כוח: מה זה, סוגים, נוסחאות, דוגמאות

כוח הוא הסוכן הדינמי האחראי על שינוי המצב של מנוחה אוֹ תְנוּעָה של גוף. כאשר מופעל כוח על גוף, הוא יכול לפתח a תְאוּצָה, איך חוקי ניוטון, או לעוות. ישנם סוגים שונים של כוח בטבע, כגון כוחכוח משיכה,כוחחשמלי,כוחמַגנֶטִי,כוחגַרעִינִיחָזָק ו חלש,כוחשל חיכוך, כוח צף וכו '

כוחות הם כמויות וקטוריות אשר, אם כן, צריך להיות מוגדר על פי שלך מודול,כיוון ו לָחוּשׁ. המודול של כוח מתייחס לעוצמתו; ה כיוון זה נוגע לכיוונים אליהם מפעילים את הכוחות (אופקי ואנכי, למשל); כל כיוון, בתורו, מציג שניים חושים: חיובי ושלילי, שמאל וימין, למעלה ולמטה וכו '.

ישנם סוגים שונים של כוחות בטבע.

סוגי כוח

לפי מערכת היחידות הבינלאומית, ללא קשר לטבעו, כמות הכוח נמדדת ביחידה של kg.m / s²עם זאת, בדרך כלל אנו משתמשים בגודל ניוטון (N) לייעד יחידה כזו, כמחווה לאחד מגדולי הפיזיקאים בכל הזמנים: אייזק ניוטון. התקנים המשמשים למדידת כוחות נקראים דינמומטרים - קפיצים של קבועים אלסטיים ידועים הנמתחים ככל שמופעל עליהם כוח כלשהו.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

בחלק מספרי הלימוד נהוג להגדיר שני סוגים של חוזק: כוחות למרחק, המכונה גם כוחות שדה,

וכוחות קשר. בקבוצת הכוחות במרחק, נהוג לכלול את כוח המשקל, הכוח המגנטי, כוח המשיכה בין מטענים ואחרים. בקבוצת כוחות המגע משתמשים בדוגמאות כמו דחיפה או משיכה במשהו, הפעלת כוחות מתיחה, חיכוך, בין היתר.

למרות ההגדרה המוצעת, יש להבהיר כי אין כוחות מגע. כל הכוחות בטבע מתעוררים באמצעות אינטראקציה בין שדות שונים, כמו שדה הכבידה והשדה האלקטרומגנטי.

בתמונה אנו יכולים לראות כי, באופן מיקרוסקופי, המשטחים מחוספסים למדי.

גם כשאנחנו נוגעים במשהו, אין מגע בין היד שלנו לאובייקט: בקנה המידה המיקרוסקופי, אטומים אינם נוגעים, מכיוון שכאשר הם קרובים מאוד, האלקטרו-כדוריות שלהם מעוותים, דוחים זה את זה בזכות המטען של האלקטרונים שלהם, שמתרחקים זה מזה בגלל האינטראקציה של שֶׁלְךָ שדות חשמליים ו מַגנֶטִי. יש מעט מקרים בהם גרעיני האטום נוגעים בפועל. מצבים אלה כרוכים גבוה מאודכמיותבאֵנֶרְגִיָה, כאלו שהושגו בניסויים שבוצעו בתוך מאיצי חלקיקים.

תראהגַם:הבן מה קורה כאשר חלקיקים מתנגשים במהירות קרובה לזו של האור

בואו נראה אילו סוגי כוחות קיימים בטבע. מהכוחות המתוארים להלן, כל התופעות הפיזיקליות הידועות עולות. בדוק מה הם והתכונות העיקריות שלהם:

