פיזיקה תיכונית/מכניקה/דינמיקה/סוגי כוחות שונים

יד הדוחפת כדור, אדם המושך בול עץ, כבידה הפועלת על חפץ, החיכוך שמפעיל האוויר על גוף – כל אלה הם כוחות הפועלים על גופים שונים.

לענייננו אין זה משנה מה מקור הכוח אלא רק מה התכונות שלו ולכן נסמן כוח כלשהו ${\vec {F}}$ והיחידות הן $N$ (ניוטון), אבל ישנם כמה כוחות ייחודיים שיש להם חוקיות שכדאי להכיר כאן נדון בכמה מהם.

כבידה

כוח הכבידה מסומן ${\vec {w}}$ (בשביל Weight) הכיוון שלו תמיד מאונך כלפי מטה ו - כשהגוף קרוב לפני הקרקע - שווה ל: ${\vec {w}}=m{\vec {g}}$ כלומר כוח הכבידה הפועל על גוף שווה למסה שלו כפול התאוצה של נפילה חופשית הקיימת באותו כוכב.

נורמל

אם חפץ כלשהו מונח על שולחן כאמור פועל עליו כוח כבידה כלפי מטה אך אנחנו רואים שהוא לא זז, לכן על־פי החוק השני של ניוטון קיים כוח שהוא הופכי ושווה בגודלו לכבידה זה הכוח הנורמלי (קוראים לו גם כן נורמל) המסומן ${\vec {N}}$ שהשולחן מפעיל על אותו החפץ, הכוח הנורמלי הוא תמיד מאונך למשטח כלפי חוץ כך שלגוף אין כוח בכיוון המבנה מה שיגורם לחדירתו לתוכו.

חיכוך

נדחוף חפץ כבד בכוח חלש כך שהגוף לא יזוז נגביר את הכוח שבו אנו דוחפים את הגוף עד שפתאום הוא יתחיל לזוז ואז לרוב הכוח הנדרש להמשך התנועה יהיה חלש יותר מזה שנדרש להתחיל את התנועה בהתחלה, הסיבה לכך היא שישנו כוח חיכוך הכיוון של כוח זה הוא תמיד נגד כיוון התנועה ומסומן ${\vec {f}}$ (בשביל friction בשאלות תנועה מעגלית נהוג לסמן חיכוך $f^{*}$ כדי שלא לבלבל עם תדירות המסומנת גם כן $f$). ישנם שני חיכוכים – חיכוך לפני תנועה כלומר שהגוף במנוחה המסומן $f_{s}$ וחיכוך בזמן תנועה שמסומן $f_{k}$ . ה־$f_{s}$ גדל ככל שמשקעים כוח להזיז את הגוף כך שסך הכוחות שווה לאפס עד שמגיעים לגבול מסוים שהוא הרמה העליונה של החיכוך הסטטי והגוף מתחיל לנוע ואז רמת החיכוך יורדת (לרוב) ונשארת קבועה וזהו $f_{k}$ . החיכוך נקבע ע"י סוגי המשטחים המתחככים וגודל זה נקרא קבוע החיכוך המסומן $\mu$ , כמו כן $f_{s}\geq f_{k}$ .

בסף התנועה כלומר הכוח שיגורם לגוף להתחיל לנוע שווה ${\vec {f}}_{s}=\mu {\vec {N}}$ כאשר $\mu$ קבוע החיכוך ו־${\vec {N}}$ הנורמל הפועל בין המשטחים.

מתיחות

לשם פשטות נדון בחבל בעל מסה הניתנת להזנחה.

אם חבל כזה מחובר לקיר מצד אחד ומצדו השני יד מפעילה עליו כוח בשיעור מסוים עד שהחבל מתוח, במצב כזה היד לא זזה מה שאומר שהחבל בנקודת האחיזה מפעיל על היד כוח באותה העוצמה שהיד מפעילה על החבל, אבל גם הנקודה הזו בחבל לא זזה מה שאומר שהנקודה הבאה בחבל מפעילה עליה את אותו הכוח וכך לאורך כל החבל עד לקיר שבו הנקודה האחרונה מפעילה על הקיר כוח שעצמתו שווה לכוח שיד מפעילה על החבל והקיר מצידו מפעיל על החבל את אותו הכוח אבל הפוך כך שלאורך כל החבל יש את אותה המתיחות המסומנת ${\vec {T}}$ (במילה Tension)

במקרים בהם יש לחבל מסה שאיננה ניתנת להזנחה המתח בחבל לא שווה.

לסיכום, אם יש לנו חבל בעל מסה הניתנת להזנחה אם כוח מופעל עליו בצד אחד בצד השני החבל יפעיל על הגוף שמחובר אליו את אותו הכוח ובאותו כיוון.

קפיץ

הכוח שהקפיץ מפעיל על גוף עולה עם המרחק שהקפיץ נמתח/מתכווץ ממנוחה.

נוקשות הקפיץ תלויה בקבוע הקפיץ שמסומן $k$ והיחידות שלו הן כוח/אורך (ניוטון למטר)

ולכן משוואת הכוח שהקפיץ מפעיל נראית כך: ${\vec {F}}=k{\vec {x}}$

• ${\vec {F}}$ הכוח שהקפיץ מפעיל.
• $k$ קבוע הקפיץ, מראה על נוקשות הקפיץ.
• ${\vec {x}}$ השינוי באורך הקפיץ.

חיבור קפיצים:

במקביל: $k=k_{1}+k_{2}$

בטור: ${\frac {1}{k}}={\frac {1}{k_{1}}}+{\frac {1}{k_{2}}}={\frac {k_{1}+k_{2}}{k_{1}\!\cdot \!k_{2}}}$ ולכן כשהקפיצים שונים: $k={\frac {k_{1}\!\cdot \!k_{2}}{k_{1}+k_{2}}}$ וכשהקפיצים זהים: $k={\frac {k^{2}}{2K}}$

הפרק הקודם:	סוגי כוחות שונים	הפרק הבא:
חוקי ניוטון	תרגילים	ייצוג כוחות