Как определить силу торможения в физике
Перейти к содержимому

Как определить силу торможения в физике

  • автор:

I. Механика

Сила — векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит» реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, «сопротивляются».

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила упругости

Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину — уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации — сила упругости.

Сила упругости направлена противоположно деформации.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле

При параллельном соединении жесткость

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Подробнее о свойствах твердых тел здесь.

Вес тела

Вес тела — это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести — сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес — результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же — сила, которая приложена на опору (не на предмет)!

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.

Сила реакции опоры и вес — силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес — это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.

Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью. Невесомость — состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!

Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Обратите внимание, вес — сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: «Сколько ты весишь»? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!

Перегрузка — отношение веса к силе тяжести

Сила Архимеда

Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше — тонет.

Электрические силы

Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.

Схематичное обозначение действующих на тело сил

Часто тело моделируют материальной точкой. Поэтому на схемах различные точки приложения переносят в одну точку — в центр, а тело изображают схематично кругом или прямоугольником.

Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.

Главное запомнить

1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы

Силы трения*

Различают внешнее (сухое) и внутреннее (вязкое) трение. Внешнее трение возникает между соприкасающимися твердыми поверхностями, внутреннее — между слоями жидкости или газа при их относительном движении. Существует три вида внешнего трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение качения определяется по формуле

Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или в газе. Величина силы сопротивления зависит от размеров и формы тела, скорости его движения и свойств жидкости или газа. При небольших скоростях движения сила сопротивления пропорциональна скорости тела

При больших скоростях пропорциональна квадрату скорости

Взаимосвязь силы тяжести, закона гравитации и ускорения свободного падения*

Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила

А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести

Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.

Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.

Как найти время торможения

В физике временем торможения называется интервал времени, за который автомобиль останавливается после начала процесса торможения. Чтобы найти время торможения, мы можем использовать следующие формулы:

  1. Формула для вычисления тормозного пути: S = V0 * t — a * t^2 / 2, где S — тормозной путь, V0 — начальная скорость автомобиля, t — время торможения, а — ускорение автомобиля при торможении.
  2. Формула для вычисления ускорения при торможении: а = (V0 — V) / t, где а — ускорение автомобиля при торможении, V — конечная скорость автомобиля.
  1. Как найти тормозной путь в физике
  2. Как найти тормозной путь с учетом коэффициента трения
  3. Как найти скорость при торможении
  4. Как найти силу торможения
  5. Полезные советы
  6. Выводы

Как найти тормозной путь в физике

Тормозной путь — это расстояние, которое автомобиль проходит от начала торможения до полной остановки. Чтобы найти тормозной путь, мы можем использовать следующую формулу:

  1. Формула тормозного пути: S = V^2 / (2 * g), где S — тормозной путь, V — начальная скорость автомобиля, g — ускорение свободного падения.

Как найти тормозной путь с учетом коэффициента трения

Для получения более точных значений тормозного пути мы можем использовать формулу, которая учитывает коэффициент трения колес автомобиля и дороги:

S = V^2 / (250 * k), где S — тормозной путь, V — скорость автомобиля в километрах в час, k — коэффициент трения (0.8 для сухой дороги, 0.1 для льда).

Эта формула дает нам результат для скорости 50 километров в час — 12.5 метров.

Как найти скорость при торможении

При торможении тела с постоянным ускорением, скорость тела будет изменяться в соответствии с законом:

V = V0 — а * t, где V — конечная скорость тела, V0 — начальная скорость тела, t — время торможения, а — ускорение.

Как найти силу торможения

Сила торможения связана с работой, которую она выполняет при торможении. Работа силы торможения может быть вычислена по следующей формуле:

A = F * S = m * V0^2 / 2, где A — работа силы торможения, F — сила торможения, S — путь, по которому действует сила торможения, m — масса автомобиля, V0 — начальная скорость автомобиля.

Теперь, имея все необходимые формулы, вы можете легко вычислить время торможения, тормозной путь, скорость при торможении и силу торможения для автомобиля. Помните, что важно учитывать все факторы, такие как начальная скорость автомобиля, время торможения и коэффициент трения, чтобы получить максимально точные результаты.

Полезные советы

  • При использовании формул для вычисления времени торможения и тормозного пути, убедитесь, что используете правильные значения для всех переменных.
  • Важно помнить о факторах, которые могут влиять на тормозной путь, таких как состояние дороги и условия погоды.
  • При расчете силы торможения учтите массу автомобиля, так как она может оказывать значительное влияние на результат.

Выводы

Найти время торможения, тормозной путь, скорость при торможении и силу торможения в физике можно с помощью специальных формул. Важно учитывать все факторы, такие как начальная скорость автомобиля, время торможения и коэффициент трения, чтобы получить максимально точные результаты.

