Je potrebné poznať miesto pôsobenia a smer každej sily. Dôležité je vedieť presne určiť, aké sily na telo pôsobia a akým smerom. Sila je označená ako , meraná v Newtonoch. Na rozlíšenie medzi silami sú označené nasledovne
Nižšie sú uvedené hlavné sily pôsobiace v prírode. Pri riešení problémov je nemožné vynájsť neexistujúce sily!
V prírode je veľa síl. Tu zvažujeme sily, ktoré sa berú do úvahy v školskom kurze fyziky pri štúdiu dynamiky. Spomínajú sa aj ďalšie sily, o ktorých bude reč v ďalších častiach.
Gravitácia
Každé teleso na planéte je ovplyvnené zemskou gravitáciou. Sila, ktorou Zem priťahuje každé teleso, je určená vzorcom
Miesto aplikácie je v ťažisku tela. Gravitácia vždy smeruje kolmo nadol.
Trecia sila
Zoznámime sa so silou trenia. Táto sila vzniká pri pohybe telies a pri kontakte dvoch povrchov. Sila vzniká v dôsledku toho, že povrchy pri pohľade pod mikroskopom nie sú hladké, ako sa zdajú. Trecia sila je určená vzorcom:
V mieste dotyku dvoch povrchov pôsobí sila. Nasmerované v smere opačnom k pohybu.
Podporujte reakčnú silu
Predstavte si veľmi ťažký predmet ležiaci na stole. Stôl sa pod váhou predmetu prehne. Ale podľa tretieho Newtonovho zákona pôsobí stôl na predmet presne rovnakou silou ako predmet na stole. Sila smeruje opačne ako sila, ktorou predmet tlačí na stôl. To je všetko. Táto sila sa nazýva podporná reakcia. Názov sily „hovorí“ reagovať podporu. Táto sila vzniká vždy, keď dôjde k nárazu na podperu. Povaha jeho výskytu na molekulárnej úrovni. Objekt akoby zdeformoval obvyklú polohu a spojenia molekúl (vnútri stola), tie zase majú tendenciu vrátiť sa do pôvodného stavu, „odolať“.
Absolútne akékoľvek telo, dokonca aj veľmi ľahké (napríklad ceruzka ležiaca na stole), deformuje podperu na mikroúrovni. Preto nastáva podporná reakcia.
Neexistuje žiadny špeciálny vzorec na nájdenie tejto sily. Označujú ju písmenom, ale táto sila je len samostatný typ elastickej sily, takže ju možno označiť aj ako
Sila pôsobí v mieste dotyku predmetu s podperou. Nasmerované kolmo na podperu.
Pretože telo je znázornené ako hmotný bod, sila môže byť znázornená zo stredu
Elastická sila
Táto sila vzniká v dôsledku deformácie (zmeny počiatočného stavu hmoty). Napríklad, keď natiahneme pružinu, zväčšíme vzdialenosť medzi molekulami materiálu pružiny. Keď pružinu stlačíme, znížime ju. Keď krútime alebo posúvame. Vo všetkých týchto príkladoch vzniká sila, ktorá zabraňuje deformácii – elastická sila.
Hookov zákon
Elastická sila smeruje opačne k deformácii.
Pretože telo je znázornené ako hmotný bod, sila môže byť znázornená zo stredu
Pri sériovom zapojení, napríklad pružín, sa tuhosť vypočíta podľa vzorca
Pri paralelnom zapojení tuhosť
Ukážková tuhosť. Youngov modul.
Youngov modul charakterizuje elastické vlastnosti látky. Toto je konštantná hodnota, ktorá závisí len od materiálu, jeho fyzikálneho stavu. Charakterizuje schopnosť materiálu odolávať deformácii v ťahu alebo tlaku. Hodnota Youngovho modulu je tabuľková.
Zistite viac o vlastnostiach pevných látok.
Telesná hmotnosť
Telesná hmotnosť je sila, ktorou predmet pôsobí na podperu. Hovoríte, že je to gravitácia! Zmätok nastáva v nasledujúcom: skutočne často sa hmotnosť tela rovná sile gravitácie, ale tieto sily sú úplne odlišné. Gravitácia je sila, ktorá je výsledkom interakcie so Zemou. Hmotnosť je výsledkom interakcie s podporou. Gravitačná sila pôsobí v ťažisku predmetu, pričom váha je sila, ktorá pôsobí na podperu (nie na predmet)!
Neexistuje žiadny vzorec na určenie hmotnosti. Táto sila je označená písmenom .
Podperná reakčná sila alebo elastická sila vzniká v reakcii na náraz predmetu na záves alebo podperu, preto je telesná hmotnosť vždy číselne rovnaká ako elastická sila, ale má opačný smer.
