tény, hogy a testet a külső terhelés ellen ellensúlyozza. A test felszínére merőleges, és a felületen ható erő ellen irányul. Ha a szervezet nem feküdt a felszínen egy másik szerv, a normál erő a második test támogatás vektor erők összege, amellyel az első test megnyomja a második. Ha a felület függőleges a Föld felszínéhez, akkor a támasz normál reakciójának ereje a Föld gravitációs erejével ellentétes irányú, és nagyságrendileg egyenlő. Ebben az esetben a vektor erő nulla, a test nyugalmi állapotban vagy állandó sebességgel mozog. Ha ez a felület van dőlése a talajhoz képest, és az összes többi erők az első test egyensúlyban van, akkor a vektor összege a gravitáció és a reakció erő irányítja le a támogatást, és az első test mentén csúszik a második felület.
A széles gumiabroncsok jobb súrlódást biztosítanak
Súrlódási erő
A súrlódás ereje a test felszínével párhuzamosan működik, és ellentétes a mozgásával. Ez akkor fordul elő, ha egy test egy másik felületén mozog, amikor érintkezésbe kerülnek a felületük (súrlódás vagy gördülés). A súrlódási erő ugyancsak két álló test között áll fenn, ha az egyik a másik ferde felületén fekszik. Ebben az esetben a pihenés súrlódási ereje. Ezt az erőt széles körben használják a gépészetben és a mindennapi életben, például kerékpárok vezetésénél. A kerekek felülete kölcsönhatásba kerül az úttal és a súrlódási erő megakadályozza a kerekek elmozdulását az út mentén. Hogy növeljék a súrlódási kopás a kerék gumiabroncs és gumik jégre tesszük áramkör, hogy tovább növelje a súrlódást. Ezért súrlódás nélkül nincs motoros szállítás. A gumiabroncsok és az út közötti súrlódás biztosítja a normál vezetést. Gördülő súrlódási erő kisebb, mint a száraz csúszó súrlódás, így az utóbbi akkor használható, ha a fékezés, amely lehetővé teszi, hogy állítsa le az autót gyorsan. Bizonyos esetekben éppen ellenkezőleg, a súrlódás beavatkozik, mert ennek következtében dörzsölő felületeket hord. Ezért folyadékkal eltávolítják vagy minimalizálják, mivel a folyékony súrlódás sokkal gyengébb, mint a száraz súrlódás. Ezért a mechanikus alkatrészeket, például a kerékpárláncot gyakran olajjal kenjük.
Érdekes tények az erősségről
Az erők deformálhatják a szilárd anyagokat, valamint megváltoztathatják a folyadékok és gázok térfogatát és a nyomásukat. Ez akkor fordul elő, ha az erő hatása egyenetlenül oszlik meg a szervezetben vagy az anyagban. Ha egy eléggé nagy erő egy nehéz testre hat, akkor egy nagyon kis golyóra tömörítheti. Ha a labda mérete kisebb, mint egy bizonyos sugár, akkor a test fekete lyukvá válik. Ez a sugár a test tömegétől függ és Schwarzschild sugárnak nevezik. A labda mérete olyan kicsi, hogy a test tömegéhez képest szinte nulla. A fekete lyukak tömege egy olyan jelentéktelen kis helyre koncentrálódik, hogy hatalmas vonzási erővel rendelkeznek, amely vonzza a testeket és anyagokat egy bizonyos sugarú körön belül egy fekete lyukból. Még a fényt is egy fekete lyuk vonzza, és nem tükröződik benne, így a fekete lyukak valóban fekete színűek - és ennek megfelelően hívják őket. A tudósok úgy vélik, hogy a nagy csillagok az élet végére fekete lyukakká válnak és nőnek, és a környező tárgyakat egy bizonyos sugárban elnyelik.