Формула силы в физике
Содержание:
- Определение и формула силы
- Второй закон Ньютона
- Единицы измерения силы
- Примеры решения задач
Определение и формула силы
Определение
Силой называют векторную величину, которая характеризует взаимодействия тел. Ее модуль определяет «степень» (интенсивность) воздействия. Направление силы совпадает с направлением ускорения, которое приобретает тело при взаимодействии с другими телами.
Силы способны изменять скорости тел и вызывать их деформации. Примером деформированного тела служит сжатая (растянутая) пружина.
Две силы считают равными по модулю и противоположными по направлению, если они приложены к одному телу, но ускорение такого тела равно нулю.
Второй закон Ньютона
Равнодействующая всех сил приложенных к телу (векторная сумма всех сил) ($\bar{F}$) равна производной от импульса тела по времени:
$$\bar{F}=\sum_{i=1}^{n} \bar{F}_{i}=\frac{d \bar{p}}{d t}(1)$$
где $\bar{p}=m \bar{v}$ — импульс тела, m–масса рассматриваемого тела, $\bar{v}$ — скорость. Надо отметить, что уравнение (1) строго применимо только относительно материальной точки. Если рассматривается протяженное тело, то под скоростью понимают скорость движения центра масс тела.
Если масса материальной точки (m)не изменяется во времени, то формула, определяющая результирующую силу, приложенную к ней (второй закон Ньютона) можно представить в виде:
$$\bar{F}=m \frac{d \bar{v}}{d t}=m \bar{a}(2)$$
где $\bar{a}$ – ускорение, которое материальная точка приобретает в результате воздействия на нее силы. Выражение (2) показывает то, что если $\bar{F}$=0, то тело (материальная точка) движется равномерно и прямолинейно или покоится.
Если сила, приложенная к телу, является постоянной (по модулю и направлению), то формулу для нее можно представить в виде:
$$F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{m\left(v_{2}-v_{1}\right)}{t_{2}-t_{1}}$$
Единицы измерения силы
Основной единицей измерения момента силы в системе СИ является: [F]=Н=(кг•м)/с2
В СГС: [F]=дин
1Н=105 дин
Примеры решения задач
Пример
Задание. {2}}(1.4)$$
то, учитывая выражения (1.2) и (1.3), получаем:
$a = 6 \alpha t (1.5)$
Так как ay=0, то получаем, что сила, которая действует на нашу точку, направлена по оси X, так как направление ускорение и силы совпадают, а мы получили:
$$\bar{a}=6 \alpha t \cdot \bar{i}(1.6)$$
где $\bar{i}$ – единичный вектор, направленный по оси X.
Исходя из второго закона Ньютона, имеем:
$$F=m \cdot 6 \alpha t, \bar{F}=m 6 \alpha t \cdot \bar{i}$$
Ответ. Так как $F=m \cdot 6 \alpha t$, то с течением времени сила увеличивается по модулю.
236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Пример
Задание. Два параллелепипеда лежат на горизонтальной поверхности. {\prime}}=\left(m_{1}+m_{2}\right) \bar{a}(2.3)$$
В проекции на ось X уравнение (2.3) примет вид:
$$F_{0}=\left(m_{1}+m_{2}\right) a(2.4)$$
Из уравнения (2.4) выразим ускорение:
$$a=\frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$$
Подставим правую часть выражения (2.5) в (2.2) вместо ускорения:
$$F=F_{0}-m_{1} \cdot \frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$$
Ответ. $F=F_{0}-m_{1} \cdot \frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$
Читать дальше: Формула сопротивления.
Сила тяжести: формула, единицы измерения, особенности
Сила тяжести и ее источник: FreepickРазбираетесь с такой физической категорией, как сила тяжести? Формула, ее составляющие и единицы измерения укажут, что сильнее притянет Земля — яблоко или поезд. Отличается ли сила тяжести от силы тяготения? Объясним, как не перепутать эти две величины.
Что такое сила тяжести
Каждый день наблюдаем, как тела вокруг деформируются (меняют форму или размеры), ускоряются или тормозят, падают. В реальной жизни с различными телами происходят самые разнообразные вещи. Причина всех действий и взаимодействий кроется в некой силе. О чем идет речь?