  • Как найти скорость при торможении
  • Как найти тормозной путь физика 9 класс
  • Как найти начальную скорость торможения
  • Как найти скорость после торможения

Для того чтобы найти время торможения автомобиля, необходимо использовать две формулы. Первая формула позволяет нам выразить тормозной путь автомобиля в зависимости от начальной скорости и времени торможения. Тормозной путь обозначается как S и вычисляется по формуле S = V0 * t — a * t^2 / 2. В данной формуле V0 — начальная скорость автомобиля в момент начала торможения, t — время торможения, а — ускорение автомобиля при торможении.

Вторая формула позволяет нам выразить ускорение автомобиля при торможении в зависимости от начальной и конечной скорости, а также времени торможения. Формула выглядит следующим образом: а = (V0 — V) / t, где V — конечная скорость автомобиля после торможения.

Используя эти формулы, можно найти время торможения автомобиля, зная его начальную и конечную скорость, а также ускорение при торможении.

Все права защищены © 2016-2024

Сила в физике — виды, формулы и определения с примерами

Наблюдение. Если мы рассматриваем, например, взаимодействие руки с волейбольным мячом, то мы говорим: «Мяч действует с силой на руку или рука действует с силой на мяч».

Опыт. Подвесим на пружину яблоко (рис. 66).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Пружина удлинится. Если на неё подвесить два яблока, то она удлинится больше. Итак, два яблока действуют на пружину с большей силой, чем одно.

Результат действия одного тела на другое зависит от значения приложенной силы.

Чем плотнее закрыта дверь, тем с большей силой мы должны её толкать или тянуть на себя, чтобы отворить.

Для того чтобы легче открывать дверь, её ручку прикрепляют как можно дальше от петель. Попробуйте открыть дверь, толкая её в точке, размещённой вблизи петель. Вы убедитесь, что это сделать намного труднее, чем с помощью ручки. Результат действия одного тела на другое зависит от точки приложения силы.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Для достижения определённого результата действия, например, растяжения или сжатия пружины, закрытия или открытия двери, нужно прикладывать силы в разных направлениях.

Действие одного тела на другое зависит от направления действия силы.

Графически силу изображают в виде отрезка прямой со стрелкой на конце (рис. 67).

Начало отрезка совмещают с точкой приложения силы. Длина отрезка в определённом масштабе равна значению силы. Стрелка показывает направление силы. Величины, характеризующиеся кроме числового значения еще и направлением в пространстве, называют векторными, или векторами (от латинского слова вектор — ведущий, несущий).

Почему тела изменяют свое состояние в пространстве

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Любые изменения в природе происходят в результате взаимодействия между телами. Чтобы изменить положение вагона на рельсах, железнодорожники направляют к нему локомотив, который смещает вагон с места и приводит его в состояние движения (рис. 32).

Парусник может длительное время стоять возле берега до тех пор, пока не подует попутный ветер и подействует на его паруса (рис. 33). Колеса игрушечного автомобиля могут вращаться с любой скоростью, но игрушка не изменит своего положения, если под игрушку не положить дощечку или линейку (рис.34). Форму или размер пружины можно изменить, лишь подвесив к ней груз или потянув рукой за один из его концов.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Все тела в природе так или иначе связаны между собой и действуют друг на друга или непосредственно, или через физические поля. Такое действие всегда является взаимным. Если тепловоз действует на вагон и изменяет его скорость, то скорость тепловоза при этом также изменяется благодаря обратному действию вагона. Солнце действует на все тела на Земле и на саму Землю, удерживая ее на орбите. Но и Земля притягивает Солнце и, в свою очередь, изменяет его траекторию. Таким образом, во всех случаях можно говорить только о взаимном действии тел — взаимодействии.

При взаимодействии могут изменяться скорости тел или их частей.

Однако, взаимодействуя с различными телами, данное тело будет изменять свою скорость по-разному. Так, парусник может приобрести скорость вследствие действия на него ветра. Но такой же результат можно получить, включив двигатель, который находится на паруснике. Парусник может сдвинуть с места и катер, действуя на него через трос. Чтобы каждый раз не называть все взаимодействующие тела, все эти действия объединяют одним понятием силы.

Что такое сила

Сила как физическое понятие может быть большей или меньшей, как и вызванные ею изменения в состоянии тела или его частей.

Сила — это физическое понятие, которое обобщает все взаимодействия, вследствие чего тело или его части изменяют свое состояние.

Действие тепловоза на вагон будет значительно интенсивнее, чем действие нескольких грузчиков. Под действием тепловоза вагон быстрее сдвинется с места и начнет двигаться с большей скоростью, чем тогда, когда вагон будут толкать грузчики, которые еле сдвинут его на небольшое расстояние или совсем его не сдвинут.

