Massima forza della molla. Forza elastica

Quando una forza esterna agisce su un corpo, questo si deforma (c'è un cambiamento nelle dimensioni, nel volume e spesso nella forma del corpo). Nel corso della deformazione di un corpo solido, si verificano spostamenti di particelle situate ai nodi del reticolo cristallino dalle posizioni di equilibrio iniziale a nuove posizioni. Tale spostamento è impedito dalle forze con cui interagiscono le particelle. Di conseguenza, compaiono forze elastiche interne, che bilanciano le forze esterne. Queste forze vengono applicate al corpo deformato. L'entità delle forze elastiche è proporzionale alla deformazione del corpo.

Definizione e formula della forza elastica

Definizione

La forza dell'elasticità detta forza che ha natura elettromagnetica, che nasce come risultato della deformazione del corpo, come risposta ad un'influenza esterna.

Una deformazione elastica è una deformazione in cui, al termine dell'azione di una forza esterna, il corpo ripristina la sua forma e le dimensioni precedenti, la deformazione scompare. La deformazione è elastica solo se la forza esterna non supera un certo valore, detto limite elastico. La forza elastica sotto deformazioni elastiche è potenziale. La direzione del vettore forza elastica è opposta alla direzione del vettore spostamento durante la deformazione. Oppure, in altro modo, possiamo dire che la forza elastica è diretta contro il movimento delle particelle durante la deformazione.

Caratteristiche delle proprietà elastiche dei solidi

Le proprietà elastiche dei solidi sono caratterizzate da sollecitazione, che è spesso indicata dalla lettera. Lo stress è una quantità fisica uguale alla forza elastica che cade su una sezione unitaria del corpo:

dove dF upr è l'elemento della forza elastica del corpo; dS è un elemento dell'area sezionale del corpo. La tensione si dice normale se il vettore è perpendicolare a dS.

La formula per calcolare la forza elastica è l'espressione:

dove - deformazione relativa, - deformazione assoluta, x - il valore iniziale della grandezza che caratterizzava la forma o la dimensione del corpo; K è il modulo di elasticità ( at ). Il reciproco del modulo di elasticità è chiamato coefficiente di elasticità. In poche parole, la forza elastica è proporzionale all'entità della deformazione.

Tensione longitudinale (compressione)

L'allungamento longitudinale (unilaterale) consiste nel fatto che sotto l'azione di una forza di trazione (compressione), si verifica un aumento (diminuzione) della lunghezza del corpo. La condizione per la cessazione di questo tipo di deformazione è il soddisfacimento dell'uguaglianza:

dove F è la forza esterna applicata al corpo, Fupr è la forza di elasticità del corpo. La misura della deformazione nel processo in esame è l'allungamento relativo (compressione).

Allora il modulo della forza elastica può essere definito come:

dove E è il modulo di Young, che nel caso in esame è uguale al modulo elastico (E=K) e caratterizza le proprietà elastiche del corpo; l è la lunghezza iniziale del corpo; – variazione della lunghezza sotto carico F=F_upr. A è l'area della sezione trasversale del campione.

L'espressione (4) è chiamata legge di Hooke.

Nel caso più semplice, considera la forza elastica che si verifica quando la molla viene tesa (compressa). Allora la legge di Hooke si scrive come:

dove F x è il modulo della proiezione della forza elastica; k è la costante della molla, x è l'allungamento della molla.

Deformazione a taglio

Un taglio è una deformazione in cui tutti gli strati del corpo paralleli a un certo piano sono spostati l'uno rispetto all'altro. Durante il taglio, il volume del corpo che è stato deformato non cambia. Il segmento su cui un piano è spostato rispetto all'altro è chiamato spostamento assoluto (Fig. 1 segmento AA '). Se l'angolo di spostamento () è piccolo, allora . Questo angolo? (taglio relativo) caratterizzano la deformazione relativa. In questo caso la tensione è:

dove G è il modulo di taglio.

Unità di forza elastica

L'unità di misura di base delle forze elastiche (così come di qualsiasi altra forza) nel sistema SI è: \u003d H

In SGS: = din

Esempi di problem solving

Esempio

Esercizio. Qual è il lavoro della forza elastica quando la molla è deformata, la rigidità, che è pari a k? Se l'estensione iniziale della molla era x 1, l'estensione successiva era x 2.