Понятие силы
Силой называют физическую векторную величину, которая оказывает воздействие на тело, а ее источниками становятся другие тела. Что означает понятие векторной величины? Это говорит о том, что сила наделена направлением. В зависимости от того, куда она направлена, можно получить разные результаты.
Это как если стоять на вершине горы на сноуборде, то от направления толчка будет зависеть дальнейшее движение. Таков результат приложения силы в этом случае. Силы, которые изучают ученые-физики, разнообразны и очень важны для нашей повседневной жизни.
Определение и значение силы тяжести
Одна из них носит название сила тяжести. Физика предлагает следующее определение: сила тяжести — это величина, которая показывает, насколько сильно Земля притягивает тело, которое расположено на ее поверхности или рядом с ней. Таким образом, направление этой силы — центр нашей планеты.
Сила тяжести на Земле крайне важна по следующим причинам:
- Наша планета притягивает все, что попадает в сферу действия этой силы, будь то твердое тело, жидкость или газ.
- Благодаря ее существованию стало возможным создание атмосферы (молекулы газов, которые ее составляют, не улетают в космические просторы), появились и остаются на своих местах моря и океаны.
- Любой предмет, который приподнимаем и роняем, обязательно упадет вниз по направлению к Земле.
Кстати, именно из-за воздействия этой силы люди не могут летать. Самостоятельно развить скорость, на которой полет становится возможным (так называемую первую космическую) человек не способен, а потому в обычной жизни всегда твердо стоит ногами на Земле.
Сила тяжести и сила тяготения: отличия
Падение перьев как пример силы тяжести: FreepickСила тяжести, определение которой дали выше, схожа с силой тяготения. Оба варианта связывает сила притяжения.
Однако эти две силы не одно и то же, хоть их и часто путают. Давайте разберемся, в чем тут дело.
Еще в 1682 году Исаак Ньютон открыл закон о всемирном тяготении. Сформулирован он был так: тела притягивают друг друга, а сила этого тяготения — величина, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональна расстоянию, возведенному в квадрат.
Математически силу тяготения записывают так: F = G×M×m/R², где:
- F — сила тяготения, Н;
- M — масса первого тела (часто планеты), кг;
- m — масса второго тела, кг;
- R — дистанция между ними, м;
- G — постоянная величина (G = 6,67×10⁻¹¹ м³×кг⁻¹×с⁻²).
Продемонстрировать эту силу легко — достаточно встать на весы. Стрелка сразу же отклонится, показывая вес тела. Так происходит из-за очень большой массы Земли, благодаря которой мы придавлены к ней. На Луне, масса которой меньше, вес человека меньше в несколько раз.
Итак, закон о всемирном тяготении и соответствующая сила необходимы для вычисления силы взаимодействий между разнообразными телами. При этом их размеры должны быть меньше, чем расстояние между ними.
Теперь вернемся к нашей теме и рассмотрим подробно, что же такое сила тяжести, обозначение которой дали выше, и как она связана с силой тяготения.
Сила тяжести: формула, единицы измерения
Напомним, что когда говорим о силе тяжести, то имеем в виду силу, с которой осуществляет притяжение наша планета.
Формула силы тяжести такова: F = m×g, где:
- F — сила тяжести, Н;
- m — масса тела, кг;
- g — ускорение свободного падения, м/с².
В этой формуле видим новую величину — ускорение свободного падения. Так называют ускорение, которое приобретает тело рядом с Землей во время свободного и беспрепятственного падения. Рядом с поверхностью Земли значение этой величины примерно равняется 9,81 м/с², а в приблизительных расчетах используют округленное значение 10 м/с².
По этой формуле рассчитывается сила тяжести, единица измерения которой — Ньютоны (в честь Исаака Ньютона).
Капл дождя падают на Землю благодаря силе тяжести: FreepickЧему равна сила тяжести? Глядя на эту формулу, можно сказать, что сила тяжести схожа с весом тела. В покое на Земле эта величина и вес будут идентичны. Но это не одно и то же. Почему? Объяснение не сложное:
- Силой, с которой на тела действует Земля, называют силу тяжести.