Сила как физическая величина количественно характеризует действие одного тела на другое.

Для того чтобы можно было производить математические расчеты, силу обозначают определенной буквой. Как правило, это латинская буква F.

Как и все другие физические величины, сила имеет единицы измерения. Современная наука пользуется единицей, которая называется ньютоном (Н). Единица получила такое название в честь английского ученого Исаака Ньютона, который внес значительную лепту в развитие физической и математической наук.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Исаак Ньютон (1643-1727) — выдающийся английский ученый, основоположник классической физики. Научные труды касаются механики, оптики, астрономии и математики. Сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию света, развил корпускулярную теорию света, разработал дифференциальное и интегральное исчисление.

Силы могут иметь различные значения. Так, на стакан с водой действует сила со стороны Земли, которая равна примерно 2 Н. А трактор, когда тянет плуг, действует на него с силой в несколько тысяч ньютонов.

Чем измеряют силу

Для измерения силы используют специальные приборы, называющиеся динамометрами (dina — сила; metro — меряю). Как правило, каждый такой прибор имеет измерительный элемент в виде пружины определенной формы (рис. 35).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сила характеризуется направлением.

Указать числовое значение силы не всегда достаточно для определения результата ее действия. Важно знать точку ее приложения и направление действия.

Если высокий брусок, стоящий на столе, толкать в нижней части, то он будет скользить по поверхности стола. Если же к бруску приложить силу в верхней его части, то он просто перевернется (рис. 36).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Понятно, что направление падения бруска зависит от того, в каком направлении будем его толкать. Следовательно, сила имеет направление. От направления силы зависит изменение скорости тела, на которое эта сила действует.

Учитывая, что сила имеет направление и числовое значение, ее изображают в виде стрелки определенной длины и направления (вектора). Такая стрелка начинается в точке на теле, которая называется точкой приложения силы. На рисунке 37 изображена сила, значение которой равно 10 Н, направлена она слева направо и приложена в точке А.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Пользуясь графическим методом, можно производить различные математические операции с силами. Так, если к одной точке на теле приложены силы 2 Н и 3 Н, которые действуют в одном направлении, то их можно заменить одной силой, которая будет приложена в той же точке и действовать в том же направлении, а ее значение будет равно сумме значений каждой из сил (рис. 38). Вектор этой силы будет иметь длину, равную сумме длин двух векторов.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Возможен и другой случай, когда силы, приложенные в одной точке тела, действуют в противоположных направлениях. Тогда их можно заменить одной силой, направленной в направлении большей силы, а ее значение будет равняться разности значений каждой силы (рис. 39). Длина вектора этой силы будет равна разности длин векторов приложенных сил.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сила, которой можно заменить действие нескольких сил, приложенных в определенной точке тела, называется равнодействующей.

Равнодействующая — это сила, действие которой равнозначно действию нескольких сил, приложенных к телу в определенной его точке.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Силу обозначают большой латинской буквой .

На рис. 68 спортсменка приготовилась стрелять из лука. В этом случае её рука действует на тетиву с силой направленной вправо, а тетива действует на руку с такой же по значению силой, направленной влево. Итак, значения сил одинаковы, но их направления противоположны.

Сложение сил

Главная задача динамики — по действующей силе определить движение тела или по характеру движения тела установить, какая сила на него действует. Понятие о силе является основным в механике. И. Ньютон утверждал то, что мы называем силой, есть действие одного тела на другое, или их взаимодействие.

Действие одних тел на другие сообщает ускорение их движению. Полученное телом ускорение является внешним проявлением того, что оно взаимодействовало с другим телом. Когда мы говорим «сила», то подразумеваем, что на данное тело действуют другие тела.

Сила, являющаяся причиной изменения состояния движения тел или их деформации, характеризует взаимодействие тел, которое происходит при их непосредственном контакте (например столкновении) или через поля (рис. 2.2).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сила — векторная величина, характеризующая действие, которое является причиной изменения состояния движения или покоя.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Действие на тело нескольких сил может быть заменено их равнодействующей (рис. 2.3), которую определяют геометрическим сложением этих сил как векторов:

Не скорость тела, а ее изменение есть следствием действия силы (действия других тел).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Помимо значения и направления сила характеризуется еще и точкой приложения, которую можно перемещать вдоль линии действия силы, если тело абсолютно твердое (не деформируется). Поскольку действия сил независимы, то сила может быть разложена на составляющие (рис. 2.4) как проекции на оси координат.

Для того чтобы выявить инертность тел и увидеть, как на нее влияет время их взаимодействия, проведем такой опыт. На тонкой нитке подвесим груз (рис. 2.5, а). Снизу к грузу прикрепим точно такую же нитку. Если резко дернуть за нижнюю нитку, то она оборвется, а груз останется висеть на верхней нитке (рис. 2.5, б). Если нижнюю нитку натягивать медленно, то оборвется верхняя нитка (рис. 2.5, в).

