張力

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簡介

這是一種可以透過各種可拉伸產品（如繩索、電線或細繩）傳遞的力。正如 Kim 等人（2021 年）所述，當這些產品受到作用於相對兩端的力的拉伸時，就會表現出這種張力的特性。

產生的張力會貫穿整個電線、繩索或細繩。這種力在物體的兩端拉動相等量的能量。

張力：定義

一般來說，張力與一種特定型別的作用力和反作用力相關，這些力作用在特定物體的兩端。因此，可以確定，張力的方面與壓縮的方面相反。

根據 Mittal 等人（2021 年）的說法，因此注意到張力在繩索或電線的兩端都以類似的方式作用。正如 Merz 等人（2019 年）所述，當由於從相對兩端拉動而導致一定量的力透過這些物體傳遞時，這些物體之間就會存在這種力。 **因此產生的張力會重新定向到整個電線中，並在物體的兩端拉動大量的能量**（deutsch 2022）。

因此，可以確定張力被認為是一種拉力源。

在經典物理學中，繩索通常被認為是無質量的，因此當向一個人展示一根無質量的繩索時，可以觀察到力以完美的方式從一端傳遞到另一端。根據 Rathnasabapathy 等人（2021 年）的說法，每根無質量的繩索都會受到大小相等、方向相反的張力。如果繩索連線到一個塊上，並且系統被拉向一端，那麼繩索顯然會沿一個方向受到張力，並且由於從塊獲得的反作用力，它還會沿另一個方向受到張力。

張力作用於柔性物體，並且它只沿平行於該特定柔性介質路徑的方向起作用。

圖 1：張力

張力：公式

張力用特定的公式表示，即 $\mathrm{T\:=\:mg+ma}$。其中，T 與張力相關，以 N 為單位測量，m 是物體的質量，以 kg 為單位表示（forceinphysics 2022）。g 是重力，其值為 $\mathrm{9.8\:m/s^2}$，a 是加速度，以 $\mathrm{m/s^2}$ 表示。

圖 2：張力

張力：示例

在各種物體中都注意到張力，它被認為是一個組成部分，並在日常生活的各個方面都有觀察到。例如，當兩輛卡車的掛鉤透過鋼纜連線到汽車上時，汽車被牽引（hk-phy 2022）。藉助卡車形成的合力在鋼纜的幫助下進一步傳遞到汽車，從而幫助拉動汽車。

在跳繩活動中會注意到張力，並且由個人的手臂產生的旋轉力有助於在跳躍過程中保持張力。如果繩索上的力減小，繩索就會鬆弛。

圖 3：拖車 - 張力

弓的使用體現了張力的原理，弓通常由木製成的柔性物體和一根緊緊綁在物體兩端的繩子組成，有助於形成弓的 D 形，在拉動箭時，停留在物體中的張力會轉移到繩子上，一旦鬆開，作用在繩子上的張力有助於箭的飛行運動。

在蹦床上跳躍時，人們可以體驗到張力。當一個人試圖跳到綁在金屬物體上的柔性片上時，人的體重會向下壓迫該片，而另一方面，張力有助於該片恢復到其原始形狀，從而使人跳得更高。

張力的三個維度

張力用於描述從三維連續材料（如桁架或杆）的兩端獲得的力。

正如 Thomas 等人（2020 年）所述，這可以通過杆在張力下的膨脹來注意到。因此，這種應力是透過作用在橫截面積單位上的軸向力獲得的。

結論

張力作用於多種材料，在可拉伸材料中觀察最為準確。因此，張力在繩索和彈簧等可拉伸材料中非常明顯地觀察到，這在作用於可拉伸物體兩端的力中有所體現。然而，張力被發現是一種緊湊的力，這種力僅沿與所考慮的特定柔性介質拉伸平行的方向起作用。張力允許力在相對較大的距離內擴散，並且在幅度方面沒有任何損失。此外，這種力有助於改變所施加力的方向。

常見問題

1. 張力如何作用於被拖曳的汽車？

拖車的掛鉤連線到耐用鋼纜的較長端。連線到汽車上的掛鉤有助於卡車拉動汽車。卡車獲得的張力透過鋼纜傳遞，從而幫助拉動連線在其上的汽車。

2. 張力如何作用於蹦床？

蹦床由一個拉伸到金屬物體上的柔性片製成。當一個人跳上蹦床時，身體的重量會向下壓迫該片。張力起作用以保持柔性片的原始位置，從而使人跳得更高。

3. 什麼是張量？

由作用在橫截面積上的力確定的應力形成一個 3x3 矩陣。這種現象稱為張量。

4. 一維弦的張力量是多少？

對於一維弦，張力是標量。但是，張力不是負量。