Forțe, electricitate și magnetism

Forța poate schimba mișcarea sau forma unui corp. Două forțe egale și opuse aplicate potrivit pot menține echilibrul de translație. Greutatea este forța gravitațională asupra corpului; masa descrie cantitatea de materie și se măsoară în kilograme. Un corp scufundat într-un fluid primește o forță arhimedică orientată în sus, egală cu greutatea fluidului dislocuit. Curentul electric este deplasarea ordonată a purtătorilor de sarcină; tensiunea se măsoară în volți, intensitatea în amperi, rezistența în ohmi.

Pentru un conductor ohmic la temperatură constantă, legea lui Ohm este $U=RI$. Într-un circuit serie, intensitatea este aceeași prin toate elementele, iar tensiunile se adună; în paralel, tensiunea este aceeași pe ramuri, iar curenții se adună. Un curent electric produce câmp magnetic; liniile câmpului magnetic din jurul unui conductor rectiliniu cu curent sunt cercuri concentrice. Magneții au poli și interacționează prin câmpul magnetic.

Legile dinamicii. Principiul I: un corp își păstrează starea de repaus sau de mișcare rectilinie uniformă dacă forța rezultantă este nulă. Principiul II: $F=ma$. Principiul III: dacă un corp acționează cu o forță asupra altuia, acesta acționează cu o forță egală și de sens opus. Greutatea este $G=mg$, cu $g\approx 9,8N/kg$. Forța elastică este $F=k\Delta x$ (legea lui Hooke), iar forța de frecare la alunecare este $F_f=\mu N$.

Circuite electrice. Rezistențele în serie se adună, $R=R_1+R_2$. La legarea în paralel, $\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$. Puterea electrică este $P=UI$. Un magnet permanent are doi poli, nord și sud; polii de același fel se resping, cei de nume contrar se atrag. Acul busolei se orientează după câmpul magnetic al Pământului.

Echilibrul corpurilor. Un corp este în echilibru de translație dacă suma forțelor care acționează asupra lui este nulă. Un obiect agățat de un resort elastic este în echilibru când forța elastică $k\Delta x$ este egală cu greutatea $mg$. Un corp pe o masă orizontală este în echilibru sub acțiunea greutății și a reacțiunii normale, egale și opuse.

Circuitul electric. Un circuit simplu are sursă, conductoare, consumator și întrerupător. Intensitatea curentului se măsoară cu ampermetrul legat în serie, iar tensiunea cu voltmetrul legat în paralel. Sensul convențional al curentului este de la polul pozitiv către cel negativ, în exteriorul sursei. Legea lui Ohm se poate scrie $I=U/R$, $R=U/I$ sau $U=RI$.

Câmpul magnetic al curentului. Oersted a observat în 1820 că un conductor parcurs de curent deviază acul unei busole. Sensul liniilor de câmp în jurul unui conductor rectiliniu se află cu regula burghiului drept. Un solenoid cu curent se comportă ca un magnet cu doi poli.

Exemplu lucrat 1. O rezistență de $6\Omega$ este legată la $12\mathrm{V}$. Calculul dă $I=U/R=(12\mathrm{V})/(6\Omega )=2\mathrm{A}$. Dacă o legi în serie cu alta, rezistența totală crește și curentul scade la aceeași tensiune.

Exemplu lucrat 2: forța arhimedică. Un cub cu volumul $V=0,001{\mathrm{m}}^3$ este scufundat în apă. Forța arhimedică este $F_A=\rho gV=1000\cdot 9,8\cdot 0,001=9,8\mathrm{N}$. Dacă masa cubului este $2\mathrm{kg}$, greutatea lui este $19,6\mathrm{N}$, mai mare decât $F_A$, deci cubul se scufundă.

Exemplu lucrat 3: serie și paralel. Rezistențele $4\Omega$ și $12\Omega$ legate în serie au $R=16\Omega$; la $24\mathrm{V}$, $I=24/16=1,5\mathrm{A}$. Legate în paralel, $\frac{1}{R}=\frac{1}{4}+\frac{1}{12}=\frac{4}{12}$, deci $R=3\Omega$ și, la $24\mathrm{V}$, $I=24/3=8\mathrm{A}$. Rezistența echivalentă în paralel este mai mică decât cea mai mică rezistență.

Greșeli frecvente

• Greșit: masa și greutatea au aceeași unitate.
  Corect: masa se măsoară în kg, greutatea în N.
• Greșit: forța arhimedică este greutatea corpului.
  Corect: este greutatea fluidului dislocuit.
• Greșit: în paralel, intensitatea este identică pe orice ramură.
  Corect: tensiunea este aceeași, iar intensitățile pot diferi.

Înainte și după