Fenomene mecanice

Corpurile interacționează între ele: se atrag, se resping, se deformează sau își schimbă starea de mișcare. Mărimea fizică ce măsoară interacțiunea dintre corpuri este forța (F). Unitatea SI a forței este newtonul (N), iar instrumentul de măsură este dinamometrul.

Greutatea (G) este forța cu care Pământul atrage un corp: G = m·g, unde g ≈ 9,8 N/kg (în probleme folosim adesea g = 10 N/kg). Atenție: greutatea nu este același lucru cu masa! Masa (în kg) este aceeași peste tot, dar greutatea depinde de astrul pe care ne aflăm — pe Lună, g este de circa 6 ori mai mic.

Forța elastică apare într-un corp deformat elastic (de exemplu un resort) și tinde să-l readucă la forma inițială: Fe = k·Δl, unde k este constanta elastică a resortului, iar Δl este alungirea. Forța de frecare apare la suprafața de contact dintre corpuri și se opune mișcării; ea este utilă la mers (fără frecare am aluneca), dar dăunătoare în motoare, unde se reduce prin ungere.

Principiul inerției (principiul I): un corp își păstrează starea de repaus sau de mișcare rectilinie uniformă atâta timp cât asupra lui nu acționează alte corpuri sau acțiunile acestora se compensează reciproc.

Principiul fundamental (principiul al II-lea): dacă asupra unui corp acționează o forță, corpul capătă o accelerație direct proporțională cu forța și invers proporțională cu masa: F = m·a. Accelerația arată cât de repede se schimbă viteza și se măsoară în m/s².

Principiul acțiunii și reacțiunii (principiul al III-lea): dacă un corp acționează asupra altui corp cu o forță (acțiunea), al doilea corp acționează asupra primului cu o forță egală în modul și opusă ca sens (reacțiunea). Acțiunea și reacțiunea se aplică pe corpuri diferite, deci nu se anulează reciproc.

O forță efectuează lucru mecanic atunci când își deplasează punctul de aplicație. Pentru o forță constantă care acționează pe direcția deplasării, lucrul mecanic este L = F·d. Unitatea SI a lucrului mecanic este joule-ul (J): 1 J = 1 N·1 m.

Puterea arată cât de repede se efectuează lucrul mecanic: P = L/t. Unitatea SI a puterii este wattul (W): 1 W = 1 J/s. Un bec de 60 W consumă 60 J în fiecare secundă.

Energia este capacitatea unui corp de a efectua lucru mecanic. Energia cinetică este energia de mișcare: Ec = m·v²/2. Energia potențială gravitațională depinde de înălțime: Ep = m·g·h. Suma lor formează energia mecanică. Energia nu dispare și nu apare din nimic — doar se transformă dintr-o formă în alta.

Un corp este în echilibru de translație atunci când suma forțelor care acționează asupra lui este zero. De exemplu, o carte așezată pe masă este în echilibru: greutatea ei este compensată de forța cu care masa apasă în sus (reacțiunea normală).

Pârghia este o bară rigidă care se poate roti în jurul unui punct de sprijin. Condiția de echilibru a pârghiei: F1·b1 = F2·b2, unde b1 și b2 sunt brațele forțelor. Pârghiile ne ajută să ridicăm corpuri grele cu forțe mici — ranga, foarfecele, cleștele și roaba sunt pârghii.

Scripetele este o roată cu șanț peste care trece un fir. Scripetele fix nu reduce forța necesară, dar schimbă direcția ei (e mai comod să tragi în jos decât să ridici). Scripetele mobil reduce forța la jumătate: F = G/2.

Presiunea arată cât de concentrată este apăsarea unei forțe pe o suprafață: p = F/S. Unitatea SI este pascalul (Pa): 1 Pa = 1 N/m². De aceea cuțitul ascuțit taie ușor (suprafață mică, presiune mare), iar schiurile ne împiedică să ne afundăm în zăpadă (suprafață mare, presiune mică).

Presiunea hidrostatică este presiunea exercitată de o coloană de lichid în repaus: p = ρ·g·h. Ea crește cu adâncimea și nu depinde de forma vasului. Legea lui Pascal: presiunea exercitată asupra unui lichid închis se transmite integral în toate direcțiile — pe acest principiu funcționează presa hidraulică și frânele hidraulice.

Legea lui Arhimede: un corp scufundat într-un lichid este împins de jos în sus cu o forță egală cu greutatea lichidului dezlocuit: FA = ρlichid·g·Vdezlocuit. Dacă FA > G corpul urcă și plutește; dacă FA < G corpul se scufundă. Așa se explică plutirea vapoarelor și ridicarea baloanelor cu aer cald.