• כוח כבידה: מוכר גם בשם משקל כוח, הוא סוג הכוח שגורם לשני גופים שיש להם מסה למשוך זה את זה. כוח המשקל אחראי לשמור אותנו קשורים לכדור הארץ וגם למסלול כל כוכבי הלכת סביב השמש.
• כוח חשמלי: אחראי על משיכת או דחיית מטענים חשמליים. קשרים כימיים, למשל, קורים רק בגלל ההבדל במטען בין אטומים. הכוח החשמלי יכול לגרום לאלקטרונים הנמצאים ב מנצחים לנוע בכיוון מסוים, מה שמוליד זרמים חשמליים, אשר בתורם יכולים לשמש להפעלה מעגלים חשמליים.
• כוח מגנטי: פועל על עומסים נעים. סוג זה של כוח גורם למגנטים למשוך או להדוף זה את זה, תלוי בקוטביות השדה המגנטי. ה כוח מגנטי הוא גם גורם למחטים ממוגנטות קטנות לכוון את עצמן לפי כיוון השדה המגנטי של כדור הארץ.
• כוח גרעיני חזק וחלש: אחראים לשמירה על שלמות גרעיני האטומים. הכוח הגרעיני החזק שומר על משיכת הפרוטונים, למרות שמטענים שלהם דוחים זה את זה. הכוח הגרעיני החלש, מצדו, מחזיק את הקווארקים יחד, ומוליד פרוטונים ונויטרונים, למשל.

כוחות כמו גרירה,חיכוך,דוחף,משיכות,פיתולים,כוחותאֵלַסטִי ואחרים, המתוארים בדרך כלל כ כוחותמֵכָנִיקָה, הם, למעשה, ביטויים מקרוסקופיים של יחסי גומלין שהם לרוב חשמליים.

תראהגַם:פיזיקה קוונטית: ענף בפיזיקה החוקר תופעות קטנות ממדיות

הכוחות והחוקים של ניוטון

מושג הכוח יכול להיות מעורפל במקצת אם אין ביטויים המסוגלים להגדיר אותו בצורה קוהרנטית. חוקי ניוטון הם מכלול החוקים המגדירים מהם הכוחות ומה ההתנהגות.

על פי החוק הראשון של ניוטון החוק של אִינֶרצִיָה, אם שום כוח לא פועל על גוף, או אם הכוחות הפועלים על גוף מבטלים זה את זה, גוף זה יכול להיות במנוחה או בתנועה ישרה ואחידה.

בנוסף לחוק הראשון של ניוטון, עקרון בסיסי של דינמיקה, ידוע כ החוק השני של ניוטון, קובע כי הכוח הנקי על גוף שווה למסה של אותו גוף מוכפל בתאוצה שמייצר הכוח הנקי. יתר על כן, התאוצה הנרכשת חייבת להיות תמיד באותו כיוון ובאותו כיוון כתוצאה מכוחות.

ה החוק השלישי של ניוטון, ידוע כ חוק פעולה ותגובה, קובע שכוחות מתעוררים תמיד בזוגות. אם גוף A מפעיל כוח על גוף B, גוף B מייצר על גוף A כוח שווה וכיוון, אך בכיוון ההפוך. בנוסף לציון כי כוחות הפעולה והתגובה הם בסדר גודל זהה, החוק השלישי של ניוטון קובע גם כי זוג הפעולה והתגובה לעולם לא יכול להתרחש בגוף אחד.

בדוק כמה דוגמאות שבהן אנו יכולים לשמור על חוק הפעולה והתגובה:

• כשאנחנו הולכים, אנו דוחפים את האדמה לאחור. האדמה מצדה דוחפת אותנו קדימה.
• אם אנחנו רוצים לטפס על חבל, עלינו למשוך אותו למטה כדי שנדחף אותו למעלה.
• אם, כאשר אנו שקועים, אנו דוחפים את קצה הבריכה, אנו נדחקים לאחור. איננו מתבוננים בהתנהגות זו מחוץ למים עקב כוח החיכוך המחזיק אותנו מחוברים לקרקע.

קרא גם: 7 שאלות שעדיין לא נענו על ידי פיזיקה

כוחות פיקטיביים

כוחותבָּדוּי הם נמצאים במסגרות שאינן אינרציאליות. חוקי ניוטון מוגדרים אך ורק עבור התייחסותאינרציה, כלומר, מצבים שנמצאים במנוחה או בתנועה ישר, במהירות קבועה. מצבים הכוללים סיבובים, למשל, גורמים להופעתם של כוחות פיקטיביים, שאינם למעשה כוחות.

