Понятие силы в физике, теория и онлайн калькуляторы
Понятие силы в физике, теория и онлайн калькуляторыВ инерциальной системе отсчета изменение скорости тела возможно только при взаимодействии его с другими телами. Для характеристики этого взаимодействия используют такую физическую величину как сила. Сила дает количественную меру взаимодействия тел.
Виды сил
По своей природе силы могут быть различными. Существуют гравитационные, электрические, магнитные и другие силы. При рассмотрении задач механики физическая природа сил, вызывающих ускорение тела, не является значимой и не рассматривается. При этом для всех видов взаимодействия количественная мера взаимодействия тел выбирается единым образом. Силы разной природы измеряют в одинаковых единицах, при помощи одних и тех же эталонов. В связи с такой универсальностью механика успешно описывает движение под воздействием сил любой природы.
Определение силы в механике отвечает на вопросы: как измерять силу, и какими свойствами она обладает?
Измерение сил
Результатом взаимодействия тел является деформация тела или его ускорение (или то и другое одновременно). {-12}.$
Для измерения силы на основе явления упругой деформации выбирают, как эталон пружину, для которой известно, что при растяжении на заданную длину пружина действует на закрепленное на ней тело, силой$\ F_0$, которая направлена по оси пружины. Считаем, что две любые силы равны и имеют противоположные направления, если они действуют одновременно, а тело в инерциальной системе отсчета находится в покое или равномерно и прямолинейно движется. Тогда такой эталон можно дублировать в любом количестве. Имея описанную выше пружину можно установить наличие силы, но для ее измерения наш динамометр следует градуировать.
Сила — вектор
Сила имеет модуль (величину), направление и точку приложения. Если на тело действуют несколько сил, то их можно заменять равнодействующей силой, которая находится как векторная сумма всех сил, приложенных к телу. И наоборот, любую силу можно разложить на составляющие, векторная сумма которых равна рассматриваемой силе.
Равнодействующую можно найти по правилу треугольника, параллелограмма или многоугольника. 2}=Н.\]
Основная задача динамики
Основной задачей динамики является изучение и описание движения тел в разных системах отсчета, объяснение причин, определяющих характер их движения. Взаимодействие тел, характеризуемое силами, ведет к изменению характера их движения, следовательно, сила, является важной составляющей большинства законов динамики. Базой классической динамики служат законы Ньютона.
- Первый закон Ньютона: В инерциальной системе отсчета, если на тело не действуют с другие тела или действие их взаимно компенсировано, скорость тела не изменяется ни по модулю, ни по направлению. Тело движется равномерно и прямолинейно.
- Второй закон Ньютона: если тело массы $m$ движется с ускорением $\overline{a}$, по отношению к инерциальной системе отсчета, то на него действует сила: \[\overline{F}=m\overline{a}\left(1\right).\]
Направление ускорения совпадает с направлением, действующей силы.
Закон (1) можно записать в другом виде:
\[\overline{F}=\frac{d\left(m\overline{v}\right)}{dt}=\frac{d\left(\overline{p}\right)}{dt}\left(2\right),\]
где $\overline{p}=m\overline{v}$ — импульс тела.
Ответ. $\mu =\frac{m\left(v_0-v_1\right)}{{t_1v}_1v_0}$
Читать дальше: примеры продольных и поперечных волн.
236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Сила и её свойства. Единица силы.
Си́ла
Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и «точкой» приложения силы.
Также используется понятие линия действия силы, обозначающее проходящую через точку приложения силы прямую, по которой направлена сила.
Ньютон (обозначение:
Ньютон — производная единица. Исходя из второго закона Ньютона она определяется как сила, изменяющая за 1 с скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы. Таким образом, 1 Н = 1 кг·м/с2.
Масса и её свойства. Единица массы. Эталон.
Масса тела — это величина, характеризующая его инертность. Она определяет отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии. Масса тела, как уже говорилось, выражает его собственное свойство (инертность). Поэтому она не зависит ни от того, в каких взаимодействиях тело учавствует, ни от того, как оно движется.
