On tarpeen tietää kunkin voiman kohdistamispiste ja suunta. On tärkeää pystyä määrittämään tarkasti, mitkä voimat vaikuttavat kehoon ja mihin suuntaan. Voimaa merkitään , mitattuna newtoneina. Voimien erottamiseksi toisistaan ​​ne on nimetty seuraavasti

Alla on tärkeimmät luonnossa toimivat voimat. On mahdotonta keksiä olemattomia voimia ongelmien ratkaisussa!

Luonnossa on monia voimia. Tässä tarkastellaan voimia, jotka otetaan huomioon koulun fysiikan kurssilla dynamiikkaa opiskellessa. Myös muut voimat mainitaan, joita käsitellään muissa osioissa.

Painovoima

Maan painovoima vaikuttaa jokaiseen planeetan kehoon. Voima, jolla maa vetää jokaista kappaletta puoleensa, määräytyy kaavan mukaan

Käyttöpiste on kehon painopisteessä. Painovoima osoittaa aina pystysuoraan alaspäin.

Kitkavoima

Tutustutaan kitkavoimaan. Tämä voima syntyy, kun kappaleet liikkuvat ja kaksi pintaa joutuvat kosketuksiin. Voima syntyy siitä, että pinnat eivät mikroskoopilla katsottuna ole sileitä miltä ne näyttävät. Kitkavoima määritetään kaavalla:

Kahden pinnan kosketuspisteeseen kohdistetaan voima. Suunnattu liikettä vastakkaiseen suuntaan.

Tue reaktiovoimaa

Kuvittele hyvin painava esine makaamassa pöydällä. Pöytä taipuu esineen painon alla. Mutta Newtonin kolmannen lain mukaan pöytä vaikuttaa esineeseen täsmälleen samalla voimalla kuin pöydällä oleva esine. Voima on suunnattu vastakkain voimaa, jolla esine painaa pöytää. Se on ylös. Tätä voimaa kutsutaan tukireaktioksi. Voiman nimi "puhuu" reagoida tuki. Tämä voima syntyy aina, kun se vaikuttaa tukeen. Sen esiintymisen luonne molekyylitasolla. Kohde ikään kuin muutti molekyylien tavanomaista sijaintia ja yhteyksiä (taulukon sisällä), ne puolestaan ​​​​pyrkivät palaamaan alkuperäiseen tilaansa, "vastustamaan".

Ehdottomasti mikä tahansa runko, jopa erittäin kevyt (esimerkiksi pöydällä makaava kynä), muuttaa tukea mikrotasolla. Siksi tapahtuu tukireaktio.

Tämän voiman löytämiseksi ei ole erityistä kaavaa. He nimeävät sen kirjaimella, mutta tämä voima on vain erillinen kimmovoiman tyyppi, joten se voidaan merkitä myös nimellä

Voima kohdistetaan kohtaan, jossa esine koskettaa tukea. Suunnattu kohtisuoraan tukeen nähden.

Koska ruumis on esitetty materiaalipisteenä, voima voidaan kuvata keskeltä

Elastinen voima

Tämä voima syntyy muodonmuutoksen (aineen alkutilan muutoksen) seurauksena. Esimerkiksi kun venytetään jousta, lisäämme jousimateriaalin molekyylien välistä etäisyyttä. Kun puristamme jousta, vähennämme sitä. Kun käännämme tai vaihdamme. Kaikissa näissä esimerkeissä syntyy voima, joka estää muodonmuutosta - kimmovoima.

Hooken laki

Elastinen voima on suunnattu muodonmuutosta vastapäätä.

Koska ruumis on esitetty materiaalipisteenä, voima voidaan kuvata keskeltä

Kytkettäessä sarjaan esimerkiksi jousia, jäykkyys lasketaan kaavalla

Rinnakkain kytkettynä jäykkyys

Näytteen jäykkyys. Youngin moduuli.

Youngin moduuli luonnehtii aineen elastisia ominaisuuksia. Tämä on vakioarvo, joka riippuu vain materiaalista, sen fysikaalisesta tilasta. Kuvaa materiaalin kykyä vastustaa veto- tai puristusmuodonmuutoksia. Youngin moduulin arvo on taulukkomuotoinen.

Lue lisää kiinteiden aineiden ominaisuuksista.

Kehon paino

Kehon paino on voima, jolla esine vaikuttaa tukeen. Sanot sen olevan painovoimaa! Hämmennys tapahtuu seuraavassa: todellakin usein kehon paino on yhtä suuri kuin painovoima, mutta nämä voimat ovat täysin erilaisia. Painovoima on voima, joka syntyy vuorovaikutuksesta Maan kanssa. Paino on seurausta vuorovaikutuksesta tuen kanssa. Painovoima kohdistuu kohteen painopisteeseen, kun taas paino on voima, joka kohdistuu tukeen (ei esineeseen)!

Painon määrittämiseen ei ole kaavaa. Tämä voima on merkitty kirjaimella .