Когда мы резко дергаем за нижнюю нитку, взаимодействие руки и нитки кратковременно, груз не успевает изменить свою скорость — верхняя нитка не обрывается, т. к. груз имеет значительную инертность.

Если же за нижнюю нитку тянуть медленно (рука действует на груз продолжительное время), то груз набирает такую скорость, что его перемещение достаточно для разрыва и без того натянутой верхней нитки.

Как вы уже знаете, инертность тел определяется их массой, т. е. масса тела характеризует его инертность.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Во время тщательных исследований взаимодействия двух тел, например столкновения двух абсолютно упругих шаров, установлено, что отношение модулей ускорений взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс:

Следствием этого соотношения является один из методов измерения массы тел. Сначала выбирают тело, массу которого условно берут за единицу, — эталон массы. Между эталоном массы и телом, массу которого нужно измерить, можно поместить сжатую при помощи нитки пружину. Потом нитку поджечь и определить ускорение эталона Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии исследуемого тела Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамиИз соотношения Сила в физике - виды, формулы и определения с примераминаходим массу исследуемого тела: Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

где Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами— масса и ускорение эталона (1 единица массы). Отсюда Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамиединиц массы.

По международному соглашению за единицу массы принята масса эталона килограмма (рис. 2.6).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Килограмм (кг) — основная единица массы в Международной системе единиц (СИ). Килограмм равен массе международного прототипа килограмма — гире из платино-иридиевого сплава (90 % Pt, 10 % lr) в виде цилиндра диаметром и высотой 39 мм, хранящейся в Международном бюро мер и весов (г. Севр, предместье Парижа).

С достаточной точностью можно сказать, что массу 1 кг имеет 1 Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами чистой воды Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами при 15 °C.
Для измерения массы тела часто используют способ сравнения масс тел с помощью весов. При этом учитывают способность тел взаимодействовать с Землей. Как подтверждают опыты, тела, имеющие одинаковую массу, одинаково притягиваются к Земле в данном месте.

Равнодействующая сила

При изучении физики в 7-м классе вы познакомились с понятием «сила», которое используется для описания взаимодействия тел.

Чтобы вспомнить основные характеристики силы, проведем опыт, например, с куском поролона, покоящимся на неподвижном столе, так как притяжение Земли уравновешено воздействием стола.

Используя пинцет, можно действовать на поролон в различных точках и видеть его поступательное, вращательное или более сложное движение в зависимости от направления, места и величины воздействия.

При этом легко наблюдать не только изменение скорости поролона, но и его деформацию (изменение формы и размеров) (рис. 34) в местах контакта поролона с пинцетом.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 34

Изменение скорости и деформация тел проявляются в любых опытах при самых разнообразных взаимодействиях, и поэтому принято следующее определение силы:

  • сила — физическая векторная величина, являющаяся количественной мерой действия одного тела на другое, в результате которого изменяется скорость тела и происходит его деформация.

Опыт показывает, что результат воздействия силы определяется не только ее направлением и модулем, но и точкой приложения.

Единицей измерения силы в СИ является 1 ньютон (сокращенно 1 Н).

Вспомним исторически сложившиеся названия сил и их обозначения.

Силой тяжести Сила в физике - виды, формулы и определения с примераминазывается сила, с которой тело притягивается к Земле. Силой давления Сила в физике - виды, формулы и определения с примераминазывается сила, с которой тело действует на опору или жидкость и газ действуют на стенки сосуда. Силой упругости Сила в физике - виды, формулы и определения с примераминазывается сила, возникающая при деформации тела. Силой реакции Сила в физике - виды, формулы и определения с примераминазывается сила, действующая на тело со стороны опоры или подвеса. Силой сопротивления Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии силой трения Сила в физике - виды, формулы и определения с примераминазываются силы, препятствующие механическому движению тела.

Силы могут действовать на поверхность тела (например, сила давления воздуха) (рис. 35) или быть приложены в некоторой условной точке (например, сила упругости нити в точке ее крепления к телу) (рис. 36).

Для упрощения математического описания механического движения тело рассматривается как материальная точка, если не указаны его размеры и форма. На рисунке тело чаще всего изображают прямоугольником.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами
Рис. 35
Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами
Рис. 36

Можно изображать силы, действующие на тело, приложенными в центре прямоугольника. Но обычно в центре прямоугольника изображают приложенной силу тяжести, а силу трения и силу реакции опоры рисуют приложенными в точке на нижней грани тела под его центром (рис. 37). Если на тело действуют другие тела, то необходимо учесть одновременно действие нескольких сил.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 37

При изучении физики в 7-м классе вы познакомились со сложением сил и научились складывать силы, действующие на тело вдоль одной прямой.

