Чем определяется сила: Сила в физике — что такое? В чем измеряется? Определение

Сила в физике — что такое? В чем измеряется? Определение

В каждом случае мы характеризуем человека или животное, но можно ли рассчитать силу количественно? Есть ли разница между силами? Как можно измерить эту величину? На эти и многие другие вопросы вы получите ответы в этой статье.

Определение силы

Начнем с самого главного — со слова «сила» в физике.

Сила — векторная физическая величина, которая является мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей.

Представьте, что вы ходите по супермаркету и выбираете продукты, бережно складывая их в тележку. Вы передвигаете ее с помощью силы ваших мускулов, и чем сильнее вы напряжете руки и толкнете тележку, тем на большее расстояние она укатится (только аккуратно, не попадите в стенд с газировкой!).

Или вспомните урок физкультуры, где соревнуются в перетягивании каната: команда соперников может даже потерять равновесие, если вы одновременно с вашими друзьями потянете канат на себя.

Результаты действия сил мы можем видеть постоянно: любой подброшенный предмет падает на землю, тела плавают на поверхности жидкости, пружины растягиваются под весом груза. Даже Вселенная подчиняется законам сил: астероиды летают по определенным траекториям, а черные дыры со всей своей мощью поглощают свет далеких звезд. 💫

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Обозначение и единица измерения

У любой физической величины есть свое обозначение и единица измерения. Как же сила обозначается в физике?

Все просто. Сила обозначается латинской буквой F (кстати, на английском языке «сила» — force), а измеряется в ньютонах [H] — в честь великого английского ученого сэра Исаака Ньютона.

Возможно, вы слышали легенду про Ньютона: как он сидел под деревом и размышлял о физических законах, как ему на голову упало яблоко, и это зародило в нем новые гипотезы… Так вот, спешим развеять этот миф: на самом деле такого не происходило. Исаак Ньютон действительно сделал открытия о законах движения и всемирном тяготении, но в этом ему помогли отнюдь не яблоки!

Вернемся к единице измерения силы. Интересно, что ньютоны — это не основная, а производная единица международной системы СИ.

1 Н = 1 кг · м/с².

А значит, сила, равная одному ньютону, определяется как взаимодействие, которое за 1 секунду изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы.

К ньютонам можно прибавлять дольные и кратные приставки, чтобы выразить величину как можно удобнее, не используя при этом огромное количество нулей.

Так, 1 кН = 1 000 Н; 1 гН = 100 Н; 1 мН = 0,001 Н.

Классификация сил

А какие силы вообще существуют? Давайте разберемся вместе.

На фундаментальном уровне ученые выделяют четыре типа сил: слабые, сильные, гравитационные и электромагнитные.

1. Слабое взаимодействие происходит при распаде атомных ядер и элементарных частиц.

2. Сильное взаимодействие отвечает за притяжение между нуклонами — протонами и нейтронами в ядре атомов.

3. К гравитационным силам принято относить тот тип взаимодействий, которые происходят между материальными телами, имеющими массу. Сила тяготения и сила тяжести по праву относятся к такому типу, так как зависят прямо пропорционально от массы тела.

4. Электромагнитные силы действуют между всеми частицами, у которых есть электрические заряды. К ним можно отнести силу упругости, трения, вес тела, силу Архимеда и другие.

Сила как физическая величина характеризуется:

Рассмотрим таблицу и сравним некоторые силы по их направлению и точке приложения:

Понятие силы в физике, теория и онлайн калькуляторы

Понятие силы в физике, теория и онлайн калькуляторы

В 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). Любе проявление силы можно использовать для ее измерения.

Существуют разные способы измерения сил. {-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.

1. 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.
2. 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.

2}=-\frac{\mu }{m}dt\to -\left(\frac{1}{v_1}-\frac{1}{v_0}\right)=-\frac{\mu }{m}t_1\to \mu =\frac{m\left(v_0-v_1\right)}{{t_1v}_1v_0}.\]

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!

Что такое сила? — ЛУЧШЕЕ ДВИЖЕНИЕ

Кажется, все согласны с тем, что сила — это хорошо.

Спортивные тренеры утверждают, что увеличение силы позволит вам бегать быстрее, выше прыгать, сильнее бить. Физиотерапевты скажут вам, что увеличение силы в определенной мышце излечивает боль в спине, коленях и бедрах.

Независимо от того, имеют ли эти утверждения какую-либо ценность или нет, одна вещь, которую я нахожу интересной, заключается в том, что почти никто никогда не определяет, что они подразумевают под силой. И это, вероятно, потому, что это может быть очень неуловимой концепцией для определения.

Например, одно из словарных определений силы: «состояние, качество или свойство быть сильным». Достаточно справедливо, но это круговое определение, которое мало что нам говорит. Многие силовые тренеры дают такие же мутные определения, обычно неявно.