Reakčná sila podpery a závažia sú sily rovnakej povahy, podľa 3. Newtonovho zákona sú rovnaké a opačne smerované. Hmotnosť je sila, ktorá pôsobí na podperu, nie na telo. Na telo pôsobí gravitačná sila.
Telesná hmotnosť sa nemusí rovnať gravitácii. Môže byť buď viac alebo menej, alebo môže byť taká, že hmotnosť je nulová. Tento stav sa nazýva stav beztiaže. Stav beztiaže je stav, keď objekt neinteraguje s podperou, napríklad stav letu: existuje gravitácia, ale hmotnosť je nulová!
Smer zrýchlenia je možné určiť, ak určíte, kam smeruje výsledná sila
Všimnite si, že hmotnosť je sila, meraná v Newtonoch. Ako správne odpovedať na otázku: „Koľko vážite“? Odpovedáme 50 kg, pričom nepomenujeme hmotnosť, ale našu hmotnosť! V tomto príklade sa naša hmotnosť rovná gravitácii, ktorá je približne 500N!
Preťaženie- pomer hmotnosti a gravitácie
Sila Archimedes
Sila vzniká v dôsledku interakcie telesa s kvapalinou (plynom), keď je ponorené do kvapaliny (alebo plynu). Táto sila vytláča telo z vody (plynu). Preto smeruje kolmo nahor (tlačí). Určené podľa vzorca:
Vo vzduchu zanedbávame silu Archimeda.
Ak sa Archimedova sila rovná sile gravitácie, teleso sa vznáša. Ak je Archimedova sila väčšia, potom stúpa na povrch kvapaliny, ak je menšia, klesá.
elektrické sily
Existujú sily elektrického pôvodu. Vyskytujú sa v prítomnosti elektrického náboja. Tieto sily, ako je Coulombova sila, Ampérova sila, Lorentzova sila, sú podrobne diskutované v časti Elektrina.
Schematické označenie síl pôsobiacich na teleso
Často je telo modelované hmotným bodom. Preto sú v diagramoch rôzne body aplikácie prenesené do jedného bodu - do stredu a telo je schematicky znázornené ako kruh alebo obdĺžnik.
Na správne označenie síl je potrebné uviesť všetky telesá, s ktorými skúmané teleso interaguje. Zistite, čo sa stane v dôsledku interakcie s každým: trenie, deformácia, príťažlivosť alebo možno odpudzovanie. Určte druh sily, správne uveďte smer. Pozor! Počet síl sa bude zhodovať s počtom telies, s ktorými prebieha interakcia.
Hlavná vec na zapamätanie
1) Sily a ich povaha;
2) Smer síl;
3) Byť schopný identifikovať pôsobiace sily
Rozlišujte vonkajšie (suché) a vnútorné (viskózne) trenie. Vonkajšie trenie vzniká medzi pevnými povrchmi, ktoré sú v kontakte, vnútorné trenie medzi vrstvami kvapaliny alebo plynu pri ich relatívnom pohybe. Existujú tri typy vonkajšieho trenia: statické trenie, klzné trenie a valivé trenie.
Valivé trenie je určené vzorcom
Odporová sila vzniká, keď sa teleso pohybuje v kvapaline alebo plyne. Veľkosť odporovej sily závisí od veľkosti a tvaru telesa, rýchlosti jeho pohybu a vlastností kvapaliny alebo plynu. Pri nízkych rýchlostiach je odporová sila úmerná rýchlosti telesa
Pri vysokých rýchlostiach je úmerná druhej mocnine rýchlosti
Zvážte vzájomnú príťažlivosť objektu a Zeme. Medzi nimi podľa zákona gravitácie vzniká sila 
Teraz porovnajme gravitačný zákon a gravitáciu 
Hodnota zrýchlenia voľného pádu závisí od hmotnosti Zeme a jej polomeru! Je teda možné vypočítať, s akým zrýchlením budú padať objekty na Mesiaci alebo na akejkoľvek inej planéte, pomocou hmotnosti a polomeru tejto planéty.
Vzdialenosť od stredu Zeme k pólom je menšia ako k rovníku. Preto je zrýchlenie voľného pádu na rovníku o niečo menšie ako na póloch. Zároveň si treba uvedomiť, že hlavným dôvodom závislosti zrýchlenia voľného pádu od zemepisnej šírky oblasti je skutočnosť, že Zem sa otáča okolo svojej osi.
Pri vzďaľovaní sa od povrchu Zeme sa gravitačná sila a zrýchlenie voľného pádu menia nepriamo so štvorcom vzdialenosti k stredu Zeme.
