Všetci sme v živote zvyknutí používať slovo sila in porovnávacie charakteristiky hovoriacich mužov 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 meradlom a môžeme porovnať aplikáciu rôzne silné stránky, tak toto je fyzikálne množstvo, ktoré je možné merať. V akých jednotkách sa meria sila?
Silové jednotky
Na počesť anglického fyzika Isaaca Newtona, ktorý urobil obrovský výskum podstaty existencie a využitia rôzne druhy sila, jednotka sily vo fyzike je 1 newton (1 N). Aká je sila 1 N? Vo fyzike si nevyberajú merné jednotky len tak, ale špeciálne sa dohodnú s tými jednotkami, ktoré sú už akceptované.
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 tela. A nezabudnite, že existuje aj telesná hmotnosť, pretože je známe, že rovnakou silou pôsobí na rôzne položky bude iná. Môžeme hodiť loptu ďaleko, ale dlažobná kocka preletí oveľa kratšiu vzdialenosť. To znamená, že pri zohľadnení všetkých faktorov dospejeme k záveru, 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. .
Jednotka gravitácie
Zaujíma nás aj jednotka gravitácie. Keďže vieme, že Zem priťahuje všetky telesá na svojom povrchu, znamená to, že existuje príťažlivá sila a dá sa zmerať. A opäť vieme, že gravitačná sila závisí od hmotnosti telesa. Čím väčšia je telesná hmotnosť, tým silnejšia Zem je priťahovaný. 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 voľný pád označuje sa písmenom g. A g sa rovná 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 telo padá z vysoká nadmorská výška, počas letu naberá veľmi vysokú rýchlosť. Prečo potom snehové vločky a dažďové kvapky padajú celkom pokojne? Majú veľmi malú hmotnosť a zem ich priťahuje k sebe veľmi slabo. A odpor vzduchu je pre nich dosť veľký, takže k Zemi letia nie veľmi vysokou, skôr rovnomernou rýchlosťou. Ale napríklad meteority pri približovaní sa k Zemi veľmi získavajú vysoká rýchlosť a po pristátí sa vytvorí slušný výbuch, ktorý závisí od veľkosti a hmotnosti meteoritu.
Fyzika ako veda, ktorá študuje zákony nášho vesmíru, používa štandardné výskumné metódy a určitý systém meracích jednotiek. Je zvykom označovať N (newton). Čo je sila, ako ju nájsť a zmerať? Poďme študovať tento problém podrobnejšie.
Isaac Newton je vynikajúci anglický vedec 17. storočia, ktorý neoceniteľne prispel k rozvoju presných matematické vedy. On je praotec klasickej fyziky. Podarilo sa mu opísať zákony, ktorými sa riadia ako obrovské nebeské telesá, tak aj malé zrnká piesku unášané vetrom. Jedným z jeho hlavných objavov je zákon univerzálna gravitácia a tri základné zákony mechaniky, ktoré popisujú interakciu telies v prírode. Neskôr iní vedci dokázali odvodiť zákony trenia, pokoja a kĺzania len vďaka vedecké objavy Isaac Newton.
Trochu teórie
Na počesť vedca bola pomenovaná fyzikálna veličina. Newton je jednotka sily. Samotnú definíciu sily možno opísať takto: „Sila je kvantitatívna miera interakcie medzi telesami alebo veličina, ktorá charakterizuje stupeň intenzity alebo napätia telies.
Veľkosť sily sa z nejakého dôvodu meria v newtonoch. Práve títo vedci vytvorili tri neotrasiteľné „mocenské“ zákony, ktoré sú aktuálne aj dnes. Preštudujme si ich na príkladoch.
Prvý zákon
Aby ste plne porozumeli otázkam: "Čo je to newton?", "Merná jednotka čoho?" a „Čo je jeho fyzický význam?“, stojí za to pozorne si preštudovať tri základné zákony mechaniky.
Prvý hovorí, že ak telo nebude ovplyvnené inými telesami, potom bude v pokoji. A ak bolo telo v pohybe, tak kedy úplná absencia akákoľvek akcia na ňom bude pokračovať rovnomerný pohyb v priamke.