Tukireaktiovoima eli kimmovoima syntyy vasteena esineen iskeytymiseen jousitukseen tai tukeen, joten kehon paino on aina numeerisesti sama kuin kimmovoima, mutta sen suunta on päinvastainen.

Tuen reaktiovoima ja paino ovat saman luonteisia voimia, Newtonin 3. lain mukaan ne ovat yhtä suuria ja vastakkaisiin suuntautuneita. Paino on voima, joka vaikuttaa tukeen, ei kehoon. Painovoima vaikuttaa kehoon.

Kehon paino ei välttämättä ole sama kuin painovoima. Se voi olla enemmän tai vähemmän, tai se voi olla sellainen, että paino on nolla. Tätä tilaa kutsutaan painottomuutta. Painottomuus on tila, jossa esine ei ole vuorovaikutuksessa tuen kanssa, esimerkiksi lentotila: painovoima on, mutta paino on nolla!

On mahdollista määrittää kiihtyvyyden suunta, jos määrität, mihin resultanttivoima on suunnattu

Huomaa, että paino on voima, mitattuna newtoneina. Kuinka vastata oikein kysymykseen: "Kuinka paljon painat"? Vastaamme 50 kg, emme painoa, vaan massamme! Tässä esimerkissä painomme on yhtä suuri kuin painovoima, joka on noin 500 N!

Ylikuormitus- painon ja painovoiman suhde

Archimedesin vahvuus

Voima syntyy kehon vuorovaikutuksesta nesteen (kaasun) kanssa, kun se upotetaan nesteeseen (tai kaasuun). Tämä voima työntää kehon ulos vedestä (kaasusta). Siksi se on suunnattu pystysuoraan ylöspäin (työntää). Määritetään kaavalla:

Ilmassa jätämme huomiotta Archimedesin voiman.

Jos Arkhimedes-voima on yhtä suuri kuin painovoima, keho kelluu. Jos Arkhimedes-voima on suurempi, niin se nousee nesteen pintaan, jos se on pienempi, se uppoaa.

sähköiset voimat

On olemassa sähköistä alkuperää olevia voimia. Tapahtuu sähkövarauksen läsnä ollessa. Näitä voimia, kuten Coulombin voima, Ampèren voima, Lorentzin voima, käsitellään yksityiskohtaisesti Sähkö-osiossa.

Kaaviollinen merkintä kehoon vaikuttavista voimista

Usein kehon mallintaa materiaalinen piste. Siksi kaavioissa eri käyttöpisteet siirretään yhteen pisteeseen - keskustaan, ja runko on kuvattu kaavamaisesti ympyränä tai suorakulmiona.

Voimien nimeämiseksi oikein on tarpeen luetella kaikki kappaleet, joiden kanssa tutkittava keho on vuorovaikutuksessa. Määritä, mitä tapahtuu kunkin kanssa tapahtuvan vuorovaikutuksen seurauksena: kitka, muodonmuutos, vetovoima tai ehkä hylkiminen. Määritä voiman tyyppi, osoita suunta oikein. Huomio! Voimien määrä on sama kuin kappaleiden lukumäärä, joiden kanssa vuorovaikutus tapahtuu.

Tärkein asia muistaa

1) Voimat ja niiden luonne;
2) Voimien suunta;
3) Osaa tunnistaa vaikuttavat voimat

Erottele ulkoinen (kuiva) ja sisäinen (viskoosinen) kitka. Ulkoista kitkaa esiintyy kosketuksissa olevien kiinteiden pintojen välillä, sisäistä kitkaa tapahtuu neste- tai kaasukerrosten välillä niiden suhteellisen liikkeen aikana. Ulkoista kitkaa on kolmenlaisia: staattinen kitka, liukukitka ja vierintäkitka.

Vierintäkitka määräytyy kaavan mukaan

Vastusvoima syntyy, kun kappale liikkuu nesteessä tai kaasussa. Vastusvoiman suuruus riippuu kappaleen koosta ja muodosta, sen liikkeen nopeudesta ja nesteen tai kaasun ominaisuuksista. Pienillä nopeuksilla vastusvoima on verrannollinen kehon nopeuteen

Suurilla nopeuksilla se on verrannollinen nopeuden neliöön

Harkitse kohteen ja maan keskinäistä vetovoimaa. Niiden välillä painovoimalain mukaan syntyy voima

Verrataan nyt painovoimalakia ja painovoimaa

Vapaan pudotuksen kiihtyvyyden arvo riippuu Maan massasta ja sen säteestä! Siten on mahdollista laskea, millä kiihtyvyydellä Kuun tai minkä tahansa muun planeetan esineet putoavat, käyttämällä kyseisen planeetan massaa ja sädettä.

Etäisyys Maan keskustasta napoihin on pienempi kuin päiväntasaajaan. Siksi vapaan pudotuksen kiihtyvyys päiväntasaajalla on hieman pienempi kuin navoilla. Samalla on huomattava, että pääasiallinen syy vapaan pudotuksen kiihtyvyyden riippuvuuteen alueen leveysasteesta on se, että Maa pyörii akselinsa ympäri.