Dnes si povieme niečo o meracej jednotke svietivosti. Tento článok odhalí čitateľom vlastnosti fotónov, ktoré im umožnia určiť, prečo svetlo prichádza v rôznych jasoch.
Častica alebo vlna?
Začiatkom dvadsiateho storočia si vedci lámali hlavu nad správaním svetelných kvánt – fotónov. Na jednej strane interferencia a difrakcia hovorili o ich vlnovej povahe. Preto sa svetlo vyznačovalo vlastnosťami ako frekvencia, vlnová dĺžka a amplitúda. Na druhej strane presvedčili vedeckú komunitu, že fotóny prenášajú hybnosť na povrchy. To by nebolo možné, keby častice nemali hmotnosť. Fyzici teda museli uznať: elektromagnetické žiarenie je vlna aj hmotný objekt.
Fotónová energia
Ako dokázal Einstein, hmotnosť je energia. Tento fakt dokazuje naše centrálne svietidlo, Slnko. Termonukleárna reakcia premení hmotu vysoko stlačeného plynu na čistú energiu. Ako však určiť silu emitovaného žiarenia? Prečo je napríklad ráno svietivosť slnka nižšia ako napoludnie? Charakteristiky opísané v predchádzajúcom odseku sú vzájomne prepojené špecifickými vzťahmi. A všetky poukazujú na energiu, ktorú nesie elektromagnetické žiarenie. Táto hodnota sa mení smerom nahor, keď:
- zníženie vlnovej dĺžky;
- zvyšovanie frekvencie.
Aká je energia elektromagnetického žiarenia?
Fotón sa líši od ostatných častíc. Jeho hmotnosť, a teda aj energia, existuje len dovtedy, kým sa pohybuje priestorom. Pri zrážke s prekážkou kvantum svetla zvýši svoju vnútornú energiu alebo mu dodá kinetický moment. Samotný fotón však prestáva existovať. V závislosti od toho, čo presne pôsobí ako prekážka, dochádza k rôznym zmenám.
- Ak je prekážkou pevné teleso, tak ho najčastejšie zohrieva svetlo. Možné sú aj nasledujúce scenáre: fotón zmení smer, stimuluje chemickú reakciu alebo spôsobí, že jeden z elektrónov opustí svoju dráhu a prejde do iného stavu (fotoelektrický efekt).
- Ak je prekážkou jedna molekula, napríklad z riedkeho oblaku plynu vo vesmíre, potom fotón spôsobí, že všetky svoje väzby silnejšie vibrujú.
- Ak je prekážkou masívne teleso (napríklad hviezda alebo dokonca galaxia), svetlo je skreslené a mení smer pohybu. Tento efekt je založený na schopnosti „nahliadnuť“ do vzdialenej minulosti kozmu.
Veda a ľudstvo
Vedecké údaje sa často zdajú byť niečím abstraktným, pre život nepoužiteľným. To sa deje aj s charakteristikami svetla. Pokiaľ ide o experimentovanie alebo meranie žiarenia hviezd, vedci potrebujú poznať absolútne hodnoty (nazývajú sa fotometrické). Tieto pojmy sú zvyčajne vyjadrené v pojmoch energie a výkonu. Pripomeňme, že výkon sa vzťahuje na rýchlosť zmeny energie za jednotku času a vo všeobecnosti ukazuje množstvo práce, ktorú systém dokáže vyrobiť. Ale človek je obmedzený v schopnosti vnímať realitu. Koža napríklad cíti teplo, no oko nevidí fotón infračerveného žiarenia. Rovnaký problém s jednotkami svietivosti: výkon, ktorý žiarenie v skutočnosti ukazuje, sa líši od výkonu, ktorý dokáže vnímať ľudské oko.
Spektrálna citlivosť ľudského oka
Pripomíname, že nižšie uvedená diskusia sa zameria na priemerné ukazovatele. Všetci ľudia sú iní. Niektorí jednotlivé farby vôbec nevnímajú (farboslepí). Pre ostatných sa kultúra farieb nezhoduje s akceptovaným vedeckým pohľadom. Napríklad Japonci nerozlišujú medzi zelenou a modrou a Briti - modrou a modrou. V týchto jazykoch sú rôzne farby označené jedným slovom.
Jednotka svietivosti závisí od spektrálnej citlivosti priemerného ľudského oka. Maximálne denné svetlo dopadá na fotón s vlnovou dĺžkou 555 nanometrov. To znamená, že vo svetle slnka človek najlepšie vidí zelenú farbu. Maximum nočného videnia je fotón s vlnovou dĺžkou 507 nanometrov. Preto ľudia pod mesiacom lepšie vidia modré predmety. Za súmraku všetko závisí od osvetlenia: čím lepšie je, tým „zelenejšia“ je maximálna farba, ktorú človek vníma.