Predstavte si to plochý povrch Na stole je určitá kniha s určitou hmotnosťou. Po určení všetkých síl, ktoré na ňu pôsobia, zistíme, že ide o gravitačnú silu, ktorá smeruje vertikálne nadol a (v v tomto prípade stôl) smerujúci zvisle nahor. Keďže obe sily navzájom vyrovnávajú svoje pôsobenie, veľkosť výslednej sily je nulová. Podľa prvého Newtonovho zákona je to dôvod, prečo je kniha v pokoji.
Druhý zákon
Popisuje vzťah medzi silou pôsobiacou na teleso a zrýchlením, ktoré dostáva v dôsledku aplikovanej sily. Pri formulovaní tohto zákona ako prvý použil Isaac Newton konštantná hodnota hmotnosť ako miera prejavu zotrvačnosti a zotrvačnosti telesa. Zotrvačnosť je schopnosť alebo vlastnosť telies udržať si svoju pôvodnú polohu, čiže odolávať vonkajším vplyvom.
Často sa popisuje druhý zákon nasledujúci vzorec F = a*m; kde F je výslednica všetkých síl pôsobiacich na teleso, a je zrýchlenie prijaté telesom a m je hmotnosť telesa. Sila je nakoniec vyjadrená v kg*m/s2. Tento výraz a zvyčajne sa uvádza v newtonoch.
Čo je Newton vo fyzike, aká je definícia zrýchlenia a ako súvisí so silou? Na tieto otázky odpovedá vzorec druhého zákona mechaniky. Malo by byť zrejmé, že tento zákon funguje iba pre tie telesá, ktoré sa pohybujú rýchlosťou oveľa nižšou ako rýchlosť svetla. Pri rýchlostiach blízkych rýchlosti svetla fungujú trochu iné zákony, prispôsobené špeciálnou sekciou fyziky o teórii relativity.
Tretí Newtonov zákon
Toto je možno najzrozumiteľnejší a najjednoduchší zákon, ktorý popisuje interakciu dvoch telies. Hovorí, že všetky sily vznikajú v pároch, to znamená, že ak jedno teleso pôsobí na druhé určitou silou, potom druhé teleso zase pôsobí na prvé rovnako veľkou silou.
Samotná formulácia zákona vedcami je nasledovná: „...vzájomné interakcie dvoch telies sú si navzájom rovné, ale zároveň smerujú opačným smerom.“
Poďme zistiť, čo je Newton. Vo fyzike je zvykom uvažovať o všetkom na základe konkrétnych javov, preto uvedieme niekoľko príkladov, ktoré popisujú
- Vodné vtáctvo, ako sú kačice, ryby alebo žaby, sa pohybujú vo vode alebo cez ňu presne vďaka interakcii s ňou. Tretí Newtonov zákon hovorí, že keď jedno teleso pôsobí na druhé, vždy vzniká reakcia, ktorá je rovnako silná ako prvá, ale smeruje k opačnej strane. Na základe toho môžeme konštatovať, že k pohybu kačíc dochádza v dôsledku skutočnosti, že labkami tlačia vodu späť a sami plávajú vpred v dôsledku vzájomného pôsobenia vody.
- Veveričie koleso - žiarivý príklad dôkaz tretieho Newtonovho zákona. Každý asi vie, čo je to veverička. Je to pekné jednoduchý dizajn, pripomínajúce koleso aj bubon. Je inštalovaný v klietkach, aby mohli pobehovať domáce zvieratá ako veveričky alebo potkany. Interakcia dvoch telies, kolesa a zvieraťa, vedie k tomu, že sa obe tieto telesá pohybujú. Navyše, keď veverička beží rýchlo, koleso sa točí vysoká rýchlosť, a keď sa spomalí, koleso sa začne točiť pomalšie. To opäť dokazuje, že akcia a reakcia sú vždy rovnaké, hoci sú nasmerované opačným smerom.
- Všetko, čo sa hýbe na našej planéte, sa pohybuje len vďaka „reakcii“ Zeme. Môže sa to zdať zvláštne, ale v skutočnosti, keď kráčame, vynakladáme úsilie iba na to, aby sme zatlačili zem alebo akýkoľvek iný povrch. A ideme vpred, pretože Zem nás tlačí späť.
Čo je newton: merná jednotka alebo fyzikálna veličina?
Samotnú definíciu „newtona“ možno opísať takto: „je to jednotka merania sily“. Aký je jeho fyzikálny význam? Takže na základe druhého Newtonovho zákona ide o odvodenú veličinu, ktorá je definovaná ako sila schopná zmeniť rýchlosť telesa s hmotnosťou 1 kg o 1 m/s len za 1 sekundu. Ukazuje sa, že Newton je t.j. má svoj vlastný smer. Keď na predmet pôsobíme silou, napríklad tlačíme na dvere, súčasne nastavujeme smer pohybu, ktorý bude podľa druhého zákona rovnaký ako smer sily.
Ak budete postupovať podľa vzorca, ukáže sa, že 1 Newton = 1 kg*m/s2. Pri rozhodovaní rôzne úlohy V mechanike je často potrebné previesť newtony na iné veličiny. Pre pohodlie pri hľadaní určitých hodnôt sa odporúča zapamätať si základné identity, ktoré spájajú newtony s inými jednotkami:
- 1 N = 10 5 dyn (dyn je jednotka merania v systéme GHS);
- 1 N = 0,1 kgf (kilogram-sila je jednotka sily v systéme MKGSS);
- 1 N = 10 -3 steny (merná jednotka v systéme MTS, 1 stena rovná sile, ktorý každému telesu s hmotnosťou 1 tony udeľuje zrýchlenie 1 m/s 2 ).
Zákon gravitácie
Jeden z najviac dôležité objavy vedec, ktorý obrátil myšlienku našej planéty hore nohami, je Newtonov gravitačný zákon (čo je gravitácia, prečítajte si nižšie). Samozrejme, pred ním boli pokusy odhaliť záhadu zemskej gravitácie. Napríklad ako prvý naznačil, že nielen Zem má príťažlivú silu, ale aj samotné telesá sú schopné priťahovať Zem.
Len Newtonovi sa však podarilo matematicky dokázať vzťah medzi gravitačnou silou a zákonom pohybu planét. Po mnohých experimentoch si vedec uvedomil, že v skutočnosti nielen Zem priťahuje predmety k sebe, ale aj všetky telesá sú navzájom magnetizované. Odvodil zákon gravitácie, ktorý hovorí, že každé teleso, vrátane nebeských telies sú priťahované silou, rovná produktu G (gravitačná konštanta) a hmotnosti oboch telies m 1 * m 2, delené R 2 (druhá mocnina vzdialenosti medzi telesami).
Všetky zákony a vzorce odvodené Newtonom umožnili vytvoriť holistický matematický model, ktorý sa dodnes využíva pri výskume nielen na povrchu Zeme, ale aj ďaleko za hranicami našej planéty.
Konverzia jednotiek
Pri riešení problémov by ste mali pamätať na štandardné, ktoré sa používajú aj pre „newtonské“ jednotky merania. Napríklad pri problémoch o vesmírne objekty, kde sú masy telies veľké, veľmi často vzniká potreba zjednodušovania veľké hodnoty k menším. Ak roztok dáva 5000 N, potom bude vhodnejšie napísať odpoveď v tvare 5 kN (kiloNewton). Existujú dva typy takýchto jednotiek: násobky a podnásobky. Tu sú tie najpoužívanejšie: 10 2 N = 1 hektoNewton (gN); 103N = 1 kiloNewton (kN); 106N = 1 megaNewton (MN) a 10-2 N = 1 centiNewton (cN); 10-3 N = 1 miliNewton (mN); 10-9 N = 1 nanoNewton (nN).
jednotka sily
Alternatívne popisyJednotka svietivosti
Ženské meno: (arabsky) verná
Miera, jednotka sily
Jednotky, ktoré nie sú predmetom používania. sily v systéme GHS
Postava L. N. Tolstého „Kaukazský väzeň“
Najsilnejší minifutbalový klub v Rusku
Jednotka sily
Ruská herečka sa volá Korzun
V Biblii - dcéra Jakuba od Ley, sestry Simeona a Léviho
Postava z operety K. Ya Listova „Sevastopolský valčík“.
Tak sa volala Alicina obľúbená mačka, ktorá skončila v krajine zázrakov
Ženské meno
Postava z románu L. N. Tolstého „Kaukazský väzeň“
Herečka Korzun
Alicina mačka z Krajiny zázrakov
Jedno z označení pre jednotku sily
Herečka Durbin
Durbin, Korzun alebo jednotka sily
Herečky Durbin a Korzun (meno)
Ako sa meria sila?
Jednotka sily v GHS
Herečka sa volá Korzun
Dospelý menovec Dinočka
Mini futbalový klub
Spisovateľka Rubina
Dinočka sa stala dospelou
Mini futbalový tím
Ženské meno, ktoré sa rýmuje s mojím
Jednotka sily v systéme jednotiek GHS
Ženské meno (správne v arabčine)
Jednotka sily rovnajúca sa sile, ktorá udeľuje hmotnosti jedného gramu zrýchlenie jeden centimeter za sekundu.
Už vieme, že na opis interakcie telies sa používa fyzikálna veličina nazývaná sila. V tejto lekcii sa dozvieme viac o vlastnostiach tejto veličiny, jednotkách sily a zariadení, ktoré 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 dané teleso pôsobí druhé teleso silou.
Sila je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje pôsobenie jedného telesa na druhé.
Sila je uvedená latinské písmeno F, a jednotka sily sa nazýva na počesť anglického fyzika Isaaca Newtona Newton(píšeme s malým písmenom!) a označuje sa N (píšeme veľké písmeno, keďže jednotka je pomenovaná po vedcovi). takže,
Spolu s Newtonom, násobkami a čiastkové násobky sila:
kilonewton 1 kN = 1000 N;
meganewton 1 MN = 1 000 000 N;
millinewton 1 mN = 0,001 N;
mikronewton 1 µN = 0,000001 N atď.
Pod vplyvom sily sa mení rýchlosť telesa. Inými slovami, telo sa začne pohybovať nie rovnomerne, ale zrýchlene. Presnejšie, rovnomerne zrýchlené: počas rovnakých časových úsekov sa rýchlosť telesa mení rovnako. presne tak zmena rýchlosti telesá pod vplyvom sily používajú fyzici na určenie jednotky sily v 1 N.
Jednotky merania nových fyzikálnych veličín sú vyjadrené prostredníctvom takzvaných základných jednotiek - jednotiek hmotnosti, dĺžky, času. V sústave SI sú to kilogram, meter a sekunda.
Nechajte pod vplyvom nejakej sily rýchlosť tela s hmotnosťou 1 kg mení svoju rýchlosť o 1 m/s za každú sekundu. Práve tento druh sily sa berie ako 1 newton.
Jeden newton (1 N) je sila, ktorou je hmotné teleso 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 sa rovná 1 N. Hmotnosť 102 g je približne 1/10 kg, alebo presnejšie
To ale znamená, že pre telo s hmotnosťou 1 kg, teda pre telo 9,8 krát väčšia hmotnosť, na zemský povrch bude pôsobiť gravitačná sila 9,8 N Ak teda chcete zistiť gravitačnú silu pôsobiacu na teleso akejkoľvek hmotnosti, musíte hodnotu hmotnosti (v kg) vynásobiť koeficientom, ktorý sa zvyčajne označuje ako. list g:
Vidíme, že tento koeficient sa číselne rovná sile gravitácie, ktorá pôsobí na teleso s hmotnosťou 1 kg. Volá sa gravitačné zrýchlenie . Pôvod názvu úzko súvisí s definíciou sily 1 newton. Ak totiž na teleso s hmotnosťou 1 kg pôsobí sila nie 1 N, ale 9,8 N, tak pod vplyvom tejto sily teleso zmení svoju rýchlosť (zrýchlenie) nie o 1 m/s, ale o 9,8. m/s každú sekundu. IN stredná škola o tejto problematike sa bude diskutovať podrobnejšie.
Teraz môžeme napísať vzorec, ktorý nám umožní vypočítať gravitačnú silu pôsobiacu na teleso ľubovoľnej hmotnosti m(obr. 1).
Ryža. 1. Vzorec na výpočet gravitácie
Mali by ste vedieť, že gravitačné zrýchlenie je 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 každé z nich nebeské teleso gravitačné zrýchlenie má svoj vlastný význam.