- Вес тоже сила, с которой тела действуют на опору.
- То есть у них отличаются точки действия: первая направлена на центр массы тел, а вес направлен на опору.
Кроме того, на величину силы тяжести влияет масса и планета, на которой проводятся измерения. Вес определяется также ускорением, с которым происходит движение тела и опоры.
К примеру, вес тела в лифте определяется тем, в каком направлении и как быстро происходит движение тела. Сила тяжести не учитывает, куда и что движется: эти внешние факторы на нее не влияют.
Итак, с весом разобрались. А что же с силой тяготения, которую упоминали выше? Можем ли две эти силы приравнять? На этот раз ответ будет утвердительным.
Выразим это математически:
- F = m×g.
- F = G×M×m/R².
- m×g = G×M×m/R².
Если обе части полученного уравнения разделить на массу, то получим такую формулу: g = G×M/R².
Величина g (ускорение свободного падения) уникальна для каждой планеты:
- На нашей Земле свободно падающее тело с каждой секундой ускоряется примерно на 9,81 метр (м/с²).
- Ускорение свободного падения рядом с Луной имеет величину всего 1,62 м/с².
- На Юпитере это значение достигает 26,2 м/с². Человек, который весит 60 кг, на этой планете почувствует себя так, будто бы поправился на 100 кг.
Как изменится величина, если тело будет падать 4 секунды? Попробуем подсчитать:
- Скорость падения в начальной точке составит 0 м/с².
- В течение первой секунды она увеличится до 9,81 м/с².
- За вторую секунду величина вырастет вдвое и составит 19,62 м/с².
- Третья секунда добавить еще одну величину ускорения и получится 29,43 м/с².
- В четвертую секунду скорость движения тела достигнет 39,24 м/с², что равняется приблизительно 141 км/ч.
Отметим, что яблоко и кирпич будут падать с равной скоростью. Только очень легкие предметы во время падения замедляет воздух, оказывая им ощутимое сопротивление. Так, птичье перышко будет совершать падение очень медленно и плавно.
Задумываемся об этом или нет, на каждого из нас оказывает воздействие сила тяжести. Формула ее расчета состоит из массы, умноженной на величину ускорения свободного падения. Эта сила показывает воздействие планет на тела, которые находятся рядом с их поверхностями. Поэтому ее величина отличается на Земле и на Луне.
Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1909020-sila-tyazhesti-formula-edinitsy-izmereniya-osobennosti/
Калькулятор силы| Как найти силу?
Автор: Julia Żuławińska
Отзыв Стивена Вудинга
Последнее обновление: 16 января 2023 г.
Содержание:- Определение силы и уравнение силы
- Законы движения Ньютона 90 010
- Виды сил
- Как найти сила?
- Что такое чистая сила?
- Часто задаваемые вопросы
Калькулятор силы поможет вам рассчитать силу по второму закону Ньютона. Читать до узнать что такое сила и какие виды сил есть в классической механике . Мы также объясним , как найти силу в упражнениях, используя формулу силы
. В конце мы также проиллюстрируем , что такое чистая сила , на простом примере.Если вам нужно найти конкретную силу, возможно, вам поможет один из этих калькуляторов:
- Калькулятор гравитационной силы
- Калькулятор нормальной силы
- Вычислитель центробежной силы
- Калькулятор трения
- Калькулятор натяжения
- Калькулятор плавучести
- Калькулятор давления
Определение силы и уравнение силы
Что такое сила?
🙋 Сила — это любое взаимодействие, которое, если ему не противодействовать, может изменить движение объекта .
Если спросить: «Что такое сила?» нефизик, вероятно, подумал бы о том, чтобы толкать и тянуть. Физик подумал бы об изменении скорости объекта. Чтобы понять почему, давайте посмотрим на уравнение силы: 92][м/с2];
Ускорение – это изменение скорости во времени . И, как видно из формулы силы, чем больше сила, тем больше ускорение. Так, если что-то ускоряется, например, автомобиль, то оно может передать значительную силу при столкновении с другим автомобилем. Эта сила пропорциональна массе автомобиля и его (остановочному) ускорению. Другим примером может служить сила удара человека, когда масса и ускорение тела прямо пропорциональны силе удара.