Štruktúra ľudského oka
Takmer vždy, keď ide o videnie, hovoríme to, čo vidí oko. Toto je nesprávne tvrdenie, pretože mozog vníma predovšetkým. Oko je len prístroj, ktorý prenáša informácie o svetelnom výstupe do hlavného počítača. A ako každý nástroj, aj celý systém vnímania farieb má svoje obmedzenia.
V ľudskej sietnici sú dva rôzne typy buniek – čapíky a tyčinky. Prvé sú zodpovedné za denné videnie a lepšie vnímajú farby. Tie poskytujú nočné videnie, vďaka paličkám človek rozlišuje medzi svetlom a tieňom. Ale nevnímajú farby dobre. Palice sú tiež citlivejšie na pohyb. Preto, ak sa človek prechádza mesačným parkom či lesom, zbadá každé hojdanie konárov, každý závan vetra.
Evolučný dôvod tohto oddelenia je jednoduchý: máme jedno slnko. Mesiac svieti odrazeným svetlom, čo znamená, že jeho spektrum sa príliš nelíši od spektra centrálneho svietidla. Preto je deň rozdelený na dve časti – osvetlenú a tmavú. Ak by ľudia žili v systéme dvoch alebo troch hviezd, potom by naša vízia mala pravdepodobne viac komponentov, z ktorých každý bol prispôsobený spektru jedného svietidla.
Musím povedať, že na našej planéte sú stvorenia, ktorých zrak je odlišný od ľudského. Napríklad obyvatelia púšte vnímajú infračervené svetlo očami. Niektoré ryby vidia blízko ultrafialového žiarenia, keďže toto žiarenie preniká najhlbšie do vodného stĺpca. Naše mačky a psy vnímajú farby inak a ich spektrum je obmedzené: sú lepšie prispôsobené šerosvitu.
Ale každý je iný, ako sme už spomenuli vyššie. Niektorí predstavitelia ľudstva vidia blízke infračervené svetlo. Neznamená to, že by nepotrebovali termokamery, no sú schopné vnímať o niečo červenšie odtiene ako väčšina. Iní vyvinuli ultrafialovú časť spektra. Takýto prípad je opísaný napríklad vo filme „Planet Ka-Pax“. Hlavný hrdina tvrdí, že prišiel z iného hviezdneho systému. Vyšetrenie odhalilo, že mal schopnosť vidieť ultrafialové žiarenie.
Dokazuje to, že Prot je mimozemšťan? nie Niektorí ľudia to dokážu. Okrem toho blízke ultrafialové žiarenie tesne susedí s viditeľným spektrom. Niet divu, že niektorí ľudia berú o niečo viac. Superman však rozhodne nepochádza zo Zeme: röntgenové spektrum je príliš ďaleko od viditeľného, aby sa takéto videnie dalo vysvetliť z ľudského hľadiska.
Absolútne a relatívne jednotky na určenie svetelného toku
Veličina nezávislá od spektrálnej citlivosti, ktorá udáva tok svetla v známom smere, sa nazýva „kandela“. už s „ľudskejším“ postojom sa vyslovuje rovnako. Rozdiel je iba v matematickom označení týchto pojmov: absolútna hodnota má dolný index "e", vzhľadom na ľudské oko - "υ". Ale nezabudnite, že veľkosti týchto kategórií sa budú značne líšiť. Toto treba brať do úvahy pri riešení skutočných problémov.
Vyčíslenie a porovnanie absolútnych a relatívnych hodnôt
Aby sme pochopili, v čom sa meria sila svetla, je potrebné porovnať „absolútnu“ a „ľudskú“ hodnotu. Na pravej strane sú čisto fyzikálne pojmy. Vľavo sú hodnoty, do ktorých sa premenia pri prechode systémom ľudského oka.
- Sila žiarenia sa stáva silou svetla. Pojmy sa merajú v kandelách.
- Energetický jas sa zmení na jas. Hodnoty sú vyjadrené v kandelách na meter štvorcový.
Čitateľ tu určite videl známe slová. Ľudia veľakrát v živote povedia: „Veľmi jasné slnko, poďme do tieňa“ alebo „Rozjasni monitor, film je príliš ponurý a tmavý.“ Dúfame, že článok trochu objasní, odkiaľ tento koncept pochádza, ako aj to, ako sa nazýva jednotka intenzity osvetlenia.