Soluzione. In accordo con la legge di Hooke, troviamo il modulo della forza elastica come:

In questo caso, la forza elastica alla prima deformazione sarà pari a:

Nel caso della seconda deformazione abbiamo:

Il lavoro (A) delle forze elastiche si può trovare come:

dove è il valore medio della forza elastica, pari a:

Modulo di cilindrata S, pari a:

L'angolo tra i vettori di spostamento e il vettore delle forze elastiche (questi vettori sono diretti in direzioni opposte). Sostituiamo le espressioni (1.2), (1.3), (1.5) e (1.6) nella formula per il lavoro (1.4), otteniamo.

La legge di Hooke fu scoperta nel XVII secolo dall'inglese Robert Hooke. Questa scoperta sull'allungamento di una molla è una delle leggi della teoria dell'elasticità e svolge un ruolo importante nella scienza e nella tecnologia.

Definizione e formula della legge di Hooke

La formulazione di questa legge è la seguente: la forza elastica che appare al momento della deformazione del corpo è proporzionale all'allungamento del corpo ed è diretta opposta al movimento delle particelle di questo corpo rispetto ad altre particelle durante la deformazione.

La notazione matematica della legge si presenta così:

Riso. 1. Formula della legge di Hooke

dove Fupr- rispettivamente, la forza elastica, Xè l'allungamento del corpo (la distanza di cui cambia la lunghezza originale del corpo), e K- coefficiente di proporzionalità, detto rigidità del corpo. La forza è misurata in Newton, mentre la lunghezza del corpo è misurata in metri.

Per rivelare il significato fisico della rigidità, è necessario sostituire l'unità in cui si misura l'allungamento - 1 m nella formula della legge di Hooke, avendo precedentemente ottenuto un'espressione per k.

Riso. 2. Formula di rigidità corporea

Questa formula mostra che la rigidità di un corpo è numericamente uguale alla forza elastica che si verifica nel corpo (molla) quando è deformato di 1 M. È noto che la rigidità di una molla dipende dalla sua forma, dimensione e materiale da di cui è fatto questo corpo.

Forza elastica

Ora che sappiamo quale formula esprime la legge di Hooke, è necessario comprenderne il valore fondamentale. La grandezza principale è la forza elastica. Appare in un certo momento in cui il corpo inizia a deformarsi, ad esempio quando una molla viene compressa o allungata. È diretto nella direzione opposta alla gravità. Quando la forza di elasticità e la forza di gravità che agisce sul corpo diventano uguali, il supporto e il corpo si fermano.

La deformazione è un cambiamento irreversibile che si verifica con le dimensioni del corpo e la sua forma. Sono associati al movimento delle particelle l'una rispetto all'altra. Se una persona si siede su una poltrona, si verificherà una deformazione con la sedia, cioè le sue caratteristiche cambieranno. Può essere di diversi tipi: flessione, allungamento, compressione, taglio, torsione.

Poiché la forza di elasticità appartiene nella sua origine alle forze elettromagnetiche, dovresti sapere che deriva dal fatto che le molecole e gli atomi, le particelle più piccole che compongono tutti i corpi, si attraggono e si respingono. Se la distanza tra le particelle è molto piccola, allora sono influenzate dalla forza repulsiva. Se questa distanza viene aumentata, la forza di attrazione agirà su di loro. Pertanto, la differenza tra le forze di attrazione e repulsione si manifesta nelle forze di elasticità.

La forza elastica comprende la forza di reazione del supporto e il peso del corpo. La forza della reazione è di particolare interesse. Questa è la forza che agisce su un corpo quando è posizionato su una superficie. Se il corpo è sospeso, la forza che agisce su di esso è chiamata forza di tensione del filo.

Caratteristiche delle forze elastiche

Come abbiamo già scoperto, la forza elastica si genera durante la deformazione, ed è finalizzata a ripristinare le forme e le dimensioni originali rigorosamente perpendicolari alla superficie deformabile. Le forze elastiche hanno anche una serie di caratteristiche.

• si verificano durante la deformazione;
• compaiono simultaneamente su due corpi deformabili;
• sono perpendicolari alla superficie rispetto alla quale si deforma il corpo.
• sono opposti in direzione allo spostamento delle particelle del corpo.

Applicazione pratica della legge

La legge di Hooke viene applicata sia nei dispositivi tecnici e high-tech, sia nella natura stessa. Ad esempio, le forze elastiche si trovano nei meccanismi a orologeria, negli ammortizzatori dei veicoli, nelle corde, negli elastici e persino nelle ossa umane. Il principio della legge di Hooke è alla base di un dinamometro, un dispositivo con cui viene misurata la forza.

