«Күш» сөзінің барлығын қамтитыны сонша, оған нақты түсінік беру мүмкін емес іс. Бұлшықет күшінен ақыл-ойдың күшіне дейінгі әртүрлілік оған салынған тұжырымдамалардың толық ауқымын қамтымайды. Физикалық шама ретінде қарастырылатын күштің нақты анықталған мағынасы мен анықтамасы бар. Күш формуласы математикалық модельді анықтайды: күштің негізгі параметрлерге тәуелділігі.
Күшті зерттеу тарихы параметрлерге тәуелділік анықтамасын және тәуелділікті эксперименттік дәлелдеуді қамтиды.
Физикадағы қуат
Күш – денелердің өзара әрекеттесуінің өлшемі. Денелердің бір-біріне өзара әрекеті денелердің жылдамдығының өзгеруімен немесе деформациясымен байланысты процестерді толық сипаттайды.
Физикалық шама ретінде күштің өлшем бірлігі (SI жүйесінде – Ньютон) және оны өлшейтін құрылғы – динамометр болады. Күш өлшегіштің жұмыс істеу принципі денеге әсер ететін күшті динамометрдің серіппелі күшінің күшімен салыстыруға негізделген.
Массасы 1 кг дененің жылдамдығын 1 секундта 1 м-ге өзгертетін күш 1 Ньютон күш деп есептеледі.
Күш векторлық шама ретінде анықталған:
- әрекет бағыты;
- қолдану нүктесі;
- модуль, абсолюттіөлшем.
Әрекеттесуді сипаттай отырып, осы параметрлерді көрсетуді ұмытпаңыз.
Табиғи әрекеттесу түрлері: гравитациялық, электромагниттік, күшті, әлсіз. Гравитациялық күштер (әртүрлілігімен бүкіләлемдік тартылыс күші – гравитация күші) массасы бар кез келген денені қоршап тұрған гравитациялық өрістердің әсерінен болады. Гравитациялық өрістерді зерттеу әлі аяқталған жоқ. Өріс көзін табу әлі мүмкін емес.
Күштердің үлкен диапазоны материяны құрайтын атомдардың электромагниттік әрекеттесуінен туындайды.
Қысым күші
Дене Жермен әрекеттескенде жер бетіне қысым жасайды. Формуласы: P=мг болатын қысым күші дене массасымен (м) анықталады. Гравитациялық үдеу (g) Жердің әртүрлі ендіктерінде әртүрлі мәндерге ие.
Тік қысым күші абсолютті мәні бойынша тең және тіректе пайда болатын серпімділік күшіне бағыты бойынша қарама-қарсы. Күш формуласы дененің қозғалысына байланысты өзгереді.
Дене салмағының өзгеруі
Дененің Жермен әрекеттесуіне байланысты тірекке әрекеті жиі дене салмағы деп аталады. Бір қызығы, дене салмағының мөлшері тік бағытта қозғалыстың үдеуіне байланысты. Үдеу бағыты еркін түсу үдеуіне қарама-қарсы болған жағдайда салмақтың жоғарылауы байқалады. Егер дененің үдеуі еркін түсу бағытымен сәйкес келсе, онда дененің салмағы азаяды. Мысалы, көтерілетін лифтте жүргенде, көтерілудің басында адам біраз уақыт бойы салмағының артқанын сезінеді. Оның массасын бекітіңізөзгереді, өзгермейді. Бұл ретте біз «дене салмағы» және оның «массасы» ұғымдарын ажыратамыз.
Серпімді күш
Дененің пішінін өзгерткен кезде (оның деформациясы) денені бастапқы пішініне қайтаруға бейім күш пайда болады. Бұл күшке «серпімді күш» деген ат берілді. Ол денені құрайтын бөлшектердің электрлік әсерлесуінен пайда болады.
Ең қарапайым деформацияны қарастырайық: тартылу және қысу. Кернеу денелердің сызықтық өлшемдерінің ұлғаюымен, ал қысылуы олардың азаюымен бірге жүреді. Бұл процестерді сипаттайтын шама дененің ұзаруы деп аталады. Оны «х» арқылы белгілейік. Серпімділік күшінің формуласы созылумен тікелей байланысты. Деформацияға ұшыраған әрбір дененің өзінің геометриялық және физикалық параметрлері болады. Деформацияға серпімділік кедергісінің дененің және ол жасалған материалдың қасиеттеріне тәуелділігі серпімділік коэффициентімен анықталады, оны қаттылық (k) деп атаймыз.
Эластикалық әсерлесудің математикалық моделі Гук заңымен сипатталған.
Дене деформациясынан туындайтын күш дененің жеке бөліктерінің орын ауыстыру бағытына қарсы бағытталған, оның ұзаруына тура пропорционал:
- Fy=-kx (векторлық белгі).
"-" таңбасы деформация мен күштің қарама-қарсы бағытын көрсетеді.
Скаляр түрінде теріс таңба жоқ. Формула Fy=kx келесі түрге ие серпімділік күші тек серпімді деформациялар үшін қолданылады.
Магнит өрісінің токпен әрекеттесуі
Әсермагнит өрісінің тұрақты токқа ауысуы Ампер заңымен сипатталады. Бұл жағдайда магнит өрісі оған орналастырылған ток өткізгішке әсер ететін күш Ампер күші деп аталады.