Vlastnosti konceptu "candela"
Tento pojem sme už spomenuli vyššie. Vysvetlili sme tiež, prečo sa to isté slovo používa na označenie úplne odlišných pojmov fyziky súvisiacich so silou elektromagnetického žiarenia. Takže jednotka merania intenzity svetla sa nazýva kandela. Ale čomu sa to rovná? Jedna kandela je intenzita svetla v známom smere zo zdroja, ktorý vyžaruje striktne monochromatické žiarenie s frekvenciou 5,4 * 10 14 a energetická sila zdroja v tomto smere je 1/683 wattu na jednotku priestorového uhla. Čítačka môže ľahko previesť frekvenciu na vlnovú dĺžku, vzorec je veľmi jednoduchý. Vyzveme vás: výsledok leží vo viditeľnej oblasti.
Jednotka merania intenzity svetla sa z nejakého dôvodu nazýva „kandela“. Tí, ktorí vedia po anglicky, si pamätajú, že sviečka je sviečka. Predtým sa mnohé oblasti ľudskej činnosti merali v prírodných parametroch, napríklad konská sila, milimetre ortuti. Nie je teda prekvapujúce, že mernou jednotkou intenzity svetla je kandela, jedna sviečka. Len sviečka je veľmi zvláštna: má presne špecifikovanú vlnovú dĺžku a produkuje špecifický počet fotónov za sekundu.
Všetci sme v živote zvyknutí používať slovo sila v porovnávacom opise, keď hovoríme, že muži sú silnejší ako ženy, traktor je silnejší ako auto, lev je silnejší ako antilopa.
Sila vo fyzike je definovaná ako miera zmeny rýchlosti telesa, ku ktorej dochádza pri interakcii telies. Ak je sila mierou a môžeme porovnať pôsobenie rôznych síl, potom je to fyzikálna veličina, ktorú možno merať. V akých jednotkách sa meria sila?
Silové jednotky
Na počesť anglického fyzika Isaaca Newtona, ktorý urobil obrovský výskum o povahe existencie a použitia rôznych druhov sily, sa vo fyzike akceptuje 1 newton (1 N) ako jednotka sily. Aká je sila 1 N? Vo fyzike si jednoducho nevyberáme merné jednotky, ale uzatvárame špeciálnu dohodu s tými jednotkami, ktoré už boli prijaté.
Zo skúseností a experimentov vieme, že ak je teleso v pokoji a pôsobí naň sila, tak teleso pod vplyvom tejto sily mení svoju rýchlosť. Podľa toho bola na meranie sily zvolená jednotka, ktorá by charakterizovala zmenu rýchlosti telesa. A nezabudnite, že existuje aj hmotnosť tela, pretože je známe, že pri rovnakej sile bude dopad na rôzne predmety odlišný. Môžeme hodiť loptu ďaleko, ale dlažobný kameň odletí na oveľa kratšiu vzdialenosť. To znamená, že pri zohľadnení všetkých faktorov dospejeme k definícii, že na teleso bude pôsobiť sila 1 N, ak teleso s hmotnosťou 1 kg pod vplyvom tejto sily zmení svoju rýchlosť o 1 m / s. za 1 sekundu.
Gravitačná jednotka
Zaujíma nás aj jednotka gravitácie. Keďže vieme, že Zem k sebe priťahuje všetky telesá na svojom povrchu, potom existuje príťažlivá sila a možno ju zmerať. A opäť vieme, že sila príťažlivosti závisí od hmotnosti tela. Čím väčšia je hmotnosť telesa, tým silnejšie ho Zem priťahuje. Experimentálne sa zistilo, že Gravitačná sila pôsobiaca na teleso s hmotnosťou 102 gramov je 1 N. A 102 gramov je približne jedna desatina kilogramu. Presnejšie povedané, ak sa 1 kg rozdelí na 9,8 dielov, dostaneme približne 102 gramov.
Ak na teleso s hmotnosťou 102 gramov pôsobí sila 1 N, potom na teleso s hmotnosťou 1 kg pôsobí sila 9,8 N. Zrýchlenie voľného pádu označujeme písmenom g. A g je 9,8 N/kg. Je to sila, ktorá pôsobí na teleso s hmotnosťou 1 kg a každú sekundu ho zrýchľuje o 1 m/s. Ukazuje sa, že teleso padajúce z veľkej výšky naberá počas letu veľmi vysokú rýchlosť. Prečo potom snehové vločky a dažďové kvapky padajú celkom pokojne? Majú veľmi malú hmotnosť a zem ich k sebe priťahuje veľmi slabo. A odpor vzduchu je u nich dosť veľký, takže k Zemi lietajú nie veľmi vysokou, skôr rovnakou rýchlosťou. Ale napríklad meteority, keď sa priblížia k Zemi, získajú veľmi vysokú rýchlosť a po pristátí sa vytvorí slušná explózia, ktorá závisí od veľkosti a hmotnosti meteoritu.
