Πώς επηρεάζει η δύναμη ένα στερεό;
1. Παραμόρφωση:
* ελαστική παραμόρφωση: Όταν μια δύναμη εφαρμόζεται σε ένα στερεό, μπορεί να παραμορφωθεί ελαστικά, πράγμα που σημαίνει ότι επιστρέφει στο αρχικό της σχήμα μόλις αφαιρεθεί η δύναμη. Αυτό είναι δυνατό επειδή οι ενδοατομικοί δεσμοί εντός του στερεού είναι τεντωμένοι ή συμπιεσμένοι, αλλά όχι σπασμένοι. Το ποσό της παραμόρφωσης είναι ανάλογη με την εφαρμοζόμενη δύναμη (νόμος του Hooke).
* Πλαστική παραμόρφωση: Εάν η εφαρμοζόμενη δύναμη υπερβαίνει το ελαστικό όριο του στερεού, το υλικό θα παραμορφωθεί μόνιμα. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ενδοατομικοί δεσμοί μεταβάλλονται μόνιμα και το στερεό δεν επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα. Αυτό είναι γνωστό ως απόδοση ή μόνιμη παραμόρφωση.
* Κάταγμα: Εάν η εφαρμοζόμενη δύναμη είναι ακόμη ισχυρότερη, μπορεί να προκαλέσει τη διάσπαση ή το κάταγμα του υλικού. Αυτό συμβαίνει όταν η εφαρμοζόμενη δύναμη υπερβαίνει την τελική αντοχή εφελκυσμού του υλικού.
2. Πρόταση:
* Μετάφραση: Η δύναμη μπορεί να προκαλέσει ένα στερεό να μετακινηθεί σε μια ευθεία γραμμή (μετάφραση). Η επιτάχυνση του αντικειμένου είναι άμεσα ανάλογη προς την εφαρμοζόμενη δύναμη και αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του (ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα).
* περιστροφή: Η δύναμη μπορεί να προκαλέσει ένα στερεό να περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα. Αυτό ονομάζεται ροπή, η οποία είναι το προϊόν της δύναμης και της κάθετης απόστασης από τον άξονα περιστροφής.
3. Μεταφορά ενέργειας:
* Εργασία: Η δύναμη μπορεί να δουλέψει σε μια σταθερή, μεταφέροντας ενέργεια σε αυτό. Οι εργασίες ορίζονται ως η εφαρμοζόμενη δύναμη πολλαπλασιασμένη με την απόσταση που μετακινείται προς την κατεύθυνση της δύναμης. Αυτή η ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί ως δυνητική ενέργεια (π.χ. σε ένα τεντωμένο ελατήριο) ή να μετατραπεί σε κινητική ενέργεια (π.χ. μια κυλιόμενη σφαίρα).
* Θερμότητα: Η δύναμη μπορεί να προκαλέσει εσωτερική τριβή μέσα σε μια στερεά, δημιουργώντας θερμότητα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα μόρια μέσα στο στερεό δονείται και συγκρουστούν μεταξύ τους, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας.
4. Αλλαγές στην κατάσταση:
* τήξη: Αρκετή δύναμη μπορεί να ξεπεράσει τους διαμοριακούς δεσμούς που κρατούν ένα στερεό μαζί, προκαλώντας το να λιώσει σε ένα υγρό.
* εξάχνωση: Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, η δύναμη μπορεί να προκαλέσει ένα στερεό να μετατραπεί άμεσα σε αέριο, παρακάμπτοντας την υγρή κατάσταση.
Παραδείγματα:
* Πιέστε μια πόρτα: Εφαρμόζετε μια δύναμη στη λαβή της πόρτας, προκαλώντας την περιστροφή και το άνοιγμα.
* Τεντώστε μια λαστιχένια ζώνη: Εφαρμόζετε μια δύναμη στη λαστιχένια ζώνη, προκαλώντας την έκταση ελαστικά. Εάν εφαρμόσετε υπερβολική δύναμη, θα σπάσει (κάταγμα).
* Σφυρίστε ένα καρφί: Εφαρμόζετε μια δύναμη στο κεφάλι του σφυριού, προκαλώντας το να επιταχύνει και να χτυπήσει το νύχι, οδηγώντας το στο ξύλο.
* Θέρμανση μιας μεταλλικής ράβδου: Η εφαρμογή της θερμότητας σε μια μεταλλική ράβδο αυξάνει τις δονήσεις των μορίων της, προκαλώντας την επέκταση.
Συνοπτικά, η δύναμη διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη συμπεριφορά των στερεών, επηρεάζοντας το σχήμα, την κίνηση, την ενεργειακή κατάσταση και ακόμη και τη φάση τους. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα εξαρτώνται από τις ιδιότητες του στερεού, το μέγεθος και την κατεύθυνση της δύναμης και τον χρόνο κατά τον οποίο εφαρμόζεται.