В этом случае действие, например, двух сил можно заменить одной силой. Модуль равнодействующей силы равен сумме или разности модулей двух слагаемых сил в зависимости от того, совпадают их направления (рис. 38, а, б) или противоположны (рис. 39. а, б). Направление равнодействующей двух сил совпадает с направлением большей силы.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 38

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 39

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

А как складываются силы, если они направлены под некоторым углом друг к другу? Покажем на опыте, что они складываются также векторно. Подвесим груз массой 0,2 кг на динамометре, закрепленном на неподвижном штативе. Если груз покоится, то сила упругости пружины динамометра уравновешивает силу тяжести груза (рис. 40), а показания прибора равны: Fупр = mg = 2H ()

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 40

Теперь подвесим этот же груз с помощью двух одинаковых динамометров (рис. 41, а), закрепленных на одной высоте. Меняя положения динамометров, а следовательно, угол между силами Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами, действующими на груз со стороны динамометров, можно убедиться, что их показания зависят от этого угла и лишь при угле, равном нулю, в сумме равны 2 Н.

Следовательно, совместное действие сил Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамиуравновешивает действие силы тяжести груза, но сумма модулей этих сил не равна 2 Н, т. е. силы нельзя складывать как скалярные величины.

Когда угол между силами Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамиравен 120° (рис. 41,6), то сумма показаний динамометров — 4 Н, а сила тяжести груза все та же — 2 H. Но если найти в этом случае векторную сумму Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамипо правилу сложения векторов, то она по модулю равна Fp= 2 Н.

Следовательно, силы нужно складывать по правилам сложения векторов.

Модуль векторной суммы сил Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамиравен 2 H при любом значении угла между направлениями этих сил, а также и во всех случаях, когда модули сил не равны друг другу (рис. 41, в).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 41

Какие бы более сложные опыты не проводились (и при действии на тело нескольких сил), всегда результаты измерений показывают, что действие нескольких сил можно заменить их векторной суммой, т. е. силы складываются, как векторы, — геометрически.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Векторная сумма сил, действующих на тело, называется равнодействующей и определяется по формуле:

Если размерами тела нельзя пренебречь и силы приложены в разных его точках, то векторы сил можно перенести в одну точку, сохраняя модуль и направление, и векторно сложить (рис. 42).

Необходимо понимать, что равнодействующая сила заменяет действие нескольких сил только по отношению к движению тела в целом, но не заменяет действие каждой слагаемой силы в других отношениях.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 42

Например, растянутая двумя руками пружина покоится (рис. 43), а значит, равнодействующая сил Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамии Сила в физике - виды, формулы и определения с примерамиравна нулю, но каждая из этих сил деформирует соответственно подвес динамометра и пружину.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рис. 43

Если тело движется с постоянной скоростью, то согласно первому закону Ньютона все воздействия на тело скомпенсированы, т. е. равнодействующая всех сил также должна быть равна нулю.

Главные выводы:

  1. Сила — физическая векторная величина, являющаяся количественной мерой действия одного тела на другое, в результате которого изменяется скорость тела и происходит его деформация.
  2. Сила характеризуется модулем, направлением, а также точкой приложения.
  3. Заменить действие нескольких сил можно равнодействующей силой, которая определяется как векторная сумма этих сил.
  4. При движении тела с постоянной скоростью (или в состоянии покоя) равнодействующая всех сил, действующих на него, равна нулю.

Что означает понятие «Сила» в физике

Вам хорошо известно слово «сила». Обычно смысл слова «сила» и образованных от него слов «силач», «сильный» и т. д. связан с возможностями человека, животного, механизма, с интенсивностью проявления природных явлений. Мы говорим «самый сильный человек», «сила воли», «сильные чувства», «сильный мороз», «сильный двигатель». А какое содержание вкладывают в слово «сила» физики?

Мы уже говорили о том, что причина изменения скорости движения тела — его взаимодействие с другими телами.

Чтобы теннисный мяч вернулся на сторону соперника, вы бьете по мячу ракеткой, но и мяч «бьет» по ракетке. Чтобы остановить велосипед, вы нажимаете на ручки тормоза и в то же время ощущаете, как они давят на ваши ладони. Обратите внимание: в любом случае результат зависит от того, насколько «сильным» будет взаимодействие: сильнее ударите по мячу — мяч наберет большую скорость (рис. 18.1); сильнее нажмете на тормоз — быстрее остановится велосипед. Мерой действия одного тела на другое служит физическая величина сила.