Аддитивность — свойство величин, состоящее в том, что значение величины, соответствующее целому объекту, равно сумме значений величин, соответствующих его частям, в некотором классе возможных разбиений объекта на части. Например, аддитивность объёма означает, что объём целого тела равен сумме объёмов составляющих его частей.
Закон изменения импульса.
Рассмотрим группу тел, взаимодействующих как между собой, так и с телами, не входящими в ее состав (см. рис. 1). Выделим два класса сил, действующих в такой системе:
внутренние силы взаимодействия fi; | |
внешние силы Fi. |
Уравнение движения каждого из n тел системы в импульсной форме имеет вид:
,
где
Сложив уравнения этой системы, получим следующее выражение:
.
По 3 закону Ньютона сумма всех внутренних сил равна нулю, т.к. для каждой силы найдется своя противодействующая равная ей по величине и противоположная по направлению. Величину P, равную векторной сумме импульсов частей pi, назовем полным импульсом рассматриваемой системы тел.
Тогда отношение изменения импульса системы к изменению времени равняется сумме всех внешних сил. Это и есть одна из формулировок закона изменения импульса. Классическая формулировка гласит:
скорость изменения полного импульса системы равна векторной сумме внешних сил, действующих на систему.
Если сумма всех внешних сил равна нулю (замкнутая система) или внешние силы вообще на нее не действуют (изолированная система), то изменение импульса равно нулю и импульс остается неизменным
Определение, виды и единицы силы
Сила определяется как внешняя причина, которая изменяет или стремится изменить состояние тела после ее применения. Если тело находится в движении, оно приходит в состояние покоя, а если в состоянии покоя, то оно приходит в движение. Это также может вызвать изменение направления, формы, размера и т. д. тела. Например, толчок или толкание двери с силой. Сила является векторной величиной, то есть имеет как величину, так и направление. Второй закон Ньютона определяет силу как «произведение массы тела на ускорение».
Пример: Тот факт, что толчок или тяга называется силой, должен быть подчеркнут как основная цель вашего обучения на этом уровне. В нашей повседневной жизни есть несколько примеров сил. Например: сила веса (вес чего-либо). Это сила, с которой летучая мышь действует на мяч, и сила расчески, воздействующая на волосы во время расчесывания.
Определение силы
Сила определяется как толкание или вытягивание предмета. Толчок и тяга вызваны взаимодействием двух вещей. Сила также может быть выражена с помощью таких терминов, как растяжение и раздавливание.
Сила — это внешнее воздействие, которое может изменить состояние покоя или движения тела. Он имеет величину, а также направление. Направление силы — это место приложения силы, а приложение силы — место приложения силы.
Формула силы
Векторное произведение массы (m) и ускорения (a) выражает количество силы. Уравнение или формулу силы можно математически представить в виде:
\[F = ma\] 9{2}})\].
Единица силы
Сила, приложенная к объекту, измеряется в ньютонах и динах. Сила измеряется в динах в системе единиц сантиметр-грамм-секунда (единица СГС). Он представлен в Ньютонах (Н) в стандартной международной системе единиц (единица СИ).
Дайн и Ньютон связаны друг с другом. Мы можем преобразовать значение силы в дайны и ньютоны, используя соотношение между ними. Значение дин в ньютонах и наоборот указано ниже: 9{2}}\]
Как сила может изменить форму объекта
Когда сила приложена к объекту, он может изменить форму за счет изгиба, растяжения или сжатия — или за счет комбинации всех трех факторов.
Сила, способная изменить форму
Силы сжатия, изменяющие форму объектов, включают
Силы, действующие на стенки надутого воздушного шара, когда его сжимают между руками
Сила, необходимая для скручивания чапати или роти тесто
Сила, действующая на пружину или резинку при растяжении
Сила, возникающая при столкновении двух движущихся транспортных средств
Действие силы
Силы, действующие на тело, могут форму тела, ускорять или замедлять его, придавать движение статическому телу или останавливать движение динамического тела.
Эффект силы можно объяснить следующим:
Сила либо увеличивает скорость движущегося объекта, либо перемещает неподвижный объект.
Сила может остановить или уменьшить скорость движущегося объекта.
Воздействие силы вызывает изменение направления объекта.
Форма и размер объекта изменены силой.