Kun siirrytään poispäin maan pinnasta, painovoima ja vapaan pudotuksen kiihtyvyys muuttuvat käänteisesti Maan keskipisteen etäisyyden neliön kanssa.

Tänään puhumme valovoiman mittayksiköstä. Tämä artikkeli paljastaa lukijoille fotonien ominaisuudet, joiden avulla he voivat määrittää, miksi valo tulee eri kirkkaina.

Hiukkanen vai aalto?

1900-luvun alussa tiedemiehet olivat ymmällään valokvanttien - fotonien - käyttäytymisestä. Toisaalta häiriö ja diffraktio puhuivat aaltoolemuksestaan. Siksi valolle olivat ominaisia ​​ominaisuudet, kuten taajuus, aallonpituus ja amplitudi. Toisaalta he vakuuttivat tiedeyhteisön siitä, että fotonit siirtävät vauhtia pinnoille. Tämä olisi mahdotonta, jos hiukkasilla ei olisi massaa. Näin ollen fyysikot joutuivat myöntämään: sähkömagneettinen säteily on sekä aalto että aineellinen esine.

Fotonienergia

Kuten Einstein todisti, massa on energiaa. Tämä tosiasia todistaa keskeisen valomme, Auringon. Termoydinreaktio muuttaa voimakkaasti puristetun kaasun massan puhtaaksi energiaksi. Mutta kuinka määrittää säteilevän säteilyn teho? Miksi esimerkiksi aamulla auringon valovoimakkuus on pienempi kuin keskipäivällä? Edellisessä kappaleessa kuvatut ominaisuudet liittyvät toisiinsa erityisillä suhteilla. Ja ne kaikki viittaavat sähkömagneettisen säteilyn kantamaan energiaan. Tämä arvo muuttuu ylöspäin, kun:

• aallonpituuden väheneminen;
• lisääntyvä taajuus.

Mikä on sähkömagneettisen säteilyn energia?

Fotoni on erilainen kuin muut hiukkaset. Sen massa ja siten sen energia on olemassa vain niin kauan kuin se liikkuu avaruudessa. Kun valon kvantti törmää esteeseen, se lisää sisäistä energiaansa tai antaa sille kineettisen momentin. Mutta itse fotoni lakkaa olemasta. Riippuen siitä, mikä tarkalleen toimii esteenä, tapahtuu erilaisia ​​​​muutoksia.

1. Jos este on kiinteä kappale, niin useimmiten valo lämmittää sen. Myös seuraavat skenaariot ovat mahdollisia: fotoni muuttaa suuntaa, stimuloi kemiallista reaktiota tai saa yhden elektroneista poistumaan radaltaan ja siirtymään toiseen tilaan (valosähköinen vaikutus).
2. Jos este on yksittäinen molekyyli, esimerkiksi ulkoavaruudessa olevasta harvennetusta kaasupilvestä, fotoni saa kaikki sidoksensa värähtelemään voimakkaammin.
3. Jos este on massiivinen kappale (esimerkiksi tähti tai jopa galaksi), valo vääristyy ja muuttaa liikkeen suuntaa. Tämä vaikutus perustuu kykyyn "katsoa" kosmoksen kaukaiseen menneisyyteen.

Tiede ja ihmiskunta

Tieteellinen data näyttää usein olevan jotain abstraktia, elämään soveltumatonta. Tämä tapahtuu myös valon ominaisuuksien kanssa. Kun kyse on tähtien säteilyn kokeilemisesta tai mittaamisesta, tutkijoiden on tiedettävä absoluuttiset arvot (niitä kutsutaan fotometrisiksi). Nämä käsitteet ilmaistaan ​​yleensä energialla ja teholla. Muista, että teho viittaa energian muutosnopeuteen aikayksikköä kohden, ja se osoittaa yleisesti, kuinka paljon työtä järjestelmä voi tuottaa. Mutta ihmisen kyky havaita todellisuus on rajallinen. Esimerkiksi iho tuntee lämpöä, mutta silmä ei näe infrapunasäteilyn fotonia. Sama ongelma valovoiman yksiköiden kanssa: säteilyn todellisuudessa osoittama teho eroaa ihmissilmän havaitsemasta voimasta.

Ihmissilmän spektriherkkyys

Muistutamme, että alla oleva keskustelu keskittyy keskimääräisiin indikaattoreihin. Kaikki ihmiset ovat erilaisia. Jotkut eivät havaitse yksittäisiä värejä ollenkaan (värisokeat). Toisille värikulttuuri ei ole sama kuin hyväksytyn tieteellisen näkökulman. Esimerkiksi japanilaiset eivät tee eroa vihreän ja sinisen välillä, ja britit - sinistä ja sinistä. Näillä kielillä eri värejä merkitään yhdellä sanalla.

Valon voimakkuuden yksikkö riippuu keskimääräisen ihmissilmän spektriherkkyydestä. Suurin päivänvalo osuu fotoniin, jonka aallonpituus on 555 nanometriä. Tämä tarkoittaa, että auringon valossa ihminen näkee parhaiten vihreän värin. Pimeänäön maksimi on fotoni, jonka aallonpituus on 507 nanometriä. Siksi ihmiset näkevät siniset esineet paremmin kuun alla. Hämärässä kaikki riippuu valaistuksesta: mitä parempi se on, sitä "vihreämmäksi" tulee maksimiväri, jonka ihminen havaitsee.

