Verklegar æfingar í náttúrufræði

22 Eðlisfræðilegar útskýringar og hugtök Kraftar og hreyfing Lögmál Newtons segir að um lokakraft F á massann m gildi, F = ma, þar sem a er hröðun sem massinn fær. Ef lokakrafturinn er 0 verður hröðunin engin og hluturinn heldur þeim hraða sem hann hafði í byrjun. Þennan eiginleika köllum við tregðu. Milli tveggja massa verkar aðdráttarkraftur. Á massa við yfirborð jarðar verkar aðdráttar- kraftur frá jörð, þyngdarkraftur, F = mg, þar sem stærðin g kallast þyngdarhröðun. Eðlis- fræðin greinir þannig á milli hugtakanna massi og þyngd (þyngdarkraftur). Massi hefur grunnmælieininguna kg (kílógram) en þyngd er mæld í N (njúton) eins og aðrir kraftar. Vegna snúnings jarðar er þyngdarhröðunin g ekki sú sama alls staðar á hnettinum. Minnst er hún við miðbaug en stærst við pólana. Hér á landi er þyngdarhröðunin g = 9,82 m/s 2 en 9,80 m/s 2 í New York. Massi hlutar er óháður staðsetningu hlutarins en þyngdin getur verið breytileg með staðsetningu. Lögmál Newtons á við hreyfingu massamiðju. Fyrir snúningshreyfingu þar semmassamiðja færist ekki notum við svipað lögmál um kraftvægi. Kraftvægi er margfeldi krafts og arms, fjarlægðar milli átakspunkts og snúningspunkts. Kraftvægi gefur hlutnum snúningshröðun, þ.e. breytir snúningshraða. Hlutur er sagður í jafnvægi ef lokakraftvægi á hann er núll. Þetta notum við í ýmsum verkfærum svo sem vogarstöng. Lítill kraftur með langan arm getur gefið stærra kraftvægi en stór kraftur með lítinn arm. Skrúflykill er einfalt dæmi um vogar- stöng, hjólbörur annað. Kraftur sem verkar á hlut þannig að hann færist úr stað framkvæmir á honum vinnu, þ.e. gefur honum orku. Vinnan er margfeldi krafts og færslu ef stefna kraftsins er í færslustefnuna. Þannig getum við oft beitt minni krafti með því að lengja vegalengdina sem kraftinum er beitt yfir. Við nýtum þennan eiginleika í vélum af ýmsu tagi, t.d. skábretti og talíu þar sem byrði er lyft upp um hæð h en krafturinn verkar yfir vegalengd sem er stærri en h. Gír- skipting á reiðhjóli þjónar sama hlutverki. Eðlismassi er hlutfall massa hlutar og rúmmáls. Rúmmál hlutar getur breyst með hitastigi (hitaþensla) svo eðlismassinn breytist líka. Eðlismassi gass breytist einnig með þrýstingi. Lögmál Arkimedesar segir að þyngdarkraftur á hlut sem sökkt er í vökva (eða gas) minnkar sem nemur þyngd vökvans sem hann ryður frá sér. Þessi mismunur á þyngdarkrafti er kall- aður uppdrif. Þegar uppdrifið er minna en þyngd hlutarins sekkur hann til botns en flýtur þegar uppdrif verður jafnt þyngd hans. Við finnum sjálf verulega fyrir þyngdarminnkun í sundlaug en náum ekki að skynja eigin þyngdarmun milli veðurfyrirbæranna hæð og lægð, en hann nemur þó nokkrum tugum mN. Þrýstingur er kraftur á flatareiningu. Uppdrif í vökva eða gasi kemur til vegna þess að þrýst- ingur á neðri brún hlutar er hærri en þrýstingur á efri brún. Þrýstingur í gasi eða vökva er ekki stefnuvirkur, þ.e. hann verkar með sama krafti í allar áttir. Þar sem þrýstingsmunur myndast milli tveggja staða verkar kraftur á efnismassann sem er á milli og leitast við að koma massanum á hreyfingu í átt til lægri þrýstings. Ef engir aðrir kraftar, svo sem þyngdar- kraftur, vega þennan mun upp fær massinn hröðun. Loftþrýstingurinn í kringum okkur