Магнит өрісінің қозғалатын электр зарядымен әрекеттесуі күш көрінісін тудырады. Формула F=IBlsinα болатын Ампер күші өрістің магниттік индукциясына (В), өткізгіштің белсенді бөлігінің ұзындығына (l), өткізгіштегі ток күші (I) және бұрышқа байланысты. ток бағыты мен магнит индукциясы арасында.
Соңғы тәуелділікке байланысты өткізгіш айналғанда немесе ток бағыты өзгергенде магнит өрісінің векторы өзгеруі мүмкін деп айтуға болады. Сол қол ережесі әрекет бағытын орнатуға мүмкіндік береді. Егер сол қол магниттік индукция векторы алақанға түсетіндей орналасса, төрт саусақ өткізгіштегі ток бойымен бағытталған болса, онда 90° бүгілген бас бармақтың бағыты көрсетіледі. магнит өрісі.
Адамзаттың бұл әсерді қолдануы, мысалы, электр қозғалтқыштарында табылған. Ротордың айналуы күшті электромагнитпен жасалған магнит өрісінен туындайды. Күш формуласы қозғалтқыш қуатын өзгерту мүмкіндігін бағалауға мүмкіндік береді. Ток немесе өріс күші артқанда айналу моменті артады, нәтижесінде қозғалтқыш қуаты артады.
Бөлшектердің траекториясы
Магнит өрісінің зарядпен әрекеттесуі элементар бөлшектерді зерттеуде масс-спектрографтарда кеңінен қолданылады.
Бұл жағдайда өрістің әрекеті шақырылатын күштің пайда болуын тудырадыЛоренц күші. Белгілі бір жылдамдықпен қозғалатын зарядталған бөлшек магнит өрісіне енгенде, формуласы F=vBqsinα түріндегі Лоренц күші бөлшектің шеңбер бойымен қозғалуына әкеледі.
Бұл математикалық модельде v – электр заряды q болатын бөлшектің жылдамдық модулі, B – өрістің магниттік индукциясы, α – жылдамдық пен магниттік индукция бағыттарының арасындағы бұрыш.
Бөлшек шеңбер бойымен (немесе шеңбер доғасында) қозғалады, өйткені күш пен жылдамдық бір-біріне 90° бұрышқа бағытталған. Сызықтық жылдамдықтың бағытын өзгерту жеделдету көрінісін тудырады.
Жоғарыда қарастырылған сол қол ережесі Лоренц күшін зерттеу кезінде де орын алады: егер сол қол магниттік индукция векторы алақанға түсетіндей орналасса, сызық бойымен созылған төрт саусақ оң зарядталған бөлшектің жылдамдығы, содан кейін иілген бас бармақ 90° күштің бағытын көрсетеді.
Плазма мәселелері
Магнит өрісі мен заттың әрекеттесуі циклотрондарда қолданылады. Плазманы зертханалық зерттеуге байланысты мәселелер оны жабық ыдыстарда сақтауға мүмкіндік бермейді. Жоғары иондалған газ тек жоғары температурада болуы мүмкін. Плазманы магниттік өрістер арқылы газды сақина түрінде бұрап, кеңістікте бір орында ұстауға болады. Басқарылатын термоядролық реакцияларды жоғары температуралы плазманы магнит өрістері арқылы жіпке айналдыру арқылы да зерттеуге болады.
Магнит өрісінің әрекетінің мысалыиондалған газда in vivo - Aurora Borealis. Бұл керемет көрініс Арктикалық шеңберден тыс жерде жер бетінен 100 км биіктікте байқалады. Газдың жұмбақ түрлі-түсті жарқырауын тек 20 ғасырда түсіндіруге болады. Полюстерге жақын жердің магнит өрісі күн желінің атмосфераға енуіне кедергі жасай алмайды. Магниттік индукция сызықтары бойынша бағытталған ең белсенді сәулелену атмосфераның иондануын тудырады.
Заряд қозғалысына байланысты құбылыстар
Тарихи түрде өткізгіштегі ток ағынын сипаттайтын негізгі шаманы ток күші деп атайды. Бір қызығы, бұл ұғымның физикадағы күшке еш қатысы жоқ. Өткізгіштің көлденең қимасы арқылы уақыт бірлігіндегі зарядты формуласы қамтитын ток күші:
I=q/t, мұндағы t – зарядтың ағу уақыты q
Шын мәнінде, ағымдағы күш заряд мөлшері болып табылады. Оның өлшем бірлігі N.-дан айырмашылығы Ампер (A)
Күштің жұмысын анықтау
Затқа күшпен әсер ету жұмысты орындаумен қатар жүреді. Күштің жұмысы – күш пен оның әсерінен өткен орын ауыстырудың көбейтіндісіне және күш пен орын ауыстыру бағыттары арасындағы бұрыштың косинусына сандық түрде тең физикалық шама.
Формуласы A=FScosα болатын күштің қалаған жұмысы күштің шамасын қамтиды.
Дененің әрекеті дененің жылдамдығының өзгеруімен немесе энергияның бір мезгілде өзгеруін көрсететін деформациямен бірге жүреді. Күштің атқаратын жұмысы тәуелдімәндер.