Ihmisen silmän rakenne

Lähes aina, kun on kyse näöstä, sanomme mitä silmä näkee. Tämä on virheellinen väite, koska aivot havaitsevat ennen kaikkea. Silmä on vain instrumentti, joka välittää tietoa valontuotannosta päätietokoneelle. Ja kuten kaikilla työkaluilla, myös koko värintunnistusjärjestelmällä on rajoituksensa.

Ihmisen verkkokalvossa on kahta erityyppistä solua - kartioita ja sauvoja. Ensin mainitut ovat vastuussa päivänäöstä ja havaitsevat värit paremmin. Jälkimmäiset tarjoavat yönäön, sauvojen ansiosta ihminen erottaa valon ja varjon. Mutta he eivät havaitse värejä hyvin. Tikut ovat myös herkempiä liikkeelle. Siksi, jos ihminen kävelee kuutamoisessa puistossa tai metsässä, hän huomaa jokaisen oksien heilumisen, jokaisen tuulen henkäyksen.

Evoluutinen syy tähän eroon on yksinkertainen: meillä on yksi aurinko. Kuu paistaa heijastuneen valon kautta, mikä tarkoittaa, että sen spektri ei juurikaan poikkea keskusvalaisimen spektristä. Siksi päivä on jaettu kahteen osaan - valaistuun ja pimeään. Jos ihmiset eläisivät kahden tai kolmen tähden järjestelmässä, visiossamme olisi luultavasti enemmän komponentteja, joista jokainen on sovitettu yhden valaisimen spektriin.

Minun on sanottava, että planeetallamme on olentoja, joiden näkökyky eroaa ihmisestä. Esimerkiksi aavikon asukkaat havaitsevat infrapunavaloa silmillään. Jotkut kalat näkevät lähellä ultraviolettisäteilyä, koska tämä säteily tunkeutuu syvimmälle vesipatsaan. Lemmikissamme ja -koiramme havaitsevat värit eri tavalla, ja niiden kirjo on pienentynyt: ne sopeutuvat paremmin chiaroscuroon.

Mutta ihmiset ovat kaikki erilaisia, kuten edellä mainittiin. Jotkut ihmiskunnan edustajat näkevät lähellä infrapunavaloa. Tämä ei tarkoita, etteivätkö he tarvitsisi lämpökameroita, mutta ne pystyvät havaitsemaan hieman punaisempia sävyjä kuin useimmat. Toiset ovat kehittäneet spektrin ultraviolettiosan. Tällainen tapaus on kuvattu esimerkiksi elokuvassa "Planet Ka-Pax". Päähenkilö väittää tulleensa toisesta tähtijärjestelmästä. Tutkimus paljasti, että hänellä oli kyky nähdä ultraviolettisäteilyä.

Todistaako tämä, että Prot on alien? Ei. Jotkut ihmiset voivat tehdä sen. Lisäksi lähellä ultravioletti on lähellä näkyvää spektriä. Ei ihme, että jotkut ottavat vähän enemmän. Mutta Superman ei todellakaan ole maasta: röntgenspektri on liian kaukana näkyvästä, jotta tällaista näkemystä voitaisiin selittää ihmisen näkökulmasta.

Absoluuttiset ja suhteelliset yksiköt valovirran määrittämiseksi

Spektriherkkyydestä riippumatonta määrää, joka ilmaisee valon virtauksen tunnettuun suuntaan, kutsutaan "kandelaksi". jo "inhimillisemmällä" asenteella lausutaan samalla tavalla. Ero on vain näiden käsitteiden matemaattisessa nimeämisessä: absoluuttisella arvolla on alaindeksi "e", suhteessa ihmissilmään - "υ". Mutta älä unohda, että näiden luokkien koot vaihtelevat suuresti. Tämä on otettava huomioon todellisia ongelmia ratkaistaessa.

Absoluuttisten ja suhteellisten arvojen laskeminen ja vertailu

Ymmärtääkseen, millä valon teholla mitataan, on tarpeen verrata "absoluuttisia" ja "ihmisen" arvoja. Oikealla on puhtaasti fyysisiä käsitteitä. Vasemmalla ovat arvot, joihin ne muuttuvat kulkiessaan ihmissilmän järjestelmän läpi.

1. Säteilyn voimasta tulee valon voima. Käsitteet mitataan kandelassa.
2. Energian kirkkaus muuttuu kirkkaudeksi. Arvot ilmaistaan ​​kandelaina neliömetriä kohti.

Varmasti lukija näki täällä tuttuja sanoja. Monta kertaa elämässään ihmiset sanovat: "Erittäin kirkas aurinko, mennään varjoon" tai "Tee näyttöä kirkkaammaksi, elokuva on liian synkkä ja tumma." Toivomme artikkelin selventävän hieman, mistä tämä käsite on peräisin, sekä mitä valovoiman yksikköä kutsutaan.