Prima o poi, quando studiano un corso di fisica, alunni e studenti si trovano ad affrontare problemi sulla forza elastica e sulla legge di Hooke, in cui compare il coefficiente di rigidità della molla. Qual è questa quantità e come è correlata alla deformazione dei corpi e alla legge di Hooke?

Per prima cosa, definiamo i termini di base che verrà utilizzato in questo articolo. È noto che se agisci su un corpo dall'esterno, otterrà accelerazione o si deformerà. La deformazione è un cambiamento nelle dimensioni o nella forma di un corpo sotto l'influenza di forze esterne. Se l'oggetto viene completamente ripristinato dopo la fine del carico, tale deformazione è considerata elastica; se il corpo rimane in uno stato alterato (ad esempio piegato, allungato, compresso, ecc.), allora la deformazione è plastica.

Esempi di deformazioni plastiche sono:

• lavorazione dell'argilla;
• cucchiaio di alluminio piegato.

A sua volta, si considereranno le deformazioni elastiche:

• elastico (puoi allungarlo, dopodiché tornerà al suo stato originale);
• molla (dopo la compressione si raddrizza nuovamente).

Come risultato della deformazione elastica di un corpo (in particolare una molla), in esso si genera una forza elastica, uguale in valore assoluto alla forza applicata, ma diretta nella direzione opposta. La forza elastica di una molla sarà proporzionale al suo allungamento. Matematicamente, questo può essere scritto in questo modo:

dove F è la forza elastica, x è la distanza di cui la lunghezza del corpo è cambiata a seguito dello stiramento, k è il coefficiente di rigidità di cui abbiamo bisogno. La formula sopra è anche un caso speciale della legge di Hooke per un'asta di trazione sottile. In forma generale, questa legge è formulata come segue: "La deformazione che si è verificata in un corpo elastico sarà proporzionale alla forza che viene applicata a questo corpo". Vale solo in quei casi in cui si parla di piccole deformazioni (la tensione o la compressione è molto inferiore alla lunghezza del corpo originale).

Determinazione del fattore di rigidità

Fattore di rigidità(ha anche i nomi del coefficiente di elasticità o proporzionalità) è spesso scritto con la lettera k, ma a volte puoi vedere la designazione D o c. Numericamente, la rigidità sarà uguale all'entità della forza che allunga la molla per unità di lunghezza (nel caso di SI, di 1 metro). La formula per trovare il coefficiente di elasticità è derivata da un caso speciale della legge di Hooke:

Maggiore è il valore della rigidità, maggiore sarà la resistenza del corpo alla sua deformazione. Il coefficiente di Hooke mostra anche quanto sia stabile il corpo all'azione di un carico esterno. Questo parametro dipende dai parametri geometrici (diametro del filo, numero di spire e diametro dell'avvolgimento dall'asse del filo) e dal materiale di cui è composto.

L'unità di rigidezza in SI è N/m.

Calcolo della rigidità del sistema

Ci sono compiti più complessi in cui calcolo della rigidità totale richiesto. In tali compiti, le molle sono collegate in serie o in parallelo.

Collegamento seriale del sistema molle

Se collegati in serie, la rigidità complessiva del sistema si riduce. La formula per calcolare il coefficiente di elasticità sarà la seguente:

1/k = 1/k1 + 1/k2 + … + 1/ki,

dove k è la rigidità totale del sistema, k1, k2, …, ki sono le singole rigidità di ciascun elemento, i è il numero totale di tutte le molle coinvolte nel sistema.

Collegamento in parallelo del sistema a molle

Quando le molle sono collegate in parallelo, il valore del coefficiente di elasticità totale del sistema aumenterà. La formula di calcolo sarà simile a questa:

k = k1 + k2 + … + ki.

Misurare empiricamente la rigidità di una molla - in questo video.

Calcolo del coefficiente di rigidezza con metodo sperimentale

Con l'aiuto di un semplice esperimento, puoi calcolare in modo indipendente, quale sarà il coefficiente di Hooke. Per l'esperimento avrai bisogno di:

• governate;
• primavera;
• carico di massa nota.