Итак, что такое хорошее определение силы?

Как насчет этого: сила — это способность создавать мышечное напряжение. Это неплохое начало, сила определенно имеет какое-то отношение к мышечной работе. Но это определение ничего не говорит о том, может ли напряжение создавать полезные движения в реальном мире, которые мы считаем впечатляющим проявлением силы. Например, кто-то может создать огромное напряжение в своем теле, оставаясь совершенно неподвижным и ничего не делая. Это сильно? Ни в каком практическом смысле.

Давайте рассмотрим некоторые реальные примеры умений, которые обычно считаются требующими силы.

Проверьте Бенедикта Магнуссона. Мне нравится стиль этого парня:

Очень впечатляет. Но так ли он силен, как этот парень?

http://youtu.be/bGTQ0KIbeVw

И пока я призываю к дебатам в барах о том, может ли тигр победить льва, давайте также спросим: кто сильнее, кто может очистить и рывок в 1,5 раза больше собственного веса, или кто-то, кто может целый день тюковать сено, а вернуться и сделать это на следующий день? У кого ноги сильнее, у Лэнса Армстронга или у Дэвида Бекхэма? И как мы можем измерить силу ног Хайле Гебреселассие, парня ростом всего 5 футов 3 дюйма и весом 123 фунта, промокшего насквозь, но способного пробежать 26 миль подряд быстрее, чем за пять минут?

Конечно, все это глупые вопросы. (Но как ни странно!) Один из способов ответить на них — начать определять различные виды силы. Итак, у одного парня абсолютная сила, у другого сила, у одного силовая выносливость и т. д. Эксперты создали множество различных категорий силы по этим направлениям, различая максимальную силу от силовой скорости, от скоростной силы, от силовой выносливости от реактивной силы.

. И, конечно же, есть эксцентрическая, изометрическая и концентрическая сила.

Но есть и другие сложности, которые следует учитывать. Даже в пределах любой из этих категорий силы ее применение в реальном мире зависит от многих других переменных, таких как угол сустава, точное направление результирующей силы, положение и движение других суставов, постуральный контроль и равновесие, способность расслаблять мышцы-антагонисты и задействовать мышцы-стабилизаторы, поддержание сфокусированного психического состояния, отсутствие боли и т. д.

На самом деле, если бы мы расширили все категории силы до их силы, мы могли бы просто сказать, что великие становые тяги обладают большой силой подъема, что марафонцы обладают силой бега на длинные дистанции, а Тайгер Вудс обладает большой силой удара мячом для гольфа. Но теперь мы возвращаемся к нашему круговому определению, где мы просто говорим, что сила — это способность делать то, что требует силы.

Что такое сила?

Я до сих пор не знаю, как это определить, но знаю, что мне нравится эта цитата, которую я нашел, выполняя поиск в Google по этой теме. Вот выдержка из прекрасной статьи Чипа Конрада:

Если мы определим силу в физическом мире как «развитие силы» и признаем все различные степени развития силы, то мы имеем гигантский спектр силы, от архетипического абсолютного максимальное развитие силы. . . до экстремальных соревнований на выносливость … Это все развитие силы, от тела, генерирующего как можно больше силы одновременно (пауэрлифтинг, тяжелая атлетика, сбрасывание автомобилей с приколотых близких и т. д.), до развития силы на низком уровне в течение длительного времени. (то, что называется «выносливостью» и часто трактуется как нечто отличное от «силы»).

При таком спектре возможностей, почему тренер со средним весом работает в очень ограниченном диапазоне 6-10 или 8-12 повторений с умеренной скоростью и весом? . . .Что насчет скорости? Продолжительность? Расстояние? Тренажерный зал предназначен не только для ограниченных идеалов бодибилдера.

Помимо физической силы, мы слышим о силе духа, силе характера и высоком моральном духе, все из которых должны иметь свои собственные определения, поскольку о них часто говорят как о расплывчатых, но решительных, замечательных чертах. Возможно, это просто способы преодоления препятствий, демонстрирующие «силу», которая имеет мало общего с простой физиологией или мышцами.

Как насчет небольшого простого определения силы? Способность. Быть сильным значит иметь способности. В жизни, в спортзале и в отношениях. Способность преодолевать физические, эмоциональные или субъективные препятствия, которые мешают нашему прогрессу как человеческому существу. Это сила.

Мне нравится!

Что вы думаете? Позвольте мне знать в комментариях ниже.

Сила — определение, значение и синонимы

Сила — это свойство быть сильным физически (вы можете сделать, скажем, 100 отжиманий) или сильным умом (вы можете считать проценты в уме, пока люди кричат ​​на вас ).

Сила имеет несколько оттенков значения. Прочность чего-либо может быть мерой того, какую силу или давление оно может выдержать с течением времени (например, стена от наводнения). Или его эффективность (как пестицид).