"Candela" käsitteen ominaisuudet

Olemme jo maininneet tämän termin edellä. Selitimme myös, miksi samaa sanaa käytetään viittaamaan täysin erilaisiin sähkömagneettisen säteilyn tehoon liittyviin fysiikan käsitteisiin. Joten valon voimakkuuden mittayksikköä kutsutaan kandelaksi. Mutta mihin se vastaa? Yksi kandela on valon intensiteetti tunnetussa suunnassa lähteestä, joka lähettää tiukasti monokromaattista säteilyä taajuudella 5,4 * 10 14, ja lähteen energiavoima tähän suuntaan on 1/683 wattia avaruuskulmayksikköä kohti. Lukija voi helposti muuntaa taajuuden aallonpituudeksi, kaava on erittäin helppo. Ilmoitamme: tulos on näkyvällä alueella.

Valon voimakkuuden mittayksikköä kutsutaan syystä "kandelaksi". Ne, jotka osaavat englantia, muistavat, että kynttilä on kynttilä. Aikaisemmin monet ihmisen toiminnan alueet mitattiin luonnollisilla parametreilla, esimerkiksi hevosvoimalla, elohopeamillimetreillä. Ei siis ole yllättävää, että valon voimakkuuden mittayksikkö on candela, yksi kynttilä. Vain kynttilä on hyvin erikoinen: sillä on tiukasti määritelty aallonpituus ja se tuottaa tietyn määrän fotoneja sekunnissa.

Olemme kaikki elämässä tottuneet käyttämään sanaa vahvuus vertailevassa ilmaisussa sanomalla, että miehet ovat vahvempia kuin naiset, traktori on vahvempi kuin auto, leijona on vahvempi kuin antilooppi.

Fysiikassa voima määritellään kehon nopeuden muutoksen mittana, joka tapahtuu kappaleiden vuorovaikutuksessa. Jos voima on mitta ja voimme verrata eri voimien käyttöä, niin se on fysikaalinen suure, joka voidaan mitata. Millä yksiköillä voima mitataan?

Voimayksiköt

Englantilaisen fyysikon Isaac Newtonin kunniaksi, joka teki valtavasti tutkimusta erilaisten voimien olemassaolon ja käytön luonteesta, 1 newton (1 N) hyväksytään fysiikassa voimayksiköksi. Mikä on 1 N:n voima? Fysiikassa ei yksinkertaisesti valita mittayksiköitä, vaan tehdään erityinen sopimus niiden yksiköiden kanssa, jotka on jo otettu käyttöön.

Kokemuksesta ja kokeista tiedämme, että jos keho on levossa ja siihen vaikuttaa voima, niin keho muuttaa tämän voiman vaikutuksesta nopeuttaan. Näin ollen voiman mittaamiseksi valittiin yksikkö, joka luonnehtisi kehon nopeuden muutosta. Ja älä unohda, että on myös kehon massa, koska tiedetään, että samalla voimalla vaikutus eri esineisiin on erilainen. Voimme heittää pallon kauas, mutta mukulakivi lentää paljon lyhyemmälle matkalle. Eli kaikki tekijät huomioon ottaen tulemme määritelmään, että kehoon kohdistuu 1 N voima, jos kappale, jonka massa on 1 kg tämän voiman vaikutuksesta muuttaa nopeuttaan 1 m / s 1 sekunnissa.

Painovoiman yksikkö

Meitä kiinnostaa myös painovoimayksikkö. Koska tiedämme, että maa vetää puoleensa kaikki pinnallaan olevat kappaleet, niin vetovoima on olemassa ja se voidaan mitata. Ja taas tiedämme, että vetovoima riippuu kehon massasta. Mitä suurempi kehon massa on, sitä voimakkaammin maa vetää sitä puoleensa. Se on kokeellisesti todettu Painovoima, joka vaikuttaa kappaleeseen, jonka massa on 102 grammaa, on 1 N. Ja 102 grammaa on noin kymmenesosa kilosta. Ja tarkemmin sanottuna, jos 1 kg jaetaan 9,8 osaan, saamme vain noin 102 grammaa.

Jos 102 grammaa painavaan kappaleeseen vaikuttaa voima 1 N, niin 1 kg painavaan kappaleeseen vaikuttaa voima 9,8 N. Vapaan pudotuksen kiihtyvyys on merkitty kirjaimella g. Ja g on 9,8 N/kg. Tämä on voima, joka vaikuttaa kappaleeseen, jonka massa on 1 kg, kiihdyttäen sitä joka sekunti 1 m / s. Osoittautuu, että suurelta korkeudelta putoava ruumis ottaa erittäin suuren nopeuden lennon aikana. Miksi sitten lumihiutaleet ja sadepisarat putoavat melko rauhallisesti? Niiden massa on hyvin pieni, ja maa vetää niitä itseään päin hyvin heikosti. Ja niiden ilmanvastus on melko suuri, joten he lentävät Maahan ei kovin suurella, melko samalla nopeudella. Mutta esimerkiksi meteoriitit lähestyvät Maata, saavuttavat erittäin suuren nopeuden ja laskeutuessaan muodostuu kunnollinen räjähdys, joka riippuu meteoriitin koosta ja massasta.