Už vieme, že na opis interakcie telies sa používa fyzikálna veličina nazývaná sila. V tejto lekcii sa bližšie pozrieme na vlastnosti tejto veličiny, jednotky sily a prístroj, ktorý sa používa na jej meranie – silomer.
Téma: Interakcia telies
Lekcia: Jednotky sily. Dynamometer
V prvom rade si pripomeňme, čo je sila. Keď na teleso pôsobí iné teleso, fyzici hovoria, že na toto teleso pôsobí sila z druhého telesa.
Sila je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje pôsobenie jedného telesa na druhé.
Sila je označená latinským písmenom F, a jednotka sily na počesť anglického fyzika Isaaca Newtona sa nazýva newton(píšeme s malým písmenom!) a označuje sa H (píšeme veľké písmeno, keďže jednotka je pomenovaná po vedcovi). takze
Spolu s newtonom sa používajú viaceré a viacnásobné jednotky sily:
kilonewton 1 kN = 1000 N;
meganewton 1 MN = 1000000 N;
millinewton 1 mN = 0,001 N;
mikronewton 1 µN = 0,000001 N atď.
Pôsobením sily sa rýchlosť tela mení. Inými slovami, telo sa začne pohybovať nie rovnomerne, ale zrýchlene. Presnejšie, rovnomerne zrýchlené: v rovnakých časových intervaloch sa rýchlosť tela mení rovnako. presne tak zmena rýchlosti fyzici používajú na určenie jednotky sily v 1 N telesá pod vplyvom sily.
Jednotky merania nových fyzikálnych veličín sú vyjadrené prostredníctvom takzvaných základných jednotiek - jednotiek hmotnosti, dĺžky, času. V sústave SI je to kilogram, meter a sekunda.
Nech je pri pôsobení nejakej sily rýchlosť tela s hmotnosťou 1 kg mení svoju rýchlosť 1 m/s za každú sekundu. Za túto silu sa berie 1 newton.
jeden newton (1 N) je sila, pod ktorou je teleso hm 1 kg zmení svoju rýchlosť na 1 m/s každú sekundu.
Experimentálne sa zistilo, že gravitačná sila pôsobiaca blízko povrchu Zeme na teleso s hmotnosťou 102 g je 1 N. Hmotnosť 102 g je približne 1/10 kg, resp.
To ale znamená, že na teleso s hmotnosťou 1 kg, teda teleso 9,8-krát väčšie, v blízkosti zemského povrchu bude pôsobiť tiažová sila 9,8 N. Aby sme teda našli tiažovú silu pôsobiacu na teleso akéhokoľvek hmotnosť, je potrebné vynásobiť hodnotu hmotnosti (v kg) koeficientom, ktorý sa zvyčajne označuje písmenom g:
Vidíme, že tento koeficient sa číselne rovná sile gravitácie, ktorá pôsobí na teleso s hmotnosťou 1 kg. Nesie meno gravitačné zrýchlenie . Pôvod názvu úzko súvisí s definíciou sily 1 Newton. Koniec koncov, ak na teleso s hmotnosťou 1 kg pôsobí sila 9,8 N a nie 1 N, potom pod vplyvom tejto sily telo zmení svoju rýchlosť (zrýchliť) nie o 1 m / s, ale o 9,8 m/s každú sekundu. Na strednej škole sa bude táto problematika posudzovať podrobnejšie.
Teraz môžete napísať vzorec, ktorý vám umožní vypočítať gravitačnú silu pôsobiacu na teleso ľubovoľnej hmotnosti m(obr. 1).
Ryža. 1. Vzorec na výpočet gravitácie
Mali by ste vedieť, že zrýchlenie voľného pádu sa rovná 9,8 N/kg len na povrchu Zeme a s výškou klesá. Napríklad vo výške 6400 km nad Zemou je to 4-krát menej. Pri riešení problémov však túto závislosť zanedbáme. Okrem toho gravitácia pôsobí aj na Mesiac a iné nebeské telesá a na každom nebeskom telese má zrýchlenie voľného pádu svoju hodnotu.
V praxi je často potrebné merať silu. Na to sa používa zariadenie nazývané dynamometer. Základom dynamometra je pružina, na ktorú pôsobí merateľná sila. Každý dynamometer má okrem pružiny stupnicu, na ktorej sú zakreslené hodnoty sily. Jeden z koncov pružiny je vybavený šípkou, ktorá na stupnici ukazuje, aká sila pôsobí na dynamometer (obr. 2).
