張力 (物理)

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

張力乃是由一拉長、伸展的弦對施力者所做的反作用力。張力與弦的長度平行,方向朝弦。

由於張力是力的一種,因此它的單位如同力,也是 \frac{kg.m}{s^2}

張力也存在於弦的內部:若考慮把弦分成兩個部分,則張力便是這兩個部分互相對彼此作用(拉扯對方)的力。張力的大小決定弦是否斷裂,因此張力也是振动(參見vibrating string)的性質之一,而弦樂器則是靠調整弦的張力來調整其音高,並藉由震動弦發出聲響。

通常將弦繃緊,則張力也會增加。在拉長的長度夠小時,胡克定律可以描述這個力的大小。

狹義相對論中的似弦物體(例如在一些模型中與夸克作用的)或現代弦論中的弦裡也討論張力。我們藉由這些弦的世界面world sheet)分析這些弦,它們的能量通常與它們的長度成正比。在這些弦中的張力與它的伸長量無關。

圖中顯示以繩子吊起一個球體的情況中所有的。當中的張力是繩子對支架產生的力 (F on scaffold by rope),繩子對球體產生的力 (F on the ball by rope) ,及平衡的繩子產生力和受力的力。

處於平衡狀態的系統[编辑]

系統處於平衡狀態時,所有力量的總和是零。

\sum_ {} \vec{F} = 0 [1]

考慮右圖系統中的一個球體,該球體被一條張力為T的繩子垂直吊下。此系統處於平衡狀態,因為繩子的張力(把球體拉起的力)等於球體的重力,即是把球體向下拉的力。

\sum_ {} \vec{F} = \vec{T} + m\vec{g} = 0 [1]

處於有淨力狀態的系統[编辑]

相對於系統處於平衡狀態,淨力狀態的系統是有一種方向的力所推動的,也就是說總力並不是零,而加速和力的方向總是相同的。

\sum_ {} \vec{F} \ne 0[1]

舉例說,考慮到上圖同一個系統,但假設球體開始向下方加速。因此在此狀況,這系統存在了一個淨力向某一個方向加速。這隻向下加速的球體亦同時表明|mg| > |T|

\sum \vec{F} = T - mg \ne 0[1]

在另一個情況,舉例有兩小球甲和乙分別有m_1m_2 的質量,它們分別連接在一條不可伸長的繩的頭末兩處,並且把繩的中端掛在一個無摩擦力的滑輪上。因此,在小球甲上有兩種力施加在其身上;分別是其重量的重力把它推向下方(w_1=m_1g)及由繩而來的張力T將他推回上方。如果小球甲的質量比小球乙高,m_1 > m_2.,就會有一淨力F_1施加在小球甲身上,其淨力可寫成w_1-T,因此 m_1a=m_1g-T

現代物理學的張力[编辑]

狹義相對論中的似弦物體(例如在一些模型中與夸克作用的)或現代弦論中的弦裡也討論張力。我們藉由這些弦的世界面world sheet)分析這些弦,它們的能量通常與它們的長度成正比。在這些弦中的張力與它的伸長量無關。


參見[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Section 5.7. Seventh Edition, Brooks/Cole Cengage Learning, 2008.