Сила — это физическая величина, которая является мерой действия одного тела на другое (мерой взаимодействия тел).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Силу обычно обозначают символом F. Единица силы в СИ — ньютон (названа в честь Исаака Ньютона): [F]=Н. 1 Н — это сила, которая, действуя на тело массой 1 кг в течение 1 с, изменяет скорость его движения на Чем больше сила и чем дольше она действует на тело, тем заметнее изменяется скорость движения тела (см. рис. 18.1). Чтобы тела разной массы за одинаковое время изменяли скорости своего движения одинаково, на них должны действовать разные силы (рис. 18.2).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Графическое изображение сил

Сила, действуя на тело, может изменить скорость его движения как по значению, так и по направлению, поэтому сила определяется и значением, и направлением. Уже говорилось о том, что физические величины, имеющие значение и направление, называют векторными. Итак, сила — векторная величина. На рисунках вектор силы начинают в точке, к которой приложена сила (эту точку так и называют — точка приложения силы), и направляют в сторону действия силы. Длину стрелки иногда выбирают так, чтобы она в определенном масштабе соответствовала значению силы (рис. 18.3). Изменение скорости движения тела (по значению, по направлению) зависит от направления силы (см. таблицу на с. 123).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Сложение сил, действующие вдоль одной прямой

Обычно на тело действует не одна сила, а две, три или больше. Проведем опыт. Поставим на стол тележку и привяжем к ней две нити. Потянем за одну нить с силой 5 Н, а за другую — в том же направлении — с силой 3 Н (рис. 18.4). Тележка придет в движение, увеличивая свою скорость так, как если бы на нее действовала одна сила 8 Н. Силу 8 Н, которой в данном случае можно заменить две силы 5 и 3 Н, называют равнодействующей двух сил и обозначают символом R (или F). Силу, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называют равнодействующей этих сил. Если тележку одновременно тянуть за две нити в противоположные стороны (рис. 18.5), то силы не будут «помогать» друг другу разгонять тележку, а наоборот — будут «мешать». В этом случае тележка будет двигаться так, будто на нее действует одна сила 2 Н в направлении, в котором действует сила 5 Н, то есть равнодействующей сил 5 и 3 Н будет сила 2 Н.

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Как вы считаете, какой будет равнодействующая, если нити, привязанные к тележке с противоположных сторон, потянуть с силами, одинаковыми по значению, например 5 Н? Изменится ли в этом случае скорость движения тележки? 4 Выясняем, когда силы компенсируют друг друга Надеемся, вы правильно ответили на вопрос в п. 3 и самостоятельно пришли к выводу: если две силы равны по значению, противоположны по направлению и приложены к одному телу, то равнодействующая этих сил равна нулю. Силы уравновешивают (компенсируют) друг друга, поэтому причины для изменения скорости движения тела нет. Так, по горизонтальному прямолинейному отрезку шоссе автомобиль движется равномерно (рис. 18.6, а), если сила тяги его двигателя компенсирует силу сопротивления движению (сила сопротивления движению достаточно быстро остановит автомобиль, если двигатель не будет работать). Портфель в руке находится в состоянии покоя, если сила притяжения Земли, действующая на портфель, компенсируется силой, которую прикладывает к портфелю человек (рис. 18.6, б).

Сила в физике - виды, формулы и определения с примерами

Итоги:

Сила F — физическая величина, являющаяся мерой действия одного тела на другое (мерой взаимодействия тел). Сила — причина изменения скорости движения тела. Единица силы в СИ — ньютон (Н). 1 Н равен силе, которая, действуя на тело массой 1 кг в течение 1 с, изменяет скорость его движения на 1 м/с.

Сила — векторная величина. Чтобы охарактеризовать силу, необходимо указать значение, направление и точку приложения силы. Если на тело действуют несколько сил, то их общее действие всегда можно заменить действием одной силы — равнодействующей. Равнодействующей сил, которые действуют на тело в одном направлении, является сила, значение которой равно сумме значений сил, а направление совпадает с направлением этих сил. Если две силы, действующие на тело, направлены в противоположные стороны, то направление равнодействующей совпадает с направлением большей силы, а для нахождения значения равнодействующей нужно из значения большей силы вычесть значение меньшей. Две силы компенсируют (уравновешивают) друг друга, если они равны по значению, противоположны по направлению и приложены к одному телу.

  • Силы в механике
  • Сила тяжести в физике
  • Сила упругости в физике и закон Гука
  • Деформация в физике
  • Звук в физике и его характеристики
  • Звуковые и ультразвуковые колебания
  • Инерция в физике
  • Масса тела в физике

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Какие есть силы в физике

В физике сила — это внешнее воздействие, которое может заставить объект ускориться, деформироваться или изменить свою скорость. Она определяется как любое взаимодействие, которое, при отсутствии противодействия, изменяет движение объекта. Это векторная величина, то есть она имеет как величину, так и направление.