Чтобы использовать калькулятор силы, введите две из этих переменных: массу, ускорение или силу в любых единицах и получите недостающее число в мгновение ока. 21 N=1 кг⋅м/с2
Чтобы узнать больше о единицах силы, перейдите к нашему конвертеру силы.
Законы движения Ньютона
Ньютон вывел три закона движения, которые объясняют движение всех физических объектов. Они являются основой всей классической механики , которая также известна как Ньютоновская механика .
Первый закон движения Ньютона
Объект останется в покое или продолжит равномерное движение, если на него не воздействует внешняя сила.
Второй закон Ньютона
Сила, действующая на объект, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F=m⋅a \small F = m \cdot aF=m⋅a.
Третий закон Ньютона
Когда одно тело действует с силой на второе тело, второе тело действует на первое тело с силой, равной по величине и противоположной по направлению (на всякое действие всегда есть равное, но противоположное противодействие).
Типы сил
Все силы в классической механике подчиняются трем законам движения Ньютона.
Гравитационная сила — это притяжение между любыми двумя объектами с ненулевой массой . Вы ходите по земле, а не плывете благодаря этой силе — гравитации. На него влияет все, что вас окружает, например, экран, на котором вы это читаете. Он такой маленький; это незаметно.
Нормальная сила реакция на гравитационную силу — прекрасный пример третьего закона Ньютона. Когда вы стоите, вы воздействуете на пол силой (равной силе гравитации). Пол воздействует на вас с такой же силой.
Трение — это сила, противодействующая движению . Она пропорциональна нормальной силе, действующей между объектом и землей. Зимой вы наносите песок на обледенелые поверхности, чтобы увеличить трение и предотвратить скольжение.
Натяжение — это осевая сила, которая проходит через веревки, цепи, пружины и другие объекты при внешнем натяжении . Например, если вы выгуливаете свою собаку, и она тянет вас вперед, это создает напряжение на ее поводке.
Центробежная сила — это сила, действующая на вращающийся объект . Вы когда-нибудь были на карусели? Вы помните чувство выталкивания наружу? Центробежная сила вызвала это чувство.
Давление является мерой силы, приложенной к поверхности . Если вы надуваете воздушный шар, частицы воздуха внутри оказывают давление на воздушный шар. Все частицы испытывают одинаковую силу, поэтому шарик надувается равномерно.
Как найти силу?
Давайте рассмотрим несколько упражнений, чтобы вас ничем не удивить на уроке физики.
1. Найти ускоряющую и тормозящую (останавливающую) силу:
Гепард имеет массу 50 кг. Он разгоняется из состояния покоя до 50 км/ч за 3 секунды. Затем он начинает плавно замедляться и останавливается через 8 секунд.
Ускоряющая сила:
Сначала найдите ускорение:
50 км/ч\small 50 \space \text{км/ч}50 км/ч равно 13,892} = 48 \пробел Н \end{split}F1F2=2 кг⋅8 м/с2=16 Н=3⋅2 кг⋅8 м/с2=48 Н
Если масса в три раза тяжелее, сила должна быть в три раза больше.
Что такое чистая сила?
Сила является вектором . Это значит, что оно имеет значение и направление. Вот почему вы не можете добавить его как обычные числа (скаляры).
Чистая сила (FN\small F_{\text{N}}FN) представляет собой сумму векторов всех отдельных сил, действующих на объект . Например, давайте посмотрим на падающий мяч. На него действует сила тяжести (FG=5 Н\small F_{\text{G}} = 5\\rm N FG=5 N), сопротивление воздуха (FR=1 N\small F_{\rm R} = 1\ \rm NFR=1 Н), и боковая сила, вызванная ветром (FW=2 Н\малая F_{\rm W} = 2\ \rm NFW=2 Н).
