Az erő fogalma már az előtt megjelenik az életünkben, hogy általános iskolában először hallanánk róla. Amikor megkérnek minket otthon a szüleink, hogy segítsünk hazacipelni a boltból a megvásárolt ételt, vagy hogy segítsünk az autót odébb tolni, akkor bizony erőt kell kifejtenünk – ezen erőt már több mint három évszázaddal ez előtt definiálta Isaac Newton

Annál is inkább érdemes tisztában lennünk az erő fogalmával, hiszen az iskolai fizika tananyag egyik legkönnyebben emészthető része. Mi az erő definíciója, vagy a mértékegysége? Milyen ismert erőhatások vannak jelen a környezetünkben?

Az erő fogalma

Erőhatásnak nevezzük a testek azon egymásra kifejtett hatását, amely alak-, illetve mozgásállapot-változást eredményez. Az erőhatás elsődleges következménye a mozgásállapotváltozás, másodlagos következménye az alakváltozás. Az erő vektormennyiség, tehát nagysága és iránya is van. Az erő jele F.

A fogalomból következik, hogy ahhoz erőre van szükségünk, hogy egy nyugalmi állapotban levő testet mozgásra bírjunk. Ahhoz szintén erőre van szükségünk, hogy egy egyenes vonalú, egyenletes mozgást végző test sebességét növelni, vagy csökkenteni tudjuk. Szintén erőre van szükség ahhoz, hogy egy testet deformálni tudjunk.

Minden egyes erőhöz rendelhetünk egy hatásvonalat és egy támadáspontot. Az erő támadáspontja az a pont, ahol az erőátvitel történik egyik testről a másikra. A hatásvonal azonon egyenes, amely átmegy az erő támadáspontján, és az erő vonalába esik.

Amennyiben feltételezzük, hogy a test tömege állandó, a testre ható erő egyenesen arányos az általa létrehozott gyorsulás nagyságával, az arányossági tényező pedig a test tömege, azaz tehetetlenségi mértéke.

dinamika alapegyenlete

Az erő mértékegysége N (Newton).

Erő mértékegysége

Az erő nagysága kifejezhető a lendületváltozás nagyságával is. Minél nagyobb a fellépő erőhatás, annál nagyobb mértékben változik meg a test lendülete egységnyi idő alatt.

Kifejezése a lendületből

Ki volt a fogalmának megalkotója?

Az erő fogalmát Sir Isaac Newton alkotta meg, őt tekintik a modern mechanika atyjának. Számos tudományágban alkotott maradandót, köztük a fizikában, matematikában, csillagászatban.


Milyen ismert erőtörvények vannak a fizikában?

A fizikában számos olyan erőtörvény ismert, melyet egyértelműen leírhatunk egyenletekkel. Lássunk ezek közül néhányat!

Gravitációs erő

Bármely két fizikai test között fellép egy erőhatás, mely a gravitációs erő. Ez mindig vonzóerő, az erőhatások közül az egyik leggyengébb. Ezen erő egyenesen arányos a két test tömegének szorzatával, és fordítottan arányos a két test távolságának négyzetével. Az összefüggést Newton ismerte fel, a képletben a gravitációs állandó szerepel.

Gravitációs erő képlete

Nehézségi erő

A szabadon eső testek gyorsuló mozgást végeznek, ezt a gyorsulást teremti meg a nehézségi erő. Mivel a Föld forgómozgást végez, az iránya picit eltér a gravitációs erő irányától.

Nehézségi erő képlet

Súrlódási erő

A súrlódási erő a felületek egyenletlenségének köszönhetően lép fel. Természetesen azt gondolhatnánk, hogy a nagyon „rücskös” felületek kedvezőtlenek, míg a nagyon simák kedvezőek. Ez az állítás alapvetően tévedés, a nagyon sima felületek között ugyanis kémiai kötések jöhetnek létre.

A súrlódási erőre ne úgy gondoljunk automatikusan, mint egy káros hatásra, ugyanis rengeteg helyzetben előnyös – gondoljunk csak a fékrendszerek működésére, vagy a krétára, amivel a táblára írnak a tanárok.

Három ismert fajtája létezik. Ezek a tapadási, csúszási és gördülési súrlódás.

Súrlódás a vonat mozgásakor

Tapadási súrlódási erő. A tapadási súrlódási erő nyugvó, érintkező testek esetén lép fel, ahol az egyik testre erőt fejtünk ki, míg a másik test nyugalomban marad. Ennek az erőnek az iránya mindig ellentétes a húzóerő irányával, nagysága pedig azonos a húzóerő nagyságával. A tapadási súrlódási erő maximális értéke egyenlő annak a húzóerőnek az értékével, amelynél a test még éppen nyugalomban marad. A tapadási súrlódási erő nagysága egyenesen arányos a felületeket merőlegesen összenyomó erő nagyságával, az arányossági tényezőt a tapadási súrlódási együttható teremti meg.

tapadási súrlódási erő egyenlete

Csúszási súrlódási erő. A csúszási súrlódási erő az egymáson elcsúszó felületek között lép fel, itt már nem nyugalmi állapotról beszélünk. Nagysága nem függ az érintkező felületek nagyságától, vagy azok relatív sebességétől. A törvényszerűség nagyon hasonló a ahhoz, amit a tapadási súrlódásnál is megismerhettünk. Az erő nagysága egyenesen arányos a felületeket merőlegesen összenyomó erővel, valamint a csúszási súrlódási együtthatóval.

Csúszási súrlódás képlete

Gördülési súrlódási erő. A gördülési súrlódási erő abban az esetben lép fel, ha a testek úgy mozdulnak el egymáshoz képest, hogy egymáson elgördülnek, nem pedig elcsúsznak. Ez sokszor nagyon kedvező, gondoljunk csak a fogaskerekek működési elvére – nincs szükség ahhoz, hogy a komplett berendezés helyzetét megváltoztassuk. A gördülési súrlódási erő egyenesen arányos a felületeket merőleges összeszorító erővel, és a felületek minőségét jellemző gördülési együtthatóval.

Gördülési súrlódás képlete

Közegellenállási erő

Amennyiben egy test egy közegben mozog, akkor arra a közeg egy akadályozó erőhatást fejt ki. Ez a hatás nem más, mint a közegellenállás, ezt a közegellenállási erővel jellemezhetjük. A nagysága függ a

  • közegellenállási tényezőtől
  • közeg sebességétől
  • homlokfelület nagyságától
  • a testek egymáshoz viszonyított sebességétől

Az egymáshoz viszonyított sebességet leszámítva egyenes arányosság figyelhető meg.

Súlyerő

A súlyerő azon erőhatás, mellyel a test az alátámasztást nyomja vagy a felfüggesztést húzza.

A súlyerő mindennapokból

Összefoglalás

Az erő fogalmának ismerete jóformán elengedhetetlen mindenki számára, aki a dinamika rejtelmeiben el szeretne mélyedni. Különösen fontos, hogy ismerjük az erő fogalmát, valamint az erőtörvényeket, hiszen ezek azok, amik a számítási példákban a legtöbbször előfordulnak.

Címkék:

Online tanulófelület

Kattints!