Ryža. 2. Zariadenie dynamometra
V závislosti od elastických vlastností pružiny použitej v silomere (od jej tuhosti) sa pri pôsobení rovnakej sily môže pružina viac alebo menej predĺžiť. To umožňuje výrobu dynamometrov s rôznymi limitmi merania (obr. 3).
Ryža. 3. Dynamometre s limitmi merania 2 N a 1 N
Existujú dynamometre s limitom merania niekoľko kilonewtonov a viac. Používajú pružinu s veľmi vysokou tuhosťou (obr. 4).
Ryža. 4. Dynamometer s limitom merania 2 kN
Ak je bremeno zavesené na dynamometri, potom sa hmotnosť bremena môže určiť z údajov na dynamometri. Napríklad, ak dynamometer s na ňom zaveseným bremenom vykazuje silu 1 N, potom hmotnosť bremena je 102 g.
Venujme pozornosť tomu, že sila má nielen číselnú hodnotu, ale aj smer. Takéto veličiny sa nazývajú vektorové veličiny. Napríklad rýchlosť je vektorová veličina. Sila je tiež vektorová veličina (tiež sa hovorí, že sila je vektor).
Zvážte nasledujúci príklad:
Teleso s hmotnosťou 2 kg je zavesené na pružine. Je potrebné znázorniť gravitačnú silu, ktorou Zem priťahuje toto teleso, a hmotnosť telesa.
Pripomeňme si, že na teleso pôsobí gravitácia a váha je sila, ktorou teleso pôsobí na zavesenie. Ak je zavesenie stacionárne, potom číselná hodnota a smer závažia sú rovnaké ako pri gravitácii. Hmotnosť, podobne ako gravitácia, sa vypočíta pomocou vzorca znázorneného na obr. 1. Hmotnosť 2 kg sa musí vynásobiť zrýchlením voľného pádu 9,8 N/kg. Pri nie príliš presných výpočtoch sa často predpokladá zrýchlenie voľného pádu 10 N / kg. Potom bude sila gravitácie a hmotnosti približne rovná 20 N.
Na zobrazenie vektorov gravitácie a hmotnosti na obrázku je potrebné vybrať a zobraziť na obrázku mierku vo forme segmentu zodpovedajúceho určitej hodnote sily (napríklad 10 N).
Telo na obrázku je zobrazené ako guľa. Bod pôsobenia gravitácie je stredom tejto gule. Silu znázorňujeme ako šípku, ktorej začiatok sa nachádza v mieste pôsobenia sily. Nasmerujme šípku kolmo nadol, keďže gravitácia smeruje do stredu Zeme. Dĺžka šípky podľa zvolenej mierky sa rovná dvom segmentom. Vedľa šípky zobrazujeme písmeno , ktoré označuje gravitačnú silu. Keďže sme na výkrese naznačili smer sily, nad písmenom je umiestnená malá šípka, aby sa zdôraznilo, čo zobrazujeme. vektor veľkosť.
Keďže váha tela pôsobí na gimbal, umiestnime začiatok šípky predstavujúcej váhu na spodok gimbalu. Pri kreslení sledujeme aj mierku. Ďalej umiestnime písmeno označujúce hmotnosť, pričom nezabudneme umiestniť nad písmenom malú šípku.
Kompletné riešenie úlohy bude vyzerať takto (obr. 5).
Ryža. 5. Formalizované riešenie problému
Opäť venujte pozornosť skutočnosti, že vo vyššie uvedenom probléme sa číselné hodnoty a smery gravitácie a hmotnosti ukázali byť rovnaké, ale body aplikácie boli odlišné.
Pri výpočte a zobrazení akejkoľvek sily je potrebné zvážiť tri faktory:
číselná hodnota (modul) sily;
smer sily
miesto pôsobenia sily.
Sila je fyzikálna veličina, ktorá popisuje pôsobenie jedného telesa na druhé. Zvyčajne sa označuje písmenom F. Jednotkou sily je newton. Pre výpočet hodnoty gravitácie je potrebné poznať zrýchlenie voľného pádu, ktoré je pri povrchu Zeme 9,8 N/kg. Takouto silou Zem priťahuje teleso s hmotnosťou 1 kg. Pri zobrazovaní sily je potrebné brať do úvahy jej číselnú hodnotu, smer a miesto pôsobenia.
Bibliografia
- Peryshkin A. V. Fyzika. 7 buniek - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2010.
- Peryshkin A. V. Zbierka úloh vo fyzike, 7-9 buniek: 5. vydanie, stereotyp. - M: Exam Publishing House, 2010.