- Сначала найдите результирующую силу горизонтальных сил. Они имеют противоположные направления, поэтому частично компенсируют друг друга:
FH=FG-FR=5 N-1 N=4 N\размер сноски\qquad \начать{разделить} F_{\rm H} &= F_{\rm G} — F_{\rm R}\\ &= 5\ \rm N — 1\ \rm N\\ &= 4\ \rm N \end{split}FH=FG−FR=5 N−1 N=4 N
Теперь найдите суммарную силу двух оставшихся сил. 2 a2+b2=c2). Чтобы узнать больше о сложении векторов, перейдите к калькулятору сложения векторов. 92 &= 20 \\[.5em] F_{\rm N} &= \sqrt{20} \\[0,5em] F_{\rm N} &= 2\sqrt 5 \конец{разделить} Fh3+FW242+2216+4FN2FNFN=FN2=FN2=FN2=20=20
=25
Суммарная сила, действующая на мяч, равна 2√ 5 N.
Теперь, когда вы знаете три закона движения Ньютона и определение силы, взгляните на один из калькуляторов, перечисленных в начале. Там мы подробно объясняем все виды сил. Недавно мы также провели забавный эксперимент, в ходе которого проверяли, что выиграет гонку — рулон туалетной бумаги или бутылка. Посмотрите его, чтобы узнать кое-что о моменте инерции и ускорении масс!
FAQ
Как найти ускорение с учетом силы и массы?
Чтобы найти ускорение с учетом силы и массы:
- Разделить силу на массу .
- Не забудьте использовать базовые единицы СИ. Это означает ньютона силы и килограмма массы.
- Наслаждайтесь ускорением в метра в секунду в квадрате .
Является ли вес силой?
Вес — это другое название гравитационной силы . В физике масса и вес не одно и то же. Масса – это свойство объекта. Он сопротивляется любым изменениям в движении. Вес — это сила, действующая на массу из-за гравитации . На Земле, если ваша масса составляет 70 килограммов, ваш вес составляет около 700 ньютонов (точно 686,5 ньютонов).
Является ли сила вектором?
Да, сила — это вектор . Это означает, что он определяется как величиной , так и направлением . Скаляры, как масса или длина, определяются только величиной. Итак, если вы приложите к объекту две силы, вы не сможете сложить их, как скаляры. Вам нужно принять во внимание направление и найти net force – векторная сумма сил.
Какова формула силы?
Формула силы определяется вторым законом движения Ньютона :
Сила, действующая на объект, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m ⨉ a.
Чтобы использовать эту формулу, вам нужно использовать единицы СИ: Ньютона для силы, килограмма для массы и метра в секунду в квадрате для ускорения.
Что происходит, когда две силы действуют в одном направлении?
Когда две силы действуют в одном и том же направлении, они складываются в и создают результирующую силу, равную их сумме.
Как связаны сила и движение?
Сила — это любое взаимодействие, которое, если ему не противодействовать, может изменить движение объекта. Без внешней силы движущийся объект будет двигаться с постоянной скоростью и направлением, а объект, находящийся в состоянии покоя, останется в покое. Если приложить внешнюю неуравновешенную силу, объект изменит свое движение, изменив скорость и/или направление.
Связь между силой и движением определяется законами движения Ньютона .
Какие бывают силы?
Виды сил в физике:
- Контактные силы – Нормальная сила, приложенная сила, сила трения, сила натяжения, сила сопротивления воздуха; и
- Бесконтактные силы – Гравитационная сила, электрическая сила, магнитная сила.
Является ли ускорение силой?
Ускорение не является силой . Ускорение – это изменение скорости во времени. Подобно силе, ускорение является вектором, поэтому оно имеет как величину, так и направление. Согласно второму закону движения Ньютона ускорение пропорционально силе: F = m ⨉ a. Направление ускорения объекта определяется направлением чистой силы, действующей на этот объект.
Может ли результирующая сила быть отрицательной?
Суммарная сила может быть как положительной, так и отрицательной . Чистая сила представляет собой сумму векторов всех отдельных сил, действующих на объект. Силы всегда положительны по модулю, но, чтобы облегчить вычисление результирующей силы, мы предполагаем, что силы, направленные в противоположные стороны, имеют разные знаки. Обычно мы говорим, что силы, направленные вправо, положительны, а влево – отрицательны. Итак, если у вас есть две силы, противоположные по направлению, действующие на объект, и результирующая сила направлена влево, вы можете сказать, что результирующая сила отрицательна.