כאשר אנו נכנסים להילוך גבוה בפנייה חדה מאוד, אנו יכולים להרגיש את גופנו נלחץ על קירות המכונית. דוגמא נוספת היא כשאנחנו יושבים במטוס הממריא, אנו יכולים להרגיש "כוח" לוחץ אותנו אל המושב. הכוח הזה, למעשה, הוא ה אִינֶרצִיָה של הגופות.

מכיוון שגוף נתון לתאוצה, האינרציה שלךנוטה להתנגד לכוח זה, בדרך זו, אנו חשים כוח פיקטיבי בכיוון ההפוך, שהוא למעשה שלנו נטייה להישאר במצב התנועה בו אנו נמצאים. .

דוגמה טובה לכוח פיקטיבי הוא כוח צנטריפוגלי. בתנועה מעגלית גופים נוטים לברוח לכיוון מַשִׁיק לעיקול, כמו כאשר אנו מסובבים אבן על חוט ומשחררים אותה. זֶה כוחנִרְאֶה, שגורם לאבן להחזיק את החוט מתוח, הוא למעשה האינרציה של האבן עצמה המתבטאת כנגד הפעלת כוח אמיתי, הנקרא כוח צנטריפטלי.

הכוח הצנטריפטלי, במקרה זה, מיוצר על ידי המשיכה שהמחרוזת עושה על האבן והיא, אם כן, כוח אמיתי, המצביע תמיד על מרכז המסלול בו האבן נעה. ה כח צנטריפוגלי זה לא, למעשה, כוח, אלא ביטוי האינרציה של הגוף המואץ.

קרא גם: טריקים בנוסחת פיסיקה

נוסחאות המשמשות לחישוב כוחות

בדוק את הנוסחאות בהן ניתן להשתמש כדי לחשב סוגים שונים של כוחות:

→ כוח משקל או כוח משיכה

ז - קבוע כוח משיכה אוניברסלי (6.67.10-11 מ"ק ק"ג)^-1ס^-2)

ר - מרחק ממרכז כדור הארץ (מ ')

כוח הכבידה והמשקל הם שם נרדף. בנוסחאות לעיל אנו מבטאים את הנוסחאות המשמשות לחישוב כוח הכבידה הנגרם על ידי שתי מסות m ו- M וגם את המשקל P הנוצר עקב שדה הכבידה. ז של כוכב. לפיכך, אנו יכולים להבין שכוח הכבידה נובע מהאינטראקציה בין מסות לשדות הכבידה.

→ כוח חשמלי

k₀ - קבוע ואקום אלקטרוסטטי (9.10⁹ N.m²C^-2)

AND - שדה חשמלי (N / C)

ר - מרחק בין טעינות (מ ')

ניתן לחשב את כוח הכבידה באופן דומה מאוד לכוח הכבידה. יתר על כן, ניתן לחשב אותו ביחס לשדה החשמלי.

→ כוח מגנטי

הכוח המגנטי נובע מהאינטראקציה של מטען חשמלי q, עם מהירות v, ביחס לשדה מגנטי B. הזווית θ בנוסחה נמדדת בין המהירות לשדה המגנטי.

השדה המגנטי של המגנט מתקשר עם המטענים הנעים באבקת הברזל, ומניע אותם.

→ כוח חיכוך

μ - מקדם חיכוך

N - חוזק רגיל

כוח החיכוך נוצר כתוצאה ממשיכה מולקולרית, כמו כוחות המושרים על ידי דיפול, הידועים גם בשם כוחות ואן דר וואלס.

→ חוזק אלסטי

k - קבוע אלסטי (N / m)

x - דפורמציה (מ ')

כוח אלסטי מתעורר כאשר גוף נוטה לחזור לצורתו המקורית כאשר הוא נתון להפעלת כוח חיצוני.

→ כוח צף

ד - צפיפות (ק"ג / מ"ק)

ז - כוח המשיכה (m / s²)

ו - נפח שקוע (m³)

הכוח הצף מתעורר כאשר גוף כלשהו מוחדר לנוזל, כמו אוויר אטמוספרי או מים.

למרות היותם שונים זה מזה, כל הכוחות שהודגמו לעיל הם קוהרנטיים ממדית, כלומר, כולם נמדדים באותה יחידה, הניוטון.

על ידי רפאל הלרברוק