В физике сила обозначается символом F, что происходит от латинского слова "fortis" (сильный). Единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ) — ньютон (Н). Сила — основная величина второго закона Ньютона. Примеры:
- сила тяжести
- сила трения
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. 💫
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.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подтяни оценки на курсах по физике.
-
Выбирай из 890+ репетиторов по физике.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Классификация сил
А какие силы вообще существуют? Давайте разберемся вместе.
На фундаментальном уровне ученые выделяют четыре типа сил: слабые, сильные, гравитационные и электромагнитные.
Слабое взаимодействие происходит при распаде атомных ядер и элементарных частиц.
Сильное взаимодействие отвечает за притяжение между нуклонами — протонами и нейтронами в ядре атомов.
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.
Электромагнитные силы действуют между всеми частицами, у которых есть электрические заряды. Такую природу имеют сила упругости, трения, вес тела и другие.
Сила как физическая величина характеризуется:
направлением;
точкой приложения;
значением (величиной).
Виды сил - это различные действия, которые приводят к изменению движения или формы объекта. Примеры:
- Сила тяжести
- Вес тела и реакция опоры
- Сила упругости
- Сила трения
- Сила Архимеда
- Сила сопротивления среды
Рассмотрим таблицу и сравним некоторые силы по их направлению и точке приложения:
Сила |
Направление |
Точка приложения |
|---|---|---|
Сила тяжести |
Вертикально вниз |
Центр массы тела |
Вес |
Противоположно силе реакции опоры |
Точка на опоре/подвесе |
Сила упругости |
Вдоль пружины противоположно силе, вызвавшей деформацию |
Точка соединения тела и пружины |
Сила трения |
Противоположно действующей силе |
Точка соприкосновения тела с поверхностью |
Сила Архимеда |
Вертикально вверх |
Центр массы тела |
На все ли тела действуют силы?
Смотря какие. Думаем, для вас не секрет, что все тела состоят из молекул и атомов. На таком уровне между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, от них никуда не деться. Если бы отсутствовали силы притяжения, молекулы бы разлетались друг от друга и не могли формировать тела. Уберите силы отталкивания, и все частицы слепятся в один большой комок.
На все тела в пределах планеты Земля действует сила тяжести. Именно поэтому все предметы, которые вы подбросите в воздух, устремятся вниз, а не вверх. Выйдя в открытый космос, мы попадем в состояние невесомости: на нас не будет действовать сила притяжения Земли. Но не спешите радоваться свободе! Во-первых, на космический корабль будет действовать аэродинамическая сила, а во-вторых, мы легко можем стать зависимы от силы притяжения другой планеты, как только приблизимся к ней.
Некоторые силы возникают только при определенных условиях. Возьмем любой предмет и начнем его деформировать, растягивать или сжимать — возникнет сила упругости. Погрузим тело в жидкость — появится сила Архимеда, начнем катить по дороге — движению будет препятствовать сила трения качения.
Измерение силы
Как можно измерить силу? Есть два верных способа: практически, с помощью измерительного прибора, и через формулы.
Прибор для измерения силы носит название динамометр (от латинского «динамос» — сила). В зависимости от типа конструкции и применения динамометры бывают ручными, тяговыми, электронными, гидравлическими и пружинными.
В вопросе измерения сил с помощью формул есть множество нюансов. Какую формулу выбрать? Как научиться выражать неизвестное из формул? Где можно взять дополнительную информацию о величинах, значений которых нет в задаче? Ответы на все эти вопросы можно получить на онлайн-курсах физики в школе Skysmart! Уроки на интерактивной платформе проходят увлекательно, живо, с большим количеством опытов и экспериментов.