Tiedämme jo, että fyysistä määrää, jota kutsutaan voimaksi, käytetään kuvaamaan kappaleiden vuorovaikutusta. Tällä oppitunnilla tarkastellaan lähemmin tämän suuren ominaisuuksia, voiman yksiköitä ja laitetta, jolla se mitataan - dynamometrillä.

Aihe: Kehojen vuorovaikutus

Oppitunti: Voiman yksiköt. Dynamometri

Ensinnäkin muistetaan, mitä voima on. Kun toinen kappale vaikuttaa kehoon, fyysikot sanovat, että voima vaikuttaa tähän kehoon toisesta kappaleesta.

Voima on fyysinen suure, joka luonnehtii yhden kehon vaikutusta toiseen.

Vahvuus on merkitty latinalaisella kirjaimella F, ja voimayksikköä englantilaisen fyysikon Isaac Newtonin kunniaksi kutsutaan newton(kirjoitamme pienellä kirjaimella!) ja on merkitty H:ksi (kirjoitamme isolla kirjaimella, koska yksikkö on nimetty tiedemiehen mukaan). Niin,

Newtonin ohella käytetään useita ja osamonia voimayksiköitä:

kilonewton 1 kN = 1000 N;

meganewton 1 MN = 1000000 N;

1 mN = 0,001 N;

mikronewton 1 µN = 0,000001 N jne.

Voiman vaikutuksesta kehon nopeus muuttuu. Toisin sanoen vartalo alkaa liikkua ei tasaisesti, vaan kiihtyneesti. Tarkemmin, tasaisesti kiihdytetty: tasaisin aikavälein kehon nopeus muuttuu tasaisesti. Tarkalleen nopeuden muutos fyysikot käyttävät voiman vaikutuksen alaisia ​​kappaleita määrittääkseen voimayksikön 1 N:ssä.

Uusien fyysisten suureiden mittayksiköt ilmaistaan ​​niin sanotuilla perusyksiköillä - massan, pituuden, ajan yksiköillä. SI-järjestelmässä tämä on kilogramma, metri ja sekunti.

Olkoon jonkin voiman vaikutuksesta kehon nopeus painaa 1 kg muuttaa nopeuttaan 1 m/s joka sekunti. Tämä voima otetaan huomioon 1 newton.

yksi newton (1 N) on voima, jonka alaisena kehon massa 1 kg muuttaa nopeuttaan 1 m/s joka sekunti.

Kokeellisesti on todettu, että Maan pinnan lähellä vaikuttava painovoima 102 g:n kappaleeseen on 1 N. 102 g:n massa on noin 1/10 kg, tai tarkemmin sanottuna

Mutta tämä tarkoittaa, että 9,8 N:n painovoima vaikuttaa kappaleeseen, jonka massa on 1 kg, eli 9,8 kertaa suurempi kappale, lähellä Maan pintaa. massa, sinun on kerrottava massan arvo (kg) kertoimella, joka yleensä merkitään kirjaimella g:

Näemme, että tämä kerroin on numeerisesti yhtä suuri kuin painovoima, joka vaikuttaa kappaleeseen, jonka massa on 1 kg. Se kantaa nimeä painovoiman kiihtyvyys . Nimen alkuperä liittyy läheisesti 1 newtonin voiman määritelmään. Loppujen lopuksi, jos 9,8 N:n voima 1 N:n sijaan vaikuttaa kehoon, jonka massa on 1 kg, niin tämän voiman vaikutuksesta keho muuttaa nopeuttaan (kiihtyy) ei 1 m / s, vaan 9,8 m/s joka sekunti. Lukiossa tätä asiaa käsitellään tarkemmin.

Nyt voit kirjoittaa kaavan, jonka avulla voit laskea mielivaltaisen massan kappaleeseen vaikuttavan painovoiman m(Kuva 1).

Riisi. 1. Kaava painovoiman laskemiseksi

Sinun tulee tietää, että vapaan pudotuksen kiihtyvyys on 9,8 N/kg vain maan pinnalla ja pienenee korkeuden mukana. Esimerkiksi 6400 km:n korkeudessa Maan yläpuolella se on 4 kertaa pienempi. Ongelmia ratkaistaessa jätämme kuitenkin huomioimatta tämän riippuvuuden. Lisäksi painovoima vaikuttaa myös Kuuhun ja muihin taivaankappaleisiin, ja jokaisessa taivaankappaleessa vapaan pudotuksen kiihtyvyydellä on oma arvonsa.

Käytännössä on usein tarpeen mitata voimaa. Tätä varten käytetään dynamometriksi kutsuttua laitetta. Dynamometrin perusta on jousi, johon kohdistetaan mitattava voima. Jokaisessa dynamometrissä on jousen lisäksi asteikko, jolle voimaarvot piirretään. Jousen toinen pää on varustettu nuolella, joka osoittaa asteikolla, mikä voima dynamometriin kohdistetaan (kuva 2).

Riisi. 2. Dynamometrilaite

Dynamometrissä käytetyn jousen elastisista ominaisuuksista (sen jäykkyydestä riippuen) saman voiman vaikutuksesta jousi voi venyä enemmän tai vähemmän. Tämä mahdollistaa dynamometrien valmistuksen eri mittarajoilla (kuva 3).

Riisi. 3. Dynamometrit, joiden mittausrajat ovat 2 N ja 1 N

On olemassa dynamometrejä, joiden mittausraja on useita kilonewtonia ja enemmän. He käyttävät jousta, jolla on erittäin suuri jäykkyys (kuva 4).

Riisi. 4. Dynamometri, jonka mittausraja on 2 kN

Jos dynamometriin ripustetaan kuorma, kuorman massa voidaan määrittää dynamometrin lukemista. Esimerkiksi jos dynamometri, johon on ripustettu kuorma, osoittaa 1 N:n voimaa, niin kuorman massa on 102 g.

Kiinnittäkäämme huomiota siihen, että voimalla ei ole vain numeerista arvoa, vaan myös suunta. Tällaisia ​​suureita kutsutaan vektorisuureiksi. Esimerkiksi nopeus on vektorisuure. Voima on myös vektorisuure (he myös sanovat, että voima on vektori).

Harkitse seuraavaa esimerkkiä:

2 kg painava kappale on ripustettu jouseen. On tarpeen kuvata painovoima, jolla Maa vetää tätä kehoa, ja kehon paino.

Muista, että painovoima vaikuttaa vartaloon ja paino on voima, jolla keho vaikuttaa jousitukseen. Jos jousitus on paikallaan, niin painon numeerinen arvo ja suunta ovat samat kuin painovoimalla. Paino, kuten painovoima, lasketaan käyttämällä kuvassa 1 esitettyä kaavaa. 1. 2 kg:n massa on kerrottava vapaan pudotuksen kiihtyvyydellä 9,8 N/kg. Ei liian tarkoilla laskelmilla vapaan pudotuksen kiihtyvyyden oletetaan usein olevan 10 N/kg. Tällöin painovoima ja paino ovat suunnilleen 20 N.

Painovoiman ja painon vektorien näyttämiseksi kuvassa on tarpeen valita ja näyttää kuvassa asteikko tiettyä voima-arvoa vastaavan segmentin muodossa (esim. 10 N).

Kuvan ruumis on kuvattu pallona. Painovoiman kohdistamispiste on tämän pallon keskipiste. Kuvaamme voiman nuolena, jonka alku sijaitsee voiman kohdistamispisteessä. Osoitetaan nuoli pystysuoraan alaspäin, koska painovoima on suunnattu kohti Maan keskustaa. Nuolen pituus valitun asteikon mukaan on yhtä suuri kuin kaksi segmenttiä. Nuolen vieressä on kirjain , joka ilmaisee painovoiman. Koska osoitimme voiman suunnan piirustuksessa, kirjaimen yläpuolelle on asetettu pieni nuoli korostamaan kuvaamme. vektori koko.

Koska rungon paino kohdistuu gimbaliin, asetamme painoa kuvaavan nuolen alun gimbalin alaosaan. Piirrettäessä tarkkailemme myös mittakaavaa. Seuraavaksi asetamme painoa ilmaisevan kirjaimen, unohtamatta sijoittaa pientä nuolta kirjaimen yläpuolelle.

Ongelman täydellinen ratkaisu näyttää tältä (kuva 5).

Riisi. 5. Muodostettu ratkaisu ongelmaan

Jälleen kerran, kiinnitä huomiota siihen, että yllä tarkasteltavassa ongelmassa painon ja painon numeeriset arvot ja suunnat osoittautuivat samoiksi, mutta käyttökohteet olivat erilaisia.

Voiman laskennassa ja näyttämisessä on otettava huomioon kolme tekijää:

voiman numeerinen arvo (moduuli);

voiman suunta

voiman kohdistamispiste.

Voima on fyysinen suure, joka kuvaa yhden kehon vaikutusta toiseen. Se on yleensä merkitty kirjaimella F. Voiman yksikkö on newton. Painovoiman arvon laskemiseksi on tiedettävä vapaan pudotuksen kiihtyvyys, joka maan pinnalla on 9,8 N/kg. Tällaisella voimalla Maa vetää puoleensa kappaletta, jonka massa on 1 kg. Voimaa kuvattaessa on otettava huomioon sen numeerinen arvo, suunta ja sovelluskohta.

Bibliografia

1. Peryshkin A.V. Fysiikka. 7 solua - 14. painos, stereotypia. - M.: Bustard, 2010.
2. Peryshkin A. V. Fysiikan ongelmien kokoelma, 7-9 solua: 5. painos, stereotyyppi. - M: Exam Publishing House, 2010.
3. Lukashik V. I., Ivanova E. V. Fysiikan tehtävien kokoelma oppilaitosten luokille 7-9. - 17. painos - M.: Enlightenment, 2004.

1. Yksi kokoelma digitaalisia koulutusresursseja ().
2. Yksi kokoelma digitaalisia koulutusresursseja ().
3. Yksi kokoelma digitaalisia koulutusresursseja ().

Kotitehtävät

1. Lukashik V. I., Ivanova E. V. Fysiikan tehtäväkokoelma luokille 7-9 nro 327, 335-338, 351.

Voima on yksi fysiikan keskeisistä käsitteistä. Sen avulla mitataan kehon ulkoisen vaikutuksen aste toiseen. Antiikin tutkijat käyttivät voiman käsitettä staattista ja liikettä koskevissa teoksissaan. Joten hän tutki voimia yksinkertaisten mekanismien suunnitteluprosessissa 3. vuosisadalla. eKr e. Archimedes. Ensimmäiset ajatukset vahvuudesta muotoili Aristoteles, ja ne olivat olemassa useita vuosisatoja. 1600-luvulla Isaac Newton muotoili kolme dimamiikan peruslakia, jotka kuvaavat kaikkien voimien vuorovaikutusta.

Ensimmäinen laki on, että levossa oleva kappale pysyy levossa ja liikkuva kappale jatkaa liikkumistaan ​​suorassa linjassa vakionopeudella, ellei siihen vaikuta ulkoinen voima. Joten pallo pysyy levossa, kunnes pelaaja potkaisee sitä.

Toinen laki on, että kappaleen liike muuttuu suhteessa siihen kohdistuvaan voimaan. Joten mitä voimakkaampi isku, sitä nopeammin pallo lentää.

Kolmas laki - minkä tahansa voiman toiminta aiheuttaa tasaisen ja päinvastaisen reaktion siihen. Joten kun voimistelija suorittaa käännöksen tai työntää pois paikallaan olevasta esineestä, hänen liikkeensä suunnan määrää vastavaikutusvoima (reaktio).

Kuitenkin 1900-luvun alkuun mennessä Albert Einstein muotoili suhteellisuusteorian, jossa hän osoitti, että newtonilainen mekaniikka on oikea vain suhteellisen alhaisilla nopeuksilla ja kappaleiden massoilla.

Voimayksiköt

newton

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI-järjestelmä) voima mitataan newtoneina (N, N). Yksikkö on nimetty englantilaisen fyysikon Isaac Newtonin mukaan. Yksi newton on voima, joka saa aikaan 1 m/s²:n kiihtyvyyden kappaleessa, jonka massa on 1 kg.

1 N = 105 dyn.

1 N ≈ 0,10197162 kgf.

Kilogramman voima

Voiman yksikkö, joka ei ole osa SI-järjestelmää. Kilogramman voima on suunnilleen yhtä suuri kuin voima, joka vaikuttaa 1 kilogramman painoiseen kappaleeseen vapaan pudotuksen standardikiihtyvyyden vaikutuksesta (Maan painovoiman vaikutuksesta tapahtuvien kappaleiden putoamiskiihtyvyys ilmattomassa tilassa on suunnilleen yhtä suuri kuin 9,8 m / s²).

1 kgf \u003d 9,80665 newtonia (täsmälleen) ≈ 10 N

1 N ≈ 0,10197162 kgf ≈ 0,1 kgf

Monissa Euroopan maissa kilopond-nimi (merkitty kp) on virallisesti otettu käyttöön kilovoimalle.
Useita yksiköitä käytetään harvemmin: tonnivoimaa 103 kgf tai grammavoimaa 10 -3 kgf.

Dina

CGS-yksikköjärjestelmän voimayksikkö, jota käytettiin laajalti ennen kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) käyttöönottoa. Sen nimitys: dyn, dyn. 1 dyne on yhtä suuri kuin voima, joka vaikuttaa 1 g:n massaan antaa sille 1 cm / s²:n kiihtyvyyden.
1 dyne \u003d g cm / s² \u003d 10 −5 N.

Pound-force

SI-järjestelmää ei käytetä kaikissa maissa. Joten Englannissa on perinteinen mittajärjestelmä, jonka mukaan voiman yksikkö on punta-voima. Sen nimitys on lbf (lyhenne sanoista Englannin puntavoima).

1 lbf = 4,44822 newtonia

Kip (kilo-punnan voima)

Yhdysvalloissa voima mitataan kipeinä (tai kilopunteina). Muodostuu englanninkielisten sanojen "kilo" + "pound" yhdistämisestä.

1 kip = 4448,2216152605 newtonia

Käytä verkkosivustoamme, jotta voit muuntaa yksikön nopeasti ja tarkasti toiseksi.

Laitteet voiman mittaamiseen

Voimaa mitataan dynamometreillä, gravimetreillä, voimanmittauskoneilla ja puristimilla. Dynamometrit - laitteet, jotka mittaavat elastisuusvoimaa. Niitä on kolmea tyyppiä: jousi, hydraulinen, sähköinen. Dynamometriä käytetään myös lääketieteessä. Sen avulla lääkärit mittaavat ihmisen eri lihasryhmien voimaa.