Сила может изменить направление движущегося объекта
Как сила может быть использована для изменения направления движущегося объекта? При действии внешней силы на свободно движущийся объект ее направление изменится.
Ниже приведены некоторые примеры:
Когда вы ударяете по мячу для крикета, его направление меняется.
Когда игрок с битой бьет по мячу своей битой, скорость мяча меняется.
Когда человек нажимает на тормоз в автомобиле, автомобиль останавливается со снижением скорости.
Скорость мяча уменьшается, когда его ловит полевой игрок.
Когда мы тянем тележку, ее скорость увеличивается.
Сила может изменить скорость движущегося объекта
Когда к телу прикладывается сила, тело ускоряется, а ускорение изменяет скорость тела. Сила может изменить скорость движущегося объекта, направление движущегося объекта, форму и размер объекта, но не может изменить состав движущегося объекта.
Ниже приведены некоторые примеры:
Когда водитель ускоряет свой автомобиль во время движения, скорость автомобиля увеличивается.
Когда человек использует тормоза в автомобиле, автомобиль полностью останавливается с падением скорости.
Что может сделать сила
Силы могут вызывать ускорение, замедление, остановку, запуск, изменение направления, формы или даже вращение. Давайте обсудим, как это сделать!
Изменить направление и ускориться: представьте, что вы пинаете мяч, который медленно приближается к вам. Он не только будет двигаться быстрее (ускоряться), но и может изменить направление, если вы передадите его кому-нибудь.
Останов: Сила, действующая на объект, заставляет его изменять форму или размер, начинать или прекращать движение, ускоряться или замедляться. Когда два объекта взаимодействуют, они воздействуют друг на друга; эти приложенные силы равны по величине, но противоположны по направлению. Например: представьте себе вратаря, использующего силу, чтобы отразить мяч, который направляется к нему.
Двигаться: когда сила толкает или тянет объект, он движется в том же направлении, что и сила. Чем больше ускорение, тем больше сила и тем легче объект. Это также может привести к замедлению, ускорению или изменению направления чего-либо.
Изменение формы: когда на объект действует сила, он может изменить форму, изгибаясь, растягиваясь или сжимаясь, или комбинируя все три действия. Изменение движения объектов находится в ведении сил. Форма объекта может измениться, если присутствует более одной силы.
Поворот: Чтобы повернуть или повернуть что-либо, требуется сила. Предоставленные сами себе, движущиеся объекты движутся по прямым линиям. Вместо этого требуется много силы, чтобы заставить их вращаться по кругу. Требуются большие силы, чтобы повернуть более тяжелые предметы, раскрутить их быстрее или заставить их вращаться плотнее.
Решенные задачи
1. Майкл использует силу 30 Н, чтобы толкнуть влево коробку весом 2 кг. Энни использует силу 40 Н, чтобы толкнуть ту же коробку вправо. Какова чистая сила коробки?
Возможные ответы:
a)1,33N
b)10N
c)−10N
d)0,75N
Ответ. Суммируем все силы, чтобы получить чистую силу:
\[{{F}_{net}}={{F}_{Майкл}}+{{F}_{Энни}}\].
Поскольку сила является вектором, важно направление действия. Мы превратим движение влево в отрицательное, а движение вправо в положительное. Майкл толкает влево с силой \[30N\], поэтому его сила равна\[30N\]. Энни толкала вправо с силой \[40N\], поэтому ее сила останется равной 40N. 9{2}}~\]
м =\[1000\текст{ }кг\],
Следовательно,
F = ma
=\[1000\times 4\]
= \[4000\] Н.
Резюме
Сила определяется как внешняя причина, которая изменяет или стремится изменить состояние тела после применения; если тело находится в движении, оно приходит в состояние покоя, а если в состоянии покоя, то оно приходит в движение. Это также может вызвать изменение направления, формы, размера и т. д. тела. Можно сделать вывод, что когда сила направлена в направлении движения, скорость объекта возрастает; когда он находится против направления движения, скорость объекта уменьшается. Более того, сила не обязательно должна изменять условия движения.
