- מהו כוח?
- מאפייני כוח
- סוגי כוח
- יחידות כוח
- איך מודדים כוח?
- דוגמאות לחוזק
- כוח ותנועה
- כוח המשיכה
- כוחות בין מולקולריים
אנו מסבירים מהו כוח לפיזיקה, מאפייניו וסוגיו לפי כל תיאוריה. כמו כן, איך זה נמדד ודוגמאות שונות.
מהו כוח?
במונחים טכניים, כוח הוא כמות המסוגלת לשנות את הכמות שלתְנוּעָה או הצורה הנתונה של גוף או א חֶלְקִיק. אין לבלבל את זה עם המושגים של מאמץ אואֵנֶרְגִיָה.
בדרך כלל, מושג הכוח מוסבר במונחים של מֵכָנִיקָה קלאסי שהוקם על ידי ה עקרונות אייזק ניוטון (1642-1727), המכונה חוקי התנועה ופורסם בשנת 1687 ב Principia Mathematica.
על פי המכניקה הקלאסית, הכוח המשפיע על הגוף אחראי לשינויים במצב התנועה שלו, כמו מסלולו הליווי ומסלולו. תְזוּזָה מדים, ולהדפיס א תְאוּצָה (או האטה). יתר על כן, כל כוח הפועל על גוף יוצר כוח זהה, אך בכיוון ההפוך.
בדרך כלל אנו מדברים על כוח בחיי היומיום שלנו, מבלי להשתמש בהכרח במילה הזו בתור גוּפָנִי. כוח נלמד על ידי הפיזיקה ועל פיו, ארבעה כוחות יסוד מוכרים ברמהקוונטי: כוח הכבידה, הכוח האלקטרומגנטי, הכוח הגרעיני החזק והכוח הגרעיני החלש.
לעומת זאת, במכניקה הניוטונית (או הקלאסית), ישנם כוחות רבים אחרים שניתן לזהות, כגון כוח חיכוך,כוח כבידה, כוח צנטריפטלי וכו'.
מאפייני כוח
ניתן להתייחס לכוח כישות פיזיקלית המתארת את עוצמת האינטראקציות בין עצמים, הקשורות קשר הדוק ל-אֵנֶרְגִיָה.
עבור מכניקה קלאסית, כל כוח מורכב מגודל ו-a כתובת, ובכך מציינים אותו באוֶקטוֹר. זה אומר שזו כמות וקטורית, לא סקלרית.
סוגי כוח
ישנם מספר סוגים של כוח, בהתאם לאופי ולמיקוד שלהם:
לפי המכניקה הניוטונית:
- חוזק שלחיכוך. הכוח הוא שמתנגד לשינוי התנועה של הגופים, מפעיל א סיבולת לנטוש את מצב המנוחה, או התנועה, כפי שאנו יכולים לתפוס אותו כאשר מתחילים ללכת על חפץ כבד כאשר דוחפים אותו.
- כוח כבידה. זה הכוח המופעל על ידי מסה של גופים על חפצים סמוכים, מושכים אותם אחד אל השני. כוח זה הופך להיות מורגש כאשר כל או חלק מהאובייקטים המקיימים אינטראקציה הם מאסיביים מאוד. הדוגמה פר אקסלנס היא ה כדור הארץ והחפצים ויצורים שאנו חיים על פני השטח שלו; יש ביניהם כוח משיכה כבידה.
- כוח אלקטרומגנטי זהו כוח המשיכה והדוחה שנוצר על ידי האינטראקציה של שדות אלקטרומגנטיים.
אתה יכול גם לדבר על:
- כוח קשר. זהו הכוח המופעל ממגע פיזי ישיר בין גוף אחד למשנהו.
- כוח מרחוק. זהו הכוח שניתן להפעיל ללא כל מגע פיזי בין הגופים.
לפי מכניקה רלטיביסטית או איינשטיין:
- כוח כבידה. זהו הכוח שנראה כקיים כאשר עצמים מסיביים מכופפים את מֶרחָב–מזג אוויר סביבם, מאלץ עצמים קטנים יותר לסטות ממסלוליהם ולהתקרב אליהם.
- כוח אלקטרומגנטי זהו הכוח שדות אלקטרומגנטיים מפעילים על החלקיקים הטעונים של חוֹמֶר, בעקבות הביטוי של כוח לורנץ.
לפי מכניקת הקוונטים:
- כוח כבידה. זהו הכוח שמפעילה מסה אחת על השנייה, בהיותו כוח חלש, רק בכיוון אחד (אטרקטיבי), אך יעיל למרחקים ארוכים.
- כּוֹחַאלקטרומגנטית. זהו הכוח שמשפיע על חלקיקים טעונים חשמלית ועל השדות האלקטרומגנטיים שהם יוצרים, בהיותם הכוח המאפשר קשר מולקולרי. הוא חזק יותר מכוח המשיכה ויש לו שני חושים (משיכה-דחייה).
- כוח גרעיני חזק. זה הכוח ששומר על גרעיני ה- אטומים יציב, שומרים יחדנויטרונים יפרוטונים. זה יותר אינטנסיבי מאלקטרומגנטי, אבל יש לו הרבה פחות טווח.
- כוח גרעיני חלש. זהו הכוח האחראי להתפרקות הרדיואקטיבית, המסוגל לבצע שינויים בחומר תת-אטומי, עם היקף קטן עוד יותר מכוחות גרעיניים חזקים.
יחידות כוח
לפי מערכת בינלאומית, כוח נמדד ביחידות הנקראות ניוטון (N), לכבוד הפיזיקאי הבריטי הגדול. יחידות אלו מתאימות ל-100,000 דין ומובנות ככמות הכוח המופעלת במהלך שנייה אחת על מסה של קילוגרם, כך שהוא רוכש מהירות של מטר לשנייה. זה מה שזה:
1 N = (1 ק"ג x 1 מ') / 1 s2
ישנן יחידות אחרות למערכות מטריות אחרות, המקבילות בניוטון ל:
- 1 קילוגרם-כוח או קילופונד שווה ל-9.81 N
- 1 פאונד-כוח שווה ל-4.448222 N
איך מודדים כוח?
הדינמומטר הוא המכשיר האידיאלי למדידת כוח. הוא משמש גם לחישוב ה מִשׁקָל של החפצים. זה הומצא על ידי אייזק ניוטון עצמו, תוך שימוש במתיחה של קפיץ ו חוק הגמישות של הוק, באופן דומה לסולם קפיץ.
גרסאות מודרניות של הדינמומטר עוקבות אחר אותו עיקרון ויש להן ווים או טבעות בקצות הגוף הגלילי שלהן, שבתוכם יש קפיץ או ספירלה הפועלת כקפיץ. באחד מקצותיו ה מדידה כוח (במקרים מסוימים הוא עשוי אפילו להופיע בתצוגה דיגיטלית).
דוגמאות לחוזק
יש כל הזמן דוגמאות של כוח מסביבנו. על ידי הפעלת הכוח השרירי שלנו על חפץ כדי להרים אותו, אנו מביסים את כוח הכבידה. אם נדחוף גוף מסיבי עם הכתף, כמו מקרר, לא רק נצטרך להתגבר על כוח משיכה, אבל גם כוח החיכוך שמתנגד לתנועה.
אותו דבר קורה כאשר אנו מדביקים מגנט למקרר, מאז הכוחמַגנֶטִי הוא מחזיק אותו במקומו, אבל אם נקרב אותו למגנט אחר דרך אותו קוטב, במקום זאת, נבחין בכוח דחייה קל, שהוא אופי נוסף של אותו כוח מגנטי.
כוח ותנועה
כוח ותנועה מעורבים מאוד זה בזה. מלכתחילה, כי כוח הוא זה שמסוגל להתחיל, לעצור או לשנות תנועה.
לדוגמה, כאשר כדור בייסבול מתרסק על המחבט, הכוח של החובט מודפס על השני כדי להסיט את מסלולו (אותו הכוח של המגיש נתן לו בתחילה, מכיוון שהכדור בדרך כלל במנוחה) ולזרוק אותו במגרש.
בכל פעם שיש בו כוח על גוף כתובת עם העקירה, תהיה עבודה על ידי הכוח הזה. העבודה הנדרשת כדי שתנועה זו תתרחש שווה לאנרגיה הנדרשת להנעת הגוף. בהתאם לסוג הכוח וסוג התנועה, יהיו זמינות נוסחאות מתמטיות שונות לחישובן.
כוח המשיכה
כוח הכבידה הוא אותו כוח משיכה שמפעילות מסות על החומר שסביבן, בעוצמה פרופורציונלית למסה שלהן ובפרופורציה הפוך למרחק המפריד ביניהן.
למעשה, השמש הוא מושך את כוכב הלכת שלנו ממרחק, באותו סוג של כוח שבו הוא מושך אותנו, שחיים על פני השטח שלו. ניתן להתגבר על כוח הכבידה לרגע, כפי שאנו עושים בעת קפיצה, אך בסופו של דבר ניכנע לו. כל מה שעולה בחופשיות, צריך לרדת.
כוחות בין מולקולריים
הם אלה ששומריםמולקולות ביחד, יוצרים מבנים מורכב יותר ובעל מסה גדולה יותר, תלוי ישירות באופי של אטומים מְעוּרָב. לכן הם ידועים גם בתור קשרים בין-מולקולריים או קשרים אטומיים. כוחות אלו יכולים להיות משני סוגים:כוחות ואן דר ואלס או גשרי המימן.