V praxi je často potrebné merať silu. Na to sa používa zariadenie nazývané dynamometer. Základom dynamometra je pružina, na ktorú pôsobí nameraná sila. Každý dynamometer má okrem pružiny stupnicu, na ktorej sú uvedené hodnoty sily. Jeden z koncov pružiny je vybavený šípkou, ktorá na stupnici označuje, aká sila pôsobí na dynamometer (obr. 2).
Ryža. 2. Zariadenie dynamometra
Záležiac na elastické vlastnosti pružina používaná v silomere (v závislosti od jej tuhosti), vplyvom rovnakej sily sa pružina môže viac alebo menej predĺžiť. To umožňuje vyrábať dynamometre s rôznymi limitmi merania (obr. 3).
Ryža. 3. Dynamometre s limitmi merania 2 N a 1 N
Existujú dynamometre s limitom merania niekoľko kilonewtonov alebo viac. Používajú pružinu s veľmi vysokou tuhosťou (obr. 4).
Ryža. 4. Dynamometer s limitom merania 2 kN
Ak zavesíte záťaž na dynamometer, môžete určiť hmotnosť záťaže na základe 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 moc nie je len číselná hodnota, ale aj smer. Takéto veličiny sa nazývajú vektorové veličiny. Napríklad rýchlosť je vektorové množstvo. 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 gravitačná sila a hmotnosť 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 tiažovým zrýchlením 9,8 N/kg. Pri nie veľmi presných výpočtoch sa zrýchlenie voľného pádu často považuje za 10 N/kg. Potom bude sila gravitácie a hmotnosti približne 20 N.
Na znázornenie vektorov gravitácie a hmotnosti na obrázku je potrebné vybrať a zobraziť na obrázku mierku vo forme segmentu zodpovedajúceho určitej hodnote sily (napríklad 10 N).
Zobrazme telo na obrázku ako guľu. Bod pôsobenia gravitácie je stredom tejto gule. Znázornime silu ako šípku, ktorej začiatok sa nachádza v mieste pôsobenia sily. Nasmerujme šípku kolmo nadol, pretože gravitačná sila smeruje do stredu Zeme. Dĺžka šípky podľa zvolenej mierky sa rovná dvom segmentom. Vedľa šípky nakreslíme písmeno, ktoré označuje silu gravitácie. Keďže na výkrese sme naznačili smer sily, nad písmenom je umiestnená malá šípka, aby sa zdôraznilo, čo zobrazujeme vektor veľkosť.
Keďže telesná hmotnosť je aplikovaná na záves, začiatok šípky predstavujúcej hmotnosť je umiestnený v spodnej časti závesu. Pri zobrazovaní rešpektujeme aj mierku. Umiestnite vedľa neho písmeno s uvedením hmotnosti a nezabudnite nad písmenom umiestniť malú šípku.
Kompletné riešenie problému bude vyzerať takto (obr. 5).
Ryža. 5. Formalizované riešenie problému
Upozorňujeme ešte raz, že vo vyššie uvedenom probléme sa číselné hodnoty a smery gravitácie a hmotnosti ukázali byť rovnaké, ale body aplikácie boli odlišné.
Pri výpočte a znázornení akejkoľvek sily je potrebné vziať do úvahy tri faktory:
· číselná hodnota (modul) sily;
· smer sily;
· miesto pôsobenia sily.
Sila je fyzikálna veličina, ktorá opisuje pôsobenie jedného telesa na druhé. Zvyčajne sa označuje písmenom F. Jednotkou sily je newton. Pre výpočet hodnoty gravitácie je potrebné poznať gravitačné zrýchlenie, ktoré je pri povrchu Zeme 9,8 N/kg. Takouto silou Zem priťahuje teleso s hmotnosťou 1 kg. Pri zobrazovaní sily treba brať do úvahy číselná hodnota, smer a miesto aplikácie.
Bibliografia
- Peryshkin A.V. 7. trieda - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2010.
- Peryshkin A.V. Zbierka úloh z fyziky, ročníky 7-9: 5. vydanie, stereotyp. - M: Vydavateľstvo „Skúška“, 2010.
- Lukashik V. I., Ivanova E. V. Zbierka úloh z fyziky pre ročníky 7-9 vzdelávacie inštitúcie. - 17. vyd. - M.: Vzdelávanie, 2004.
- Jediná kolekcia digitálneho obsahu vzdelávacie zdroje ().
- Jednotná zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov ().
- Jednotná 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.