Бывают различные типы сил, включая гравитационные, электромагнитные, ядерные и трения. Законы, разработанные Исааком Ньютоном в семнадцатом веке, обеспечивают основу для понимания того, как силы влияют на движение предметов. Эти законы включают первый закон Ньютона (инерции), второй закон (ускорения) и третий (действия и реакции).

Есть множество различных видов сил:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

  1. Гравитационная сила: Притяжение между двумя объектами, обусловленная их массой. Она отвечает за удержание планет на орбите вокруг Солнца и за массу предметов на нашей планете. Ее величина определяется их массой и расстоянием между ними. Играет ключевую роль во многих астрономических явлениях, включая движение планет, формирование галактик и поведение черных дыр. Она также имеет важное практическое применение, например, при расчете орбит спутников и определении веса объектов на различных планетах или лунах.
  2. Электромагнитная сила: Между заряженными частицами, включая электроны и протоны. Она отвечает за многие повседневные явления, такие как электричество и магнетизм. Переносится частицами, называемыми фотонами, которые безмассовы и движутся со скоростью света. Она может быть притягательной или отталкивающей, в зависимости от зарядов участвующих частиц. Помимо того, что она отвечает за электрические и магнитные поля, имеет множество практических применений, включая работу электродвигателей, передачу радио- и телевизионных сигналов и производство электроэнергии.
  3. Сильное ядерное взаимодействие: Удерживает ядро атома вместе. Сильнейшая из всех сил, но имеет очень ограниченный диапазон, действуя лишь в ядре атома. Это сила, действующая между частицами, называемыми кварками, которые являются строительными блоками протонов и нейтронов. Также действует между протонами и нейтронами.
    Опосредуется частицами, называемыми глюонами, которые обмениваются между кварками и другими глюонами. В отличие от других фундаментальных сил, сила ядерной силы не уменьшается с расстоянием, а увеличивается по мере уменьшения расстояния между частицами.
  4. Слабое ядерное взаимодействие: Сила, ответственная за радиоактивный распад и некоторые другие ядерные процессы. Она отвечает за некоторые виды радиоактивного распада, например, бета-распад, и участвует во взаимодействии между элементарными частицами.
    Опосредуется частицами, называемыми W- и Z-бозонами.
  5. Сила трения: Противодействует движению между двумя соприкасающимися поверхностями. Она может быть как полезной (например, при торможении или сцеплении), так и вредной (например, при износе). Возникает из-за микроскопических неровностей и дефектов на поверхностях, которые создают точки соприкосновения, сопротивляющиеся относительному движению.
  6. Сила натяжения: Сила, которая передается через струну, веревку или проволоку, когда она натянута. Это тянущая сила, направленная вдоль длины объекта и вызванная взаимодействием между молекулами объекта.
    Величина силы натяжения зависит от силы, тянущей объект, длины и диаметра объекта, а также от свойств материала объекта. Она всегда направлена в сторону от объекта и равна по величине на обоих концах объекта.
    Сила натяжения часто используется в технике и физике, например, в мостах, тросах и шкивах. Используется для передачи усилия от одного конца объекта к другому, что позволяет эффективно передавать энергию и движение.
  7. Сила пружины: Действует на растянутую или сжатую пружину, которая пытается вернуть ее в исходное состояние. Пружины упруги, способны накапливать и высвобождать энергию при деформации, а сила пружины возникает в результате этой деформации.
  8. Сила нормальной реакции: Поверхность оказывает на предмет, находящийся в контакте с ней. Она действует перпендикулярно поверхности. Является важным понятием в физике и используется во многих инженерных приложениях, например, при проектировании зданий, мостов и других сооружений. Она также важна в механике и используется при анализе систем с трением и наклонных плоскостей.
  9. Плавучесть: Восходящая, действует со стороны жидкости (например, воды) на объект, который частично или полностью погружен в воду. Она отвечает за способность объектов плавать. Она является результатом разницы в давлении между верхней и нижней частями объекта из-за веса жидкости над ним. Ее величина равна весу жидкости, вытесненной объектом, и пропорциональна объему предмета, погруженного в жидкость. Эту зависимость еще называют принципом Архимеда.

Как найти

Чтобы найти силу, необходимо знать массу объекта и ускорение, которое он испытывает. Ее можно рассчитать с помощью 2-го закона Ньютона. Сила (F), действующая на объект, равна его массе (m), умноженной на ускорение (a), или F = m × a.

Итак, чтобы найти силу, необходимо:

  1. Определить массу объекта в килограммах.
  2. Измерить или вычислить ускорение объекта в метрах в секунду в квадрате \((м/с^2)\) .
  3. Умножить массу объекта на его ускорение, чтобы получить действующую на него силу.

В чем измеряется и как обозначается

Измерение: в Ньютонах (Н). 1 Н определяется как сила, необходимая для ускорения массы в один килограмм со скоростью один метр в секунду в квадрате.