Типы сил: объяснение, обзор и примеры
Теперь, когда вы освоили основы кинематики, пришло время разобраться, что вызывает различные движения — силы. Сила в физике обычно описывается как толчок или притяжение, которые могут заставить что-то ускоряться (включая остановку). Существует несколько различных типов сил, и к концу этой статьи вы сможете определить каждый из них и начать искать их в реальном мире.
Заинтересованы в лицензии школы Альберта?
Что мы рассматриваем
Описание силСила — это толчок, который может вызвать ускорение чего-либо. Это может быть буквальный толчок, например, толкание большого предмета мебели, чтобы переместить его по комнате. Это может быть менее буквально, как нажатие педали газа в машине. Вы не давите на саму машину, но двигатель начинает работать сильнее, чтобы двигать машину вперед. Это гораздо менее буквальный «толчок», но все же это сила, заставляющая автомобиль ускоряться. Этот «толчок» может быть еще менее интуитивным, поскольку силы могут действовать и на расстоянии. Например, два магнита могут притягиваться или отталкиваться друг от друга, не касаясь друг друга. Мы скоро узнаем об этих различных типах сил, но сначала давайте установим некоторый язык для разговора о силах.
Является ли сила вектором?
Мы говорили о векторах и скалярах, когда только начинали изучать кинематику, и эти идеи применимы до сих пор. Подумайте о том, когда вы толкаете мебель — возможно, вам приходится отодвигать кровать от стены, когда вы меняете простыни.
Вы не просто нажимаете на него случайным образом и надеетесь, что он пойдет в нужном вам направлении. Чтобы переместить кровать, вы нажимаете на нее в нужном вам направлении. Вы также, вероятно, знаете, как сильно вам придется толкать свою кровать, чтобы сдвинуть ее. Это означает, что у вас есть и направление, и величина, что верно для всех типов сил. Итак, ответ на вопрос Является ли сила вектором? это да . На самом деле, иногда вы можете попросить своего учителя физики обратиться конкретно к векторам силы, имея в виду вектор, описывающий силу. Чтобы нарисовать эти векторы самостоятельно, вам нужно сделать что-то вроде диаграммы ниже.
Это бесплатная схема тела, и она очень часто пригодится. Однако сейчас вам просто нужно знать, что именно так мы визуализируем вектор относительно объекта. Мы написали букву «F» рядом со стрелкой, чтобы показать, что вектор является именно вектором силы.
Что такое единицы силы?
Вы обнаружите, что после определенного момента в физике большинство единиц названы в честь ученых. Например, для описания силы используются ньютоны (обозначаются буквой N). Единица Ньютоны названа в честь сэра Исаака Ньютона — известного физика, который был одним из первых, кто действительно работал с силами и понимал их. Когда он впервые опубликовал свое исследование, оно было абсолютно новаторским. Сегодня, спустя несколько столетий, мы все еще полагаемся на законы Ньютона, чтобы объяснить большую часть того, что мы знаем о физике. Нам не нужно слишком углубляться в его законы, но есть один, который помогает объяснить, что такое Ньютоны на самом деле. 92. Хотя выписывать только ньютоны не слишком сложно, если вы начнете добавлять еще больше единиц, это может довольно быстро выйти из-под контроля. Итак, ученые решили упростить вещи и почтить Ньютона за все его новаторские исследования, создав Ньютон.
Заинтересованы в лицензии школы Альберта?
Типы силТипы сил, с которыми вы сталкиваетесь в физике, можно разделить на две категории: те, которые должны касаться объекта (контактные силы), и те, которые могут воздействовать на объект на расстоянии (силы поля). . Мы подробно обсудим оба и приведем несколько общих примеров каждого типа. Возможно, вы встретите больше, если продолжите изучать физику в колледже и сделаете из этого карьеру, но для среднего школьного курса физики этой статьи будет достаточно.
