Siła przyciągania, siły zbrojne, siła grawitacji i siła udźwigu. Mocarstwo, pole siłowe, paliwo i mocna akcja. Moc atomowa, moc uzdrawiania, siła mięśni i moc umysłu. Siłacz, przejaw siły, pokarm dający siłę i siłownia. Siła robocza, siła wiatru, moc przerobowa. Wyrażenia pochodne od mocy i siły są powszechnie stosowane, w znaczeniach bardziej i mniej dosłownych. Są nam dobrze znane, jednak pozostają abstrakcyjne.
Czym zatem są siła i moc?
Terminy te pochodzą z fizyki. Siła to coś, co może wprawić ciało w ruch lub spowodować jego odkształcenie. Siła jest potrzebna aby wykonać pracę, podczas której zużywana jest energia.
Jak powstają siły i jak się je stosuje?
Siła występuje w czterech głównych postaciach, zwanych też oddziaływaniami podstawowymi:
- Oddziaływanie grawitacyjne
Oczywiście, pierwszą z nich jest grawitacja (ciążenie powszechne). Nie chodzi tu tylko o oddziaływanie Ziemi na nas, lecz też nas na nią. Wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie i wzajemnie się przyciągają, nawet jeśli wydaje nam się, że przyciąganie zachodzi tylko w jedną stronę. Siła przyciągania pomiędzy obiektami jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami. Znaczy to, że zasięg działania przyciągania grawitacyjnego jest nieograniczony.
Cząsteczka elementarna przenosząca oddziaływanie grawitacyjne to 'grawiton’, którego siła względna wynosi 10-38 , a zasięg ∞ [m].
- Oddziaływanie elektromagnetyczne
Kolejną dobrze nam znaną z życia codziennego siłą jest siła elektromagnetyczna. Odpowiada za siły działające między cząstkami posiadającymi ładunek elektryczny, np. w prądzie elektrycznym, falach radiowych, czy promieniowaniu słonecznym. Ładunki elektryczne mogą się przyciągać (bieguny różnoimienne) lub odpychać (bieguny jednoimienne). Zakres oddziaływania elektromagnetycznego, podobnie jak zakres oddziaływania grawitacyjnego, jest nieskończony; pomniejsza się proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego odległości pomiędzy ładunkami.
Cząsteczka elementarna przenosząca oddziaływanie elektromagnetyczne to 'foton’, którego siła względna wynosi 10-2 , a zasięg ∞ [m].
- Oddziaływanie słabe
Następne w kolejce jest oddziaływanie słabe. Wiąże się z radioaktywnością i wymusza na naszym słońcu produkcję światła. Pod wpływem oddziaływania słabego cząstki elementarne przekształcają się w siebie nawzajem (np. elektron w neutrino, kwark w innego kwarka, lub neutron w proton – proces znany jako rozpad beta). Oddziaływanie słabe zachodzi wyłącznie na poziomie subatomowym i wyłącznie w zakresie jednej tysięcznej średnicy protonu. Ludzie zazwyczaj nie zdają sobie sprawy z występowania oddziaływania słabego i silnego, chociaż są one niezbędne do życia.
Cząsteczki elementarne przenoszące oddziaływanie słabe, W+, W– i Z0 mają siłę względną wynoszącą 10-3 i zasięg 10-18 [m].
- Oddziaływanie silne
Oddziaływanie silne to to, które utrzymuje spójność jąder atomów. Kwarki w każdym z jąder komunikują się ze sobą wymieniając gluony. Im bardziej się od siebie oddalają, tym silniejsze staje się oddziaływanie, dzięki czemu cząsteczki pozostają w grupie. Oddziaływanie silne jest najsilniejszym ze wszystkich czterech, jednak jego zasięg to tylko jedna średnica atomu.
Cząsteczki elementarne przenoszące oddziaływanie silne to gluony, ich siła względna wynosi 1, a zasięg 2.5*10-15 [m].
Podsumowując nasze życie jest uwarunkowane przez wyżej wspomniane siły. Współcześni fizycy zakładają, że w czasach poprzedzających Wielki Wybuch istniała tylko jedna siła, oddziaływanie podstawowe odpowiedzialne za wszystko. Wspomniane przez nas cztery oddziaływania podstawowe wyodrębniły się na skutek towarzyszącej wielkiemu wybuchowi ekspansji. Jeśli faktycznie miał miejsce Wielki Wybuch, powinniśmy być w stanie opisać wszystkie cztery oddziaływania w ramach wspólnej teorii – tak zwanej 'Teorii wszystkiego’.
W praktyce
Przetworniki sił napięcia do pomiaru siły w procesie produkcji
…oddziaływania silne i słabe są dla nas praktycznie niewidoczne. Z drugiej strony oddziaływania grawitacyjne i elektromagnetyczne są doskonale widoczne. Doświadczamy ich podnosząc ładunki, mierząc ciężary, zabezpieczając mosty przed naprężeniami lub po prostu poruszając się.
Siły te da się zmierzyć. Można zmierzyć siły towarzyszące pracy dźwigów, podnośników i urządzeń mobilnych, da się zmierzyć siły w geotechnologii, mechanice scenicznej, inżynierii mechanicznej, technologii medycznej i robotyce: dzięki czujnikom tensometrycznym można zaoszczędzić czas i zabezpieczyć swoją inwestycję przed usterkami mechanicznymi.
Jeśli potrzebne są informacje na temat tego, jaki czujnik najlepiej sprawdzi się w danych warunkach, które elementy wpływają na dokładność, bezpieczeństwo czy ekonomiczność pomiaru, lub jak zaoszczędzić miejsce, wagę i koszty, wystarczy skontaktować się z nami. Grupa WIKA od ponad 20 lat zajmuje się pomiarem sił, więc z łatwością rozwiąże wszystkie problemy!
Uwaga
Być może będą Państwo zainteresowani także poniższymi artykułami:
Sworznie pomiarowe: Definicja i obszary zastosowań
Sworznie pomiarowe: Redundancja i bezpieczeństwo