- Lukashik V. I., Ivanova E. V. Zbierka úloh z fyziky pre ročníky 7-9 vzdelávacích inštitúcií. - 17. vyd. - M.: Osveta, 2004.
- Jedna zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov ().
- Jedna zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov ().
- Jedna zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov ().
Domáca úloha
- Lukashik V. I., Ivanova E. V. Zbierka úloh z fyziky pre ročníky 7-9 č. 327, 335-338, 351.
Sila je jedným z kľúčových pojmov fyziky. S jeho pomocou sa meria stupeň vonkajšieho vplyvu jedného tela na druhé. Pojem sily používali vedci staroveku vo svojich prácach o statike a pohybe. Takže študoval sily v procese navrhovania jednoduchých mechanizmov v 3. storočí. pred Kr e. Archimedes. Prvé myšlienky o sile sformuloval Aristoteles a existovali mnoho storočí. Isaac Newton v 17. storočí sformuloval tri základné zákony dynamiky, ktoré popisujú interakciu akýchkoľvek síl.
Prvý zákon hovorí, že teleso v pokoji zostáva v pokoji a pohybujúce sa teleso sa ďalej pohybuje v priamom smere konštantnou rýchlosťou, pokiaľ naň nepôsobí vonkajšia sila. Takže futbalová lopta zostáva v pokoji, kým ju hráč nekopne.
Druhým zákonom je, že pohyb telesa sa mení úmerne k sile, ktorá naň pôsobí. Takže čím silnejší je úder, tým rýchlejší je let futbalovej lopty.
Tretí zákon - pôsobenie akejkoľvek sily vyvoláva na ňu rovnakú a opačnú reakciu. Takže, keď gymnasta vykoná prevrátenie alebo sa odtlačí od nehybného predmetu, smer jeho pohybu je určený silou odporu (reakciou).
Začiatkom 20. storočia však Albert Einstein sformuloval teóriu relativity, kde ukázal, že newtonovská mechanika je správna len pri relatívne nízkych rýchlostiach a hmotnostiach telies.
Silové jednotky
Newton
V medzinárodnom systéme jednotiek (systém SI) sa sila meria v newtonoch (N, N). Jednotka je pomenovaná podľa anglického fyzika Isaaca Newtona. Jeden newton je sila, ktorá spôsobuje zrýchlenie 1 m/s² telesa s hmotnosťou 1 kg.
1N = 105 dyn.
1 N ≈ 0,10197162 kgf.
Kilogram-sila
Jednotka sily, ktorá nie je súčasťou sústavy SI. Kilogramová sila sa približne rovná sile pôsobiacej na teleso s hmotnosťou 1 kilogram vplyvom štandardného zrýchlenia voľného pádu (zrýchlenie pádu telies vplyvom zemskej gravitácie v bezvzduchovom priestore je približne rovné 9,8 m/s²).
1 kgf \u003d 9,80665 newtonov (presne) ≈ 10 N
1 N ≈ 0,10197162 kgf ≈ 0,1 kgf
V mnohých európskych krajinách sa pre kilogramovú silu oficiálne ujal názov kilopond (označovaný kp).
Menej často sa používajú viaceré jednotky: tonová sila rovná 103 kgf alebo gramová sila rovnajúca sa 10 -3 kgf.
Dina
Jednotka sily v systéme jednotiek CGS, ktorá bola široko používaná pred prijatím Medzinárodnej sústavy jednotiek (SI). Jeho označenie: dyn, dyn. 1 dyn sa rovná sile, ktorá na hmotnosť 1 g pôsobí zrýchlením 1 cm / s².
1 dyn \u003d g cm / s² \u003d 10 -5 N.
Libra-sila
Systém SI sa nepoužíva vo všetkých krajinách. Takže v Anglicku existuje tradičný systém mier, podľa ktorého je jednotkou sily libra-sila. Jeho označenie je lbf (skratka z anglického pound force).
1 lbf = 4,44822 newtonov
Kip (kilolibrová sila)
V Spojených štátoch sa sila meria v kipoch (alebo kilopoundoch). Vzniklo spojením anglických slov „kilo“ + „pound“.
1 kip = 4448,2216152605 newtonov
Ak chcete rýchlo a presne previesť jednu jednotku na druhú, použite našu webovú stránku.
Prístroje na meranie sily
Sila sa meria pomocou dynamometrov, gravimetrov, silomerov a lisov. Dynamometre - zariadenia, ktoré merajú silu pružnosti. Prichádzajú v troch typoch: pružinové, hydraulické, elektrické. Dynamometer sa používa aj v medicíne. S jeho pomocou lekári merajú silu rôznych svalových skupín človeka.