Типы контактных сил
Контактные силы, вероятно, наиболее очевидны. Это силы, при которых объект должен находиться в непосредственном контакте с другим (фактически касаясь его), чтобы испытать силу. В таблице ниже перечислены распространенные типы контактных сил:
Сила | Символ | Определение |
---|---|---|
Сопротивление воздуха | к объекту, падающему через воздух молекулами в воздухе. Это обычно игнорируется в большинстве школьных задач по физике, но это жизненно важно для того, как мы действуем в реальности. | |
Приложенная сила | \text{F}_{\text{приложение}} \text{F}_{\text{p}} | Приложенная сила — это сила, которую сущность воздействует на объект, обычно в форме толчка или тяги. |
Кинетическое трение | \text{F}_{\text{k}} \text{F}_{\text{f}} | Кинетическое трение — это сила, противодействующая движению. Он работает против направления движения и работает только тогда, когда объект, соприкасающийся с ним, скользит, а не катится или кувыркается. Это сила, которая останавливает то, что скользит. |
Нормальная сила | \text{F}_{\text{N}} | Нормальная сила важна в повседневной жизни, так как она предотвращает падение предметов к центру Земли из-за сила тяжести. Нормальная сила — это сила, приложенная к объекту поверхностью, на которой он стоит. Причина, по которой мы называем это «нормальным», заключается в том, что оно всегда нормально (перпендикулярно) к поверхности, на которой сидит объект. |
Усилие пружины | \text{F}_{\text{s}} | Пружинная сила – это именно то, на что это похоже – сила, приложенная к объекту пружиной. Обратите внимание, это может означать все, что сжимается и расширяется подобно пружине. Обычно в физике вы видите только настоящие пружины, но знайте, что если вы работаете со сжатием чего-либо, а затем заставляете его расширяться, воздействуя на другой объект, технически у вас есть сила пружины. |
Статическое трение | \text{F}_{\text{s}} \text{F}_{\text{f}} | Статическое трение имеет место, когда что-то неподвижно относительно поверхности, на которой оно находится. Это будет работать в направлении, противоположном приложенной силе, которая пытается переместить объект. Он будет иметь величину, равную чистой силе, пытающейся сдвинуть объект, и объект не может начать движение, пока чистая сила не превысит максимальное значение статического трения. Стоит отметить, что статическое трение больше, чем кинетическое трение. Вот почему легче заставить что-то двигаться, чем заставить это двигаться. |
Сила натяжения | \text{F}_{\text{T}} | Натяжение зарезервировано для сил, действующих на веревки и струны, аналогично тому, как мы говорим о натяжении веревок и струн в обычном английском языке. В основном это происходит с висящими массами или массами, движущимися по кругу, прикрепленному к центральной точке. |
Типы сил на расстоянии
Более абстрактная идея — сила на расстоянии. С точки зрения расчетов силы поля действуют аналогично контактным силам, но для их понимания требуется немного больше воображения. Вместо прямого контакта с чем-либо эти силы создают область вокруг объекта (поле), которая может воздействовать на другие объекты вокруг него. Эти поля технически простираются бесконечно вокруг создающего их объекта, но они становятся слабее на больших расстояниях и становятся совершенно незначительными в данной точке. В таблице ниже перечислены наиболее распространенные типы полевых сил, с которыми вы, вероятно, столкнетесь. В зависимости от класса вы также можете столкнуться с некоторыми ядерными силами, но мы не будем их здесь рассматривать.
Сила | Символ | Определение | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Электрические силы | \text{F}_{\text{e}} | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | \text{F}_{\text{e}} Именно они ответственны за такие явления, как молния, и являются одной из самых сильных полевых сил, которые вы будете изучать. |
Гравитационные силы | \text{F}_{\text{g}} | Гравитационные силы – это те, которые существуют благодаря наличию массы – любой массы. Особая элементарная частица даже создает гравитационную силу. Гравитация — это сила, которая удерживает нас на Земле, удерживает Землю на орбите вокруг Солнца и даже вызывает образование черных дыр. Это самая слабая из полевых сил. | |||||
Магнитные силы | \text{F}_{\text{m}} | Магнитные силы несколько похожи на электрические силы в том, что они являются свойством некоторых, но не всех объектов и частиц. Вы, вероятно, знакомы с этой силой после нескольких разочаровывающих лет безуспешных попыток соединить два магнита. Эта сила эквивалентна по силе электрическим силам, и они часто связаны между собой. |
Исследуйте типы сил на Альберте
Масса и весТип силы, с которой вы, скорее всего, взаимодействуете и изучаете, — гравитация. Это верно как в повседневной жизни, так и в вашем курсе физики — это означает, что это действительно важно понимать. В большинстве повседневных разговоров люди говорят о гравитации как о вещи, которой обладают действительно большие объекты, и это не становится намного более нюансированным, чем это. Чтобы правильно ответить на вопрос Какова сила тяжести? нам нужно пойти немного глубже. Гравитация — это сила поля, создаваемая наличием массы. Любой объект с массой — от мельчайших элементарных частиц до крупнейших галактик — может создать гравитационное поле. Это включает в себя Землю, Солнце, вас и любое устройство, которое вы используете для чтения этой статьи.
Идея массы — это еще одно место, где обычный язык может ввести нас в заблуждение в мире физики. Обычно мы думаем о массе как о слове «массивный» — что-то очень большое. Мы также склонны использовать его несколько взаимозаменяемо с весом, но в физике эти два понятия очень разные. Чтобы действительно понять, как мы говорим о гравитации, нам нужно определить вес и то, чем он отличается от массы. Во-первых, давайте поговорим о том, как связаны гравитация и вес.
Когда вы думаете о весе, вы, вероятно, думаете о цифре, которую видите на весах в кабинете врача. Хотя это правильно, с точки зрения физики есть еще кое-что. Число, которое появляется на шкале, является мерой того, насколько сильно гравитационное поле Земли притягивает вас. Таким образом, ваш вес будет меняться в зависимости от того, в каком гравитационном поле вы находитесь. Например, если вы весите 120\text{ фунтов} на Земле, вы будете весить всего около 20\text{ фунтов} на Луне, потому что она имеет более слабое гравитационное поле. гравитационное поле. Кроме того, если бы на Юпитере была поверхность, на которой вы могли бы стоять, вы бы весили около 300\text{ фунтов}.
Ваш вес не является вашим неотъемлемым свойством. Это способ измерить силу гравитационного поля, в котором вы находитесь. Все объекты создают гравитационные поля, но мы обычно говорим о весе только тогда, когда смотрим на такие объекты, как планеты, луны, звезды и другие небесные тела, достаточно большие, чтобы стоять. на. Это потому, что вес шляпы на вашей голове, создаваемый силой вашего гравитационного поля, ничтожен по сравнению с весом этой шляпы, создаваемым силой гравитационного поля Земли. Но остается вопрос: если гравитация определяет вес, то что определяет гравитацию?
В чем разница между массой и весом?
Хотя вес определяется силой гравитационного поля, в котором вы находитесь, масса объекта не меняется. Масса — это неотъемлемое свойство, определяемое тем, сколько элементарных частиц — электронов, протонов, нейтронов и т. д. — содержит что-либо. Эти элементарные частицы обладают фундаментальными свойствами, формирующими Вселенную в виде серии гравитационных полей, определяющих нашу жизнь. Сложение массы каждой отдельной частицы в объекте даст вам общую массу объекта. Затем вы можете определить силу гравитационного поля объекта. Закон всемирного тяготения Ньютона более подробно объясняет, как найти силу притяжения между двумя массами. Сейчас важно знать, что масса — это неотъемлемая величина объекта (это означает, что она не будет меняться в зависимости от условий окружающей среды), а вес определяется силой гравитационного поля, в котором находится объект.
Возможно, вы заметили, что масса создает гравитационное поле, а вес определяется силой гравитационного поля. Это один из способов тесной связи этих двух свойств. Вес является мерой силы гравитационного поля, но гравитационное поле может воздействовать только на объект с массой. Таким образом, вес также можно использовать для измерения массы объекта, если напряженность гравитационного поля уже известна.
Исследуйте массу, вес и гравитацию на Альберте
ЗаключениеВ заключение, силы формируют каждый аспект мира, в котором мы живем, от того, как мы ходим, до того, как мы говорим, до того, как мы можем жить на гигантской скале, вращающейся вокруг плазменного шара. Здесь мы подробно говорили только о гравитации, но, продолжая свое путешествие по физике, вы узнаете обо всех других типах сил, упомянутых выше. Если вы продвинетесь в своих исследованиях достаточно далеко, вы можете даже узнать о некоторых из них, которые вообще не упоминались.