В уравнениях обычно обозначается буквой F и выражается в единицах Ньютонов (Н). Другие единицы силы включают фунты (lb) и дины (dyn), но они не часто используются в научных расчетах.

Формулы

  1. 2-й закон Ньютона можно представить следующим образом: a = F/m. Или: F = m × a. Эта формула связывает силу, массу и ускорение.
  2. Вес: w = m × g. Эта формула связывает вес объекта (w) с его массой (m) и ускорением под действием силы тяжести (g). Вес объекта — это сила, с которой он притягивается к центру Земли.
  3. Сила трения: Ff = μ × N. Эта формула связывает силу трения (Ff) между двумя поверхностями с коэффициентом трения (μ) и нормальной силой (N), оказываемой одной поверхностью на другую.
  4. Закон Гука: F = -k × x. Эта формула связывает силу (F), действующую на пружину, со смещением (x) ее конца от положения равновесия. Постоянная k известна как постоянная пружины и является мерой жесткости пружины.
  5. Работа: W = F × d × cos(θ). Эта формула определяет работу (W), совершаемую над объектом силой (F), действующей на него через перемещение (d) под углом θ к направлению силы. Работа — это мера энергии, переданной объекту или от него.

Примеры решения задач

Ящик весом 10 кг толкается по горизонтальной поверхности силой 50 Н. Если коэффициент трения между ящиком и поверхностью равен 0,3, то какова сила, действующая на ящик, и как он ускоряется?

Решение: По формуле Ff = μ × N, где N — нормальная сила, действующая на ящик со стороны поверхности. Поскольку ящик лежит на горизонтальной поверхности, нормальная сила равна его весу (w = m × g), который составляет 10 кг × 9,81 \(м/с^2\) = 98,1 Н. Поэтому трение равна Ff = 0,3 × 98,1 Н = 29,43 Н. Сила, действующая на ящик, равна Fnet = F — Ff = 50 Н — 29,43 Н = 20,57 Н. По F = m × a, ускорение ящика можно найти как a = Fnet / m = 20,57 Н / 10 кг = 2,057 \(м/с^2\) .

Лифт весом 500 кг тянут вверх с силой 6000 Н. Если лифт ускоряется вверх со скоростью \(2 м/с^2\) , каково натяжение троса, который тянет лифт?

Решение: Силу натяжения в тросе можно найти по формуле Fnet = T — w, где T — натяжение в тросе, а w — вес лифта ( \(w = m × g = 500 кг × 9,81 м/с^2 = 4905 Н\) ). Поскольку лифт ускоряется вверх, чистая сила, действующая на него, равна Fnet = m × a = 500 кг × \(2 м/с^2\) = 1000 Н. Подставив эти значения в формулу, получим: 1000 Н = Т — 4905 Н. Решив для Т, получим: T = 5905 Н.

Блок весом 2 кг прикреплен к пружине с постоянной пружины 100 Н/м. Если пружина сжата на 0,1 м, какова сила, действующая на блок со стороны пружины?

Решение: Согласно закону Гука (F = -k × x), сила, действующая на блок со стороны пружины, пропорциональна смещению (x) пружины от положения равновесия, причем отрицательный знак означает, что сила действует в направлении, противоположном смещению. Подставляя данные значения, получаем: F = -100 Н/м × 0,1 м = -10 Н. Следовательно, сила, действующая на блок со стороны пружины, равна 10 Н.

Ящик весом 50 кг толкают по шероховатой поверхности с силой 100 Н под углом 30 градусов к горизонтали. Коэффициент трения между ящиком и поверхностью равен 0,5. Каково ускорение коробки?

Решение: Силу трения можно рассчитать по формуле Ffriction = μFnormal, где μ — коэффициент трения, а Fnormal — нормальная сила. Поскольку коробка стоит на горизонтальной поверхности, нормальная сила равна весу коробки, который составляет 50 кг x 9,8 \(м/с^2\) = 490 Н. Поэтому Ffriction = 0,5 x 490 Н = 245 Н. Сила в горизонтальном направлении равна 100 Н x cos(30) = 86.6 Н. Чистая сила в горизонтальном направлении равна 86,6 Н — 245 Н = -158,4 Н. Поскольку ускорение = чистая сила / масса, ускорение коробки равно (-158,4 Н) / 50 кг = -3,17 \(м/с^2\) .

Предмет массой 2 кг подвешен к пружине с постоянной пружины 100 Н/м. Если объект оттянуть вниз на 5 см и отпустить, то какой максимальной скорости он достигнет?

Решение: Потенциальная энергия, запасенная в пружине, может быть рассчитана по формуле PE = \((1/2)kx^2\) , где k — постоянная пружины, а x — смