HellenicaWorld

Στην Κλασική Μηχανική Δύναμη είναι η αιτία που προκαλεί κάθε μεταβολή της κίνησης ή της γεωμετρίας των σωμάτων.

Είναι η αιτία μεταβολής της κινητικής κατάστασης ελεύθερων σωμάτων, επιταχύνοντας ή επιβραδύνοντάς τα, είτε με εφαρμογή των δυναμικών προβολών να έχουν την κατεύθυνση της ταχύτητας των σωμάτων, διερχόμενες από το κέντρο της μάζας αυτών, είτε αλλάζοντας την κατεύθυνση της τροχιάς τους με τις δυναμικές προβολές να έχουν κατεύθυνση κάθετη στην πορεία τους, διερχόμενες επίσης από το κέντρο της μάζας των, είτε ακόμη και σε εφαρμογή δυναμικών προβολών που δεν διέρχονται από το κέντρο της μάζας αυτών των σωμάτων. Οι δυναμικές προβολές μπορεί να είναι η συνισταμένη μιας δύναμης ή πολλών ταυτόχρονα εφαρμοζομένων δυνάμεων.

Για σώματα που παρουσιάζουν δυνάμεις τριβής ή αντιδράσεις στήριξης, δύναμη είναι η αιτία που προκαλεί κίνηση των σωμάτων ή την κινητικότητα των σημείων στήριξης/σύνδεσης, ή γενικότερα εντατική κατάσταση, ή ακόμα και παραμόρφωση, αυτών των σωμάτων. Ενώ για σώματα που παρουσιάζουν Ισοστατική ή Υπερστατική στήριξη, δύναμη χαρακτηρίζεται η αιτία της εντατικής τους κατάστασης και μερικές φορές της παραμόρφωσης τους.

Με βάση το Διεθνές Σύστημα S.I.(Le Système international d'unités) την Δύναμη την ορίζουμε από τον Νόμο Κίνησης(2ος Νόμος του Νεύτωνα) και μετριέται σε "newton" (νιούτον). Από τον Νόμο Κίνησης ορίζεται Ν = Kgr m/sec²

Το Πεδίο βαρύτητας της Γης δίνει Επιτάχυνση βαρύτητας g0° = 9.780 m/sec2 στα σώματα που βρίσκονται σε γεωγραφικό πλάτος 0° (όπως στον Ισημερινό), και Επιτάχυνση βαρύτητας g90° = 9.832 m/sec² στα σώματα που βρίσκονται σε γεωγραφικό πλάτος 90° (όπως στους Πόλους). 1newton αντιστοιχεί σε Δύναμη 1Kgr .1m/sec² ίσο με 1Kgr/9.780 .9.780m/sec² ίσο με 0.102Kgr.g0°. Άρα μπορούμε να εξισώσουμε 1Ν με Δύναμη βαρύτητας 100gr και προς τιμή του Νεύτωνα συνήθως παρουσιάζεται ίσο με το βάρος ενός Μήλου

Η δύναμη είναι σχετικά αόρατη με αισθητά όμως τ΄ αποτελέσματά της.Χρησιμοποιήθηκε από τον Αρχιμήδη σε Μηχανές(Μηχανισμούς που μεταβιβάζουν ή μετατρέπουν Φορτία Εισόδου σε Φορτία Εξόδου), όμως η θεωρητική της θεμελίωση και η μαθηματική της περιγραφή έγινε από τον Νεύτωνα τον 17ο αιώνα που έκανε χρήση των Απειροστών του Αρχιμήδη και κατάριψε την θεωρία Δύναμης του Αριστοτέλη με την Ουράνια Μηχανική(Μαθηματικές Αρχές Φιλοσοφίας) που περιέχει τους νόμους της κίνησης που φέρουν μέχρι και σήμερα το όνομά του.

Ένα σώμα μπορεί να δεχθεί ταυτόχρονα πολλές δυνάμεις το αποτέλεσμα των οποίων θα είναι η Συνισταμένη αυτών. Όταν οι δυνάμεις αυτές εξουδετερώνονται μεταξύ τους τότε λέγεται ότι το σώμα βρίσκεται σε κατάσταση Ισορροπίας.

Αναπαράσταση

Ένα μηχανικό σύστημα σωμάτων, ή ένα σώμα, ή ένα τμήμα σώματος, το περιβάλλουμε με μία νοητή επιφάνεια και το διαχωρίζουμε από το γενικότερο σύνολο ώστε με την προσέγγιση των Μοναχικών ή Συγκεντρωμένων Δυνάμεων κάθε εξωτερική δύναμη να παριστάνεται γραφικά με ένα Διάνυσμα.