В чем разница между уравновешенными и неуравновешенными силами?
Уравновешенные силы имеют одинаковую величину, но противоположное направление . Они уравновешивают друг друга, поэтому компенсируют друг друга . Классическим примером уравновешенных сил может быть гравитационная сила и нормальная сила, действующие на объект, расположенный на горизонтальной поверхности. Уравновешенные силы не вызывают изменения направления или скорости объекта.
Неуравновешенные силы не имеют одинаковой величины . Если на объект действует неуравновешенная сила, она воздействует на движение объекта . Например, если что-то падает, это происходит из-за силы гравитации. Сила сопротивления воздуха противодействует гравитации, но не уравновешивает ее, если объект слишком тяжелый.
Вызывают ли уравновешенные силы изменение движения?
Уравновешенные силы не вызывают изменения движения . Две силы уравновешены, когда они имеют одинаковую величину и противоположное направление, поэтому они уравновешивают друг друга. Вместе они не влияют на скорость или направление движения объекта.
Что такое контактная сила?
Контактная сила — это любая сила, для возникновения которой необходим контакт. Трение и нормальная сила являются контактными силами, потому что они возникают, когда объект соприкасается с поверхностью. С другой стороны, бесконтактная сила, как и гравитация, действует без контакта с объектом.
Юлия Жулавиньская
Масса (м)
Ускорение (а)
Сила (F)
Посмотрите 10 похожих калькуляторов динамики — почему вещи движутся ➡️
AccelerationBank уголСила автокатастрофы… еще 7
Как рассчитать силу | Наука
Обновлено 1 февраля 2020 г.
Кевин Бек
Отзыв: Лана Бандоим, B.S.
Слово сила появляется практически во всех мыслимых аспектах повседневной жизни, от спорта до погоды и военных конфликтов. Но в основе своей сила — это понятие, уходящее корнями в физику, где оно имеет очень конкретное и критическое значение. Стандартной единицей силы является ньютон (Н), равный кг ⋅ м/с 2 .
Сила — это одна из двух физических величин, влияющих на движение объекта, вторая — масса. Описание движения объектов в пространстве называется кинематикой , учитывающей положение, скорость и ускорение; включение силы и массы в изучение движения вводит понятие динамики .
Законы движения Ньютона
Прежде чем узнать об особых силах и о том, как выполнять расчеты, связанные с этой величиной, полезно просмотреть три основных закона движения, сформулированных Исааком Ньютоном:
1. Каждый объект в состоянии постоянного движения (включая покой) останется в этом состоянии, если на него не воздействует внешняя сила.
2. Сила есть произведение массы на ускорение.
3. Для каждой силы существует сила, противоположная по направлению и равная по величине.Второй закон Ньютона представляет наибольший интерес, если вы хотите рассчитать силу или определить массу или ускорение, если имеется информация о силе и одной из двух других величин. Ускорение – это изменение скорости.
Примеры сил
Вы можете думать о силе как о чем-то, что толкает или притягивает; хотя это и полезно в качестве метафоры, однако, это не сильно способствует вашему пониманию реального мира. Вместо этого список, показывающий диапазон естественных сил, является лучшим инструментом для ознакомления с силами, которые вы будете использовать в своих физических расчетах.
Вес — загадочная сила, действующая на все объекты с массой и являющаяся результатом гравитации, которая на поверхности Земли имеет значение 90,8 метра в секунду в квадрате (9,8 м/с 2 ). Растяжение, упругость, трение и так называемая нормальная сила — это силы, действующие на твердые тела; плавучесть, подъемная сила, тяга и сопротивление — это силы, однозначно связанные с жидкостями (жидкостями и газами).
электростатические и магнитные силы связаны с заряженными частицами. Кроме того, природа включает в себя четыре фундаментальные силы , которые порождают все остальные силы. Одним из них является гравитация, которая, безусловно, является самой слабой фундаментальной силой; остальные электромагнетизм и сильные и слабые ядерные взаимодействия в атомах.