La sequenza di azioni per l'esperienza è la seguente:

1. È necessario fissare la molla in verticale, appendendola a un qualsiasi supporto conveniente. Il bordo inferiore deve rimanere libero.
2. Usando un righello, la sua lunghezza viene misurata e scritta come x1.
3. All'estremità libera, è necessario appendere un carico con una massa nota m.
4. La lunghezza della molla viene misurata nello stato caricato. Indicato da x2.
5. Viene calcolato l'allungamento assoluto: x = x2-x1. Per ottenere il risultato nel sistema internazionale di unità, è meglio convertirlo immediatamente da centimetri o millimetri a metri.
6. La forza che ha causato la deformazione è la forza di gravità del corpo. La formula per calcolarlo è F = mg, dove m è la massa del carico utilizzato nell'esperimento (tradotta in kg), e g è il valore dell'accelerazione libera, che è circa 9,8.
7. Dopo i calcoli, resta da trovare solo il coefficiente di rigidità stesso, la cui formula è stata indicata sopra: k = F / x.

Esempi di compiti per trovare la rigidità

Compito 1

Una forza F = 100 N agisce su una molla lunga 10 cm La lunghezza della molla tesa è 14 cm Trova il coefficiente di rigidità.

1. Calcoliamo la lunghezza dell'allungamento assoluto: x = 14-10 = 4 cm = 0,04 m.
2. Secondo la formula, troviamo il coefficiente di rigidità: k = F / x = 100 / 0,04 = 2500 N / m.

Risposta: la rigidità della molla sarà di 2500 N/m.

Compito 2

Un carico di massa 10 kg, quando sospeso su una molla, lo ha allungato di 4 cm Calcola per quanto tempo un altro carico di massa 25 kg lo allungherà.

1. Troviamo la forza di gravità che deforma la molla: F = mg = 10 9.8 = 98 N.
2. Determiniamo il coefficiente di elasticità: k = F/x = 98 / 0,04 = 2450 N/m.
3. Calcolare la forza con cui agisce il secondo carico: F = mg = 25 9,8 = 245 N.
4. Secondo la legge di Hooke, scriviamo la formula per l'allungamento assoluto: x = F/k.
5. Per il secondo caso, calcoliamo la lunghezza di allungamento: x = 245 / 2450 = 0,1 m.

Risposta: nel secondo caso, la molla si allungherà di 10 cm.

Continuiamo il ripasso di alcuni argomenti della sezione "Meccanica". Il nostro incontro di oggi è dedicato alla forza dell'elasticità.

È questa forza che sta alla base del funzionamento di orologi meccanici, funi di traino e cavi di gru, ammortizzatori di automobili e treni ad essa sono esposti. È testato da una pallina e una pallina da tennis, una racchetta e altre attrezzature sportive. Come nasce questa forza ea quali leggi obbedisce?

Come nasce la forza di elasticità?

Un meteorite sotto l'influenza della gravità cade a terra e ... si congela. Come mai? La gravità terrestre scompare? No. Il potere non può semplicemente scomparire. Al momento del contatto con il suolo equilibrato da un'altra forza uguale ad essa in grandezza e opposta in direzione. E il meteorite, come altri corpi sulla superficie della terra, rimane a riposo.

Questa forza di bilanciamento è la forza elastica.

Le stesse forze elastiche compaiono nel corpo per tutti i tipi di deformazione:

• allungamento;
• compressione;
• taglio;
• piegatura;
• torsione.

Le forze risultanti dalla deformazione sono dette elastiche.

La natura della forza elastica

Il meccanismo dell'emergere delle forze elastiche è stato spiegato solo nel 20 ° secolo, quando è stata stabilita la natura delle forze di interazione intermolecolare. I fisici li hanno chiamati "giganti con le braccia corte". Qual è il significato di questo arguto confronto?

Forze di attrazione e repulsione agiscono tra molecole e atomi di materia. Tale interazione è dovuta alle particelle più piccole che ne fanno parte, portando cariche positive e negative. Questi poteri sono abbastanza grandi.(da cui la parola gigante), ma appaiono solo a distanze molto brevi.(con le braccia corte). A distanze pari a tre volte il diametro della molecola, queste particelle vengono attratte, correndo "allegramente" l'una verso l'altra.

Ma, dopo essersi toccati, iniziano a respingersi attivamente.

Con la deformazione a trazione, la distanza tra le molecole aumenta. Le forze intermolecolari tendono ad accorciarlo. Quando vengono compresse, le molecole si avvicinano l'una all'altra, provocando la repulsione delle molecole.

E poiché tutti i tipi di deformazioni possono essere ridotti a compressione e trazione, l'aspetto delle forze elastiche per eventuali deformazioni può essere spiegato da queste considerazioni.

Legge di Hooke

Un connazionale e contemporaneo ha studiato le forze dell'elasticità e la loro relazione con altre grandezze fisiche. È considerato il fondatore della fisica sperimentale.

Scienziato continuò i suoi esperimenti per circa 20 anni. Ha condotto esperimenti sulla deformazione della tensione delle molle appendendovi vari carichi. Il carico sospeso provocava l'allungamento della molla fino a quando la forza elastica che si generava in essa bilanciava il peso del carico.

Come risultato di numerosi esperimenti, lo scienziato conclude: la forza esterna applicata provoca la comparsa di una forza elastica uguale ad essa in grandezza, che agisce nella direzione opposta.

La legge da lui formulata (legge di Hooke) è la seguente:

La forza elastica derivante dalla deformazione del corpo è direttamente proporzionale all'entità della deformazione ed è diretta nella direzione opposta al movimento delle particelle.

La formula per la legge di Hooke è:

• F è il modulo, cioè il valore numerico della forza elastica;
• x - variazione della lunghezza del corpo;
• k - coefficiente di rigidità, a seconda della forma, delle dimensioni e del materiale del corpo.

Il segno meno indica che la forza elastica è diretta nella direzione opposta allo spostamento della particella.

Ogni legge fisica ha i suoi limiti di applicazione. La legge stabilita da Hooke può essere applicata alle deformazioni elastiche solo quando, una volta rimosso il carico, la forma e le dimensioni del corpo sono completamente ripristinate.

Nei corpi di plastica (plastilina, argilla bagnata) tale ripristino non si verifica.

Tutti i solidi hanno elasticità in una certa misura. Il primo posto nell'elasticità è occupato dalla gomma, il secondo -. Anche i materiali molto elastici sotto determinati carichi possono presentare proprietà plastiche. Questo viene utilizzato per la produzione di filo, ritagliando parti di forma complessa con francobolli speciali.

Se si dispone di una bilancia da cucina portatile (steelyard), è probabile che su di essa sia scritto il peso massimo per cui sono progettate. Diciamo 2 kg. Quando si appende un carico più pesante, la molla in acciaio al loro interno non riprenderà mai la sua forma.

Il lavoro della forza elastica

Come ogni forza, la forza dell'elasticità, in grado di fare il lavoro. E molto utile. Lei protegge il corpo deformabile dalla distruzione. Se non riesce a farcela, si verifica la distruzione del corpo. Ad esempio, il cavo di una gru si rompe, una corda su una chitarra, un elastico su una fionda, una molla su una bilancia. Questo lavoro ha sempre un segno meno, poiché anche la forza elastica stessa è negativa.

Invece di una postfazione

Forti di alcune informazioni sulle forze elastiche e le deformazioni, possiamo facilmente rispondere ad alcune domande. Ad esempio, perché le grandi ossa umane hanno una struttura tubolare?

Piega un righello di metallo o di legno. La sua parte convessa subirà una deformazione da trazione e la parte concava subirà una compressione. La parte centrale del carico non viene trasportata. La natura ha approfittato di questa circostanza, fornendo all'uomo e agli animali ossa tubolari. Nel processo di movimento, ossa, muscoli e tendini subiscono tutti i tipi di deformazioni. La struttura tubolare delle ossa facilita notevolmente il loro peso, senza intaccarne affatto la forza.

Gli steli delle colture di cereali hanno la stessa struttura. Le raffiche di vento li piegano a terra e le forze elastiche aiutano a raddrizzarsi. A proposito, anche il telaio della bicicletta è fatto di tubi, non di aste: il peso è molto inferiore e il metallo si risparmia.

La legge stabilita da Robert Hooke è servita come base per la creazione della teoria dell'elasticità. I calcoli eseguiti secondo le formule di questa teoria consentono garantire la durabilità di grattacieli e altre strutture.

Se questo messaggio ti fosse stato utile, sarei felice di vederti

La parola "potere" è così onnicomprensiva che dargli un concetto chiaro è un compito quasi impossibile. La varietà dalla forza muscolare alla forza della mente non copre l'intera gamma di concetti investiti in essa. La forza, considerata come una quantità fisica, ha un significato e una definizione ben definiti. La formula della forza definisce un modello matematico: la dipendenza della forza dai parametri principali.

La storia della ricerca sulle forze comprende la definizione della dipendenza dai parametri e la prova sperimentale della dipendenza.

Forza in fisica

La forza è una misura dell'interazione dei corpi. L'azione reciproca dei corpi l'uno sull'altro descrive completamente i processi associati a un cambiamento nella velocità o alla deformazione dei corpi.

Come grandezza fisica, la forza ha un'unità di misura (nel sistema SI - Newton) e un dispositivo per misurarla - un dinamometro. Il principio di funzionamento del dinamometro si basa sul confronto della forza che agisce sul corpo con la forza elastica della molla del dinamometro.

Si considera una forza di 1 newton la forza sotto la quale un corpo di massa 1 kg cambia la sua velocità di 1 m in 1 secondo.

La forza è definita come:

• direzione dell'azione;
• punto di applicazione;
• modulo, valore assoluto.

Descrivendo l'interazione, assicurati di indicare questi parametri.

Tipi di interazioni naturali: gravitazionali, elettromagnetiche, forti, deboli. La gravitazione gravitazionale universale con la sua varietà - gravità) esiste a causa dell'influenza dei campi gravitazionali che circondano qualsiasi corpo che abbia massa. Lo studio dei campi gravitazionali non è stato ancora completato. Non è ancora possibile trovare la fonte del campo.

Un numero maggiore di forze sorge a causa dell'interazione elettromagnetica degli atomi che compongono la sostanza.

forza di pressione

Quando un corpo interagisce con la Terra, esercita una pressione sulla superficie. La cui forza ha la forma: P = mg, è determinata dalla massa del corpo (m). L'accelerazione di caduta libera (g) ha valori diversi a diverse latitudini della Terra.

La forza di pressione verticale è uguale in modulo e in direzione opposta alla forza elastica che si forma nel supporto. La formula della forza cambia a seconda del movimento del corpo.

Modifica del peso corporeo

L'azione di un corpo su un supporto dovuta all'interazione con la Terra viene spesso definita peso del corpo. È interessante notare che la quantità di peso corporeo dipende dall'accelerazione del movimento nella direzione verticale. Nel caso in cui la direzione dell'accelerazione sia opposta all'accelerazione della caduta libera, si osserva un aumento del peso. Se l'accelerazione del corpo coincide con la direzione della caduta libera, il peso del corpo diminuisce. Ad esempio, mentre si sale in ascensore, all'inizio della salita, una persona avverte un aumento di peso per un po'. Non è necessario affermare che la sua massa sta cambiando. Allo stesso tempo, condividiamo i concetti di "peso corporeo" e la sua "massa".

Forza elastica

Quando la forma del corpo cambia (la sua deformazione), compare una forza che tende a riportare il corpo alla sua forma originaria. A questa forza fu dato il nome di "forza elastica". Nasce come risultato dell'interazione elettrica delle particelle che compongono il corpo.

Considera la deformazione più semplice: tensione e compressione. La tensione è accompagnata da un aumento delle dimensioni lineari dei corpi, la compressione dalla loro diminuzione. Il valore che caratterizza questi processi è chiamato allungamento del corpo. Indichiamolo con "x". La formula della forza elastica è direttamente correlata all'allungamento. Ogni corpo sottoposto a deformazione ha i suoi parametri geometrici e fisici. La dipendenza della resistenza elastica alla deformazione dalle proprietà del corpo e del materiale di cui è composta è determinata dal coefficiente di elasticità, chiamiamola rigidità (k).

Il modello matematico dell'interazione elastica è descritto dalla legge di Hooke.

La forza derivante dalla deformazione del corpo è diretta contro la direzione di spostamento delle singole parti del corpo, è direttamente proporzionale al suo allungamento:

• F y = -kx (in notazione vettoriale).

Il segno "-" indica la direzione opposta di deformazione e forza.

In forma scalare, non c'è segno negativo. La forza elastica, la cui formula è la seguente F y = kx, viene utilizzata solo per le deformazioni elastiche.

Interazione di un campo magnetico con la corrente

Viene descritto l'effetto di un campo magnetico su una corrente continua.In questo caso, la forza con cui il campo magnetico agisce su un conduttore con la corrente posta in esso è chiamata forza Ampere.

L'interazione del campo magnetico con provoca una manifestazione di forza. La forza Ampere, la cui formula è F = IBlsinα, dipende da (B), dalla lunghezza della parte attiva del conduttore (l), (I) nel conduttore e dall'angolo tra la direzione della corrente e l'induzione magnetica .

Grazie all'ultima dipendenza, si può sostenere che il vettore del campo magnetico può cambiare quando il conduttore viene ruotato o cambia la direzione della corrente. La regola della mano sinistra consente di impostare la direzione dell'azione. Se la mano sinistra è posizionata in modo che il vettore di induzione magnetica entri nel palmo, quattro dita sono dirette lungo la corrente nel conduttore, quindi il pollice piegato di 90 ° mostrerà la direzione del campo magnetico.

L'uso di questo effetto da parte dell'umanità è stato riscontrato, ad esempio, nei motori elettrici. La rotazione del rotore è causata da un campo magnetico creato da un potente elettromagnete. La formula della forza consente di valutare la possibilità di modificare la potenza del motore. Con un aumento della corrente o dell'intensità del campo, la coppia aumenta, il che porta ad un aumento della potenza del motore.

Traiettorie delle particelle

L'interazione di un campo magnetico con una carica è ampiamente utilizzata negli spettrografi di massa nello studio delle particelle elementari.

L'azione del campo in questo caso provoca la comparsa di una forza chiamata forza di Lorentz. Quando una particella carica che si muove a una certa velocità entra in un campo magnetico, la cui formula ha la forma F = vBqsinα fa muovere la particella in un cerchio.

In questo modello matematico, v è il modulo di velocità di una particella la cui carica elettrica è q, B è l'induzione magnetica del campo, α è l'angolo tra le direzioni della velocità e l'induzione magnetica.

La particella si muove in un cerchio (o un arco di cerchio), poiché la forza e la velocità sono dirette ad un angolo di 90° l'una rispetto all'altra. Un cambiamento nella direzione della velocità lineare fa apparire un'accelerazione.

La regola della mano sinistra, discussa sopra, si verifica anche quando si studia la forza di Lorentz: se la mano sinistra è posta in modo tale che il vettore dell'induzione magnetica entri nel palmo, quattro dita estese in linea sono dirette lungo la velocità di una particella carica positivamente, quindi piegato di 90° il pollice indicherà la direzione della forza.

Problemi di plasma

L'interazione di un campo magnetico e materia è utilizzata nei ciclotroni. I problemi associati allo studio di laboratorio del plasma non consentono di conservarlo in vasi chiusi. L'alto può esistere solo ad alte temperature. Il plasma può essere mantenuto in un posto nello spazio per mezzo di campi magnetici, attorcigliando il gas sotto forma di un anello. Quelli controllati possono anche essere studiati ruotando il plasma ad alta temperatura in un filamento usando campi magnetici.

Un esempio dell'azione di un campo magnetico in condizioni naturali su un gas ionizzato è l'Aurora Boreale. Questo maestoso spettacolo si osserva oltre il Circolo Polare Artico a un'altitudine di 100 km sopra la superficie terrestre. Il misterioso bagliore colorato del gas potrebbe essere spiegato solo nel 20° secolo. Il campo magnetico terrestre vicino ai poli non può impedire al vento solare di penetrare nell'atmosfera. La radiazione più attiva diretta lungo le linee di induzione magnetica provoca la ionizzazione dell'atmosfera.

Fenomeni legati al movimento di carica

Storicamente, la principale grandezza che caratterizza il flusso di corrente in un conduttore è chiamata forza di corrente. È interessante notare che questo concetto non ha nulla a che fare con la forza in fisica. La forza attuale, la cui formula include la carica che scorre per unità di tempo attraverso la sezione trasversale del conduttore, ha la forma:

• I = q/t, dove t è il tempo di flusso della carica q.

In effetti, la forza attuale è la quantità di carica. La sua unità di misura è Ampere (A), a differenza di N.

Determinazione del lavoro di una forza

L'azione della forza su una sostanza è accompagnata dall'esecuzione del lavoro. Il lavoro di una forza è una quantità fisica numericamente uguale al prodotto della forza e dello spostamento passato sotto la sua azione, e il coseno dell'angolo tra le direzioni della forza e dello spostamento.

Il lavoro desiderato della forza, la cui formula è A = FScosα, include l'entità della forza.

L'azione del corpo è accompagnata da un cambiamento nella velocità del corpo o dalla deformazione, che indica cambiamenti simultanei di energia. Il lavoro svolto da una forza è direttamente correlato alla sua grandezza.