Η Κατεύθυνση του Μοναδιαίου διανύσματος F Μηδέν ορίζεται από την διεύθυνση και φορά της κάθε δύναμης. Το δε Μέγεθος της κάθε δύναμης μπορεί να παρασταθεί με το μήκος του διανύσματος. Η αρχή κάθε διανύσματος είναι το Σημείο Εφαρμογής της δύναμης, δηλαδή το σημείο του σώματος επί του οποίου ενεργεί η δύναμη

Έτσι σχεδιάζοντας ένα Διάγραμμα Ελευθέρου Σώματος παριστάνουμε μία δύναμη με διάνυσμα

F=F.Fo

Η Προβολή ενός Διανύσματος σε Άξονα ορίζεται μαθηματικά με το Εσωτερικό γινόμενο του Διανύσματος επί το Διάνυσμα του Άξονα

Προβολή σε Άξονα = Διάνυσμα.Μοναδιαίο του Άξονα

Το Διάνυσμα της Δύναμης προβάλλεται σε τρεις Ανεξάρτητους Άξονες i,j,k επιτρέποντας μας να χρησιμοποιούμε Αλγεβρικές πράξεις σε κάθε Άξονα αντί για Γραφικές μεθόδους

Fx = F . i

Fy = F . j

Fz = F . k

και το Διάνυσμα της Δύναμης παριστάνεται ως

F =Fx.i +Fy.j +Fz.k

Περιγραφές

Ο Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα, μας λέει ότι η συνολική δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα ισούται με τη μάζα του σώματος επί την επιτάχυνση του:

Από την παραπάνω σχέση, και από τον ορισμό της επιτάχυνσης

συνάγεται πως η μεταβολή της ορμής ενός σώματος με το χρόνο οφείλεται σε κάποια δύναμη:

H συνισταμένη δύο δυνάμεων ισούται με μια τρίτη δύναμη που φέρει τα ίδια αποτελέσματα με τις άλλες δύο και σύμφωνα με τον νόμο των συνημιτόνων υπολογίζεται από τη σχέση

όπου , οι δυνάμεις, και η μεταξύ τους γωνία.

H Δύναμη στην ειδική σχετικότητα

Στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, η ενέργεια και η μάζα είναι ισοδύναμες. Όταν η ταχύτητα ενός σώματος αυξάνεται, αυξάνεται και η ενέργειά του και κατά συνέπεια και η μάζα του. Έτσι, χρειάζεται όλο και μεγαλύτερη δύναμη για να επιταχυνθεί ένα σώμα, καθώς αυξάνεται η ταχύτητά του. Ο ορισμός , ισχύει ακόμη, μόνο που χρησιμοποιείται η σχετικιστική μορφή της ορμής:

όπου

v είναι η ταχύτητα και

c είναι η ταχύτητα του φωτός.

[Επεξεργασία] Είδη δυνάμεων

Οι δυνάμεις διακρίνονται κυρίως σε δυνάμεις εξ επαφής [όπως π.χ. ρυμούλκιση πλοίου) και σε δυνάμεις εξ επιδράσεως, γνωστότερη τέτοια δύναμη είναι αυτή με την οποία η Γη έλκει τα διάφορα σώματα όπου και ονομάζεται βάρος.

Γενικότερα όμως υπάρχει μεγάλο πλήθος δυνάμεων στη φύση: η βαρύτητα, οι ηλεκτρικές και οι μαγνητικές δυνάμεις, η τριβή, η τάση είναι μόνο μερικές από αυτές. Όμως, μόνο τέσσερις δυνάμεις θεωρούνται σήμερα θεμελιώδεις:

* Η ισχυρή δύναμη

* Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη

* Η ασθενής δύναμη

* Η βαρυτική δύναμη

Όλες οι υπόλοιπες δυνάμεις δε θεωρούνται θεμελιώδεις και μπορούν να οριστούν και να αναχθούν στις παραπάνω τέσσερις δυνάμεις.

Δύναμη και δυναμικό

Αντί της δύναμης, χρησιμοποιείται συχνά η έννοια του δυναμικού, η οποία διευκολύνει την περιγραφή του προβλήματος. Για παράδειγμα, η βαρυτική δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα, μπορεί να περιγραφεί και ως το αποτέλεσμα του βαρυτικού πεδίου που βρίσκεται στο σημείο όπου βρίσκεται το σώμα. Ανάμεσα στη δύναμη και στο δυναμικό ισχύει η σχέση:

Οι δυνάμεις μπορούν να χωριστούν σε διατηρητικές (ή συντηρητικές) και μη διατηρητικές. Οι διατηρητικές δυνάμεις είναι αυτές που είναι ισοδύναμες με την κλίση ενός δυναμικού, όπως είναι η βαρύτητα και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Παράδειγμα μη διατηρητικής δύναμης είναι η τριβή.

Δείτε επίσης

* Κεντρομόλος δύναμη
* Φυγόκεντρος δύναμη
* Άνωση
* Βαρύτητα
* Δυναμόμετρο
* Πίεση
* Ροπή
* Στατική