Ich beschäftige mich also mit verschiedenen Themen wie Physik wie einfache Maschinen, Massenschwerpunkt, Impuls, Energieerhaltung, Gleichgewicht, aber je mehr ich diese "oberen" Konzepte studiere, desto mehr merke ich, dass ich das grundlegende Konzept der Kraft nicht verstehe . Insbesondere nach dem Übergang vom vereinfachten Modell, Objekte als Punktpartikel zu betrachten, hin zu ihrer Untersuchung als Objekte mit räumlichen Dimensionen (ob symmetrisch oder nicht), habe ich Probleme, mir vorzustellen, wie (oder ob überhaupt) Kraft durch den Körper eines Menschen übertragen wird Objekt, wenn es gezielt nur durch eine Körperseite ausgeübt wird.
Ich weiß, dass mechanische Kraft aus elektromagnetischen Gründen möglich ist, also nehmen wir an, wenn ich ein Objekt habe, das groß und würfelförmig ist, und ich dieses Objekt zufällig mit meiner Hand drücke und das Objekt nur auf einer Fläche berühre (was ist der Bereich des Objekts, den meine Hand zufällig bedeckt), kann ich davon ausgehen, dass die Kraft, die nur auf einen bestimmten Bereich wirkt, alle anderen Atome erreicht / beeinflusst, aus denen das Objekt besteht, egal wie weit es ist vom genauen Ansprechpartner? Oder wird die Kraft schwächer, je weiter andere Bereiche des Objekts vom Kontaktpunkt entfernt sind? Ist diese Denkweise über Kraft in der Physik richtig oder falsch?
Diese Verwirrung beginnt mich besonders zu stören, wenn ich diese anderen Konzepte wie einfache Maschinen, statisches Gleichgewicht, Drehmoment erreiche, wenn mehrere separate Objekte miteinander in Kontakt stehen (wie bei einem Hebel, bei dem Sie separate Objekte wie Drehpunkt, Hebel, Masse haben). einander berühren oder im statischen Gleichgewicht haben Sie Dinge wie Wände, Balken, Boden, die sich alle berühren) und ich habe jetzt Schwierigkeiten zu denken, wie Kraftdiagramme funktionieren oder warum ein Objekt unter Spannung bricht oder wie einfache Maschinen einen mechanischen Vorteil bieten oder wie Drehmoment möglich ist etc... Also, wenn jemand seinen Einblick in dieses Problem geben kann, wäre das sehr zu schätzen. Danke.
Die Antwort hängt vom Material des Körpers ab, auf den Sie Kraft ausüben.
Wenn es sich um einen starren Körper handelt, ist seine Form per Definition konstant. Nehmen wir hier der Einfachheit halber an, dass Ihr Kraftvektor durch den COM geht, so dass kein Drehmoment auf den Körper wirkt, dann erfährt jedes Partikel die gleiche Kraft in die Richtung, in die Sie drücken, sobald Sie anfangen zu drücken.
Wenn der Körper nicht starr wie ein Schwamm ist, drückt er zunächst, da die Bereiche, die näher am Angriffspunkt liegen, mehr Kraft erhalten als andere. Gleichzeitig beschleunigt der Körper auch in Kraftrichtung. Diese Vertiefung wird fortgesetzt, bis die Rückstellkräfte die geringeren Kräfte an den äußeren Bereichen ausgleichen, bis zum stationären Zustand, wenn Sie sehen, dass der Schwamm, obwohl er am Punkt der Krafteinwirkung etwas gedrückt ist, seine Form nicht mehr ändert. Im stationären Zustand ist die Kraft auf alle Teilchen wieder gleich.
Praktisch ist kein Körper wirklich starr. Bei den meisten Objekten, die wir als starr bezeichnen, ist die Depression jedoch nicht wahrnehmbar, und der stationäre Zustand wird fast sofort erreicht.
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Sich vorzustellen, wie sich Kraft über ein Objekt ausbreitet, ist schwierig. Deshalb bezahlen sie Maschinenbauingenieure dafür, die Ergebnisse von Supercomputern zu analysieren, die simulieren, wie sich diese Kräfte verhalten. Machen Sie sich also keine Sorgen, dass es schwierig erscheint.
Das Werkzeug, das ich verwenden würde, um dem Ganzen einen Sinn zu geben, ist die Aufhängungsfeder eines Autos. Wir haben uns mit ihnen befasst, also ist es ein nützliches Werkzeug. Wenn Sie auf das Auto drücken, versucht es, wieder hochzudrücken. Wenn Sie versuchen, das Auto hochzuziehen, zieht es wieder nach unten. Die Aufhängungsfeder befindet sich in einem stabilen Zustand. Wenn Sie es in die eine oder andere Richtung dehnen, widersteht es dieser Dehnung.
Die elektrostatischen Bindungen in Festkörpern sind ähnlich. In ihrem Ruhezustand sitzen sie in einer "natürlichen" Konfiguration. Es ist diejenige, in der am wenigsten Energie gespeichert ist. Drückt man auf das Objekt, werden die Atome auf der Oberfläche elektrostatisch angeschoben und sie „komprimieren“ die dahinter liegenden Bindungen. Wenn Sie an dem Objekt ziehen, dehnt es die Bindungen.
Was schwierig sein kann, ist zu sehen, wie diese Kräfte übertragen werden. Nehmen Sie dieses Beispiel. Finden Sie ein anständig langes 2x4. Stellen Sie jedes Ende auf Blöcke und stellen Sie sich dann in der Mitte darauf. Offensichtlich muss die Kraft, mit der Sie auf das 2x4 drücken, mehrere Fuß entfernt auf jede der Stützen übertragen werden. Es muss, sonst würdest du fallen. Die Art und Weise, wie dies geschieht, ist jedoch nicht geradlinig. Was Sie feststellen, ist, dass Sie die Moleküle im Boden des Holzes tatsächlich in Spannung versetzen. Wenn Sie das 2x4 biegen, machen Sie den Boden länger. Währenddessen ist die Oberseite in Kompression. Wenn sich die Moleküle auf der Unterseite dehnen, versuchen sie, sich nach innen zurückzuziehen, und das übt eine Druckkraft auf die Moleküle in der Nähe der Oberseite aus. Somit wird die Kraft nach außen zu den Stützen geleitet, aber es werden zwei sehr unterschiedliche Mechanismen verwendet, die nur 3,5 Zoll voneinander entfernt sind!
Als weiteres Beispiel würde ich mich Mr. Wizard's World zuwenden, einer TV-Show aus den frühen 80er Jahren. Er hatte ein großartiges Beispiel dafür mit Salz . Es ist ein Beispiel dafür, wie gegenintuitive Kräfte wirken können, wenn sehr viele Teilchen alle auf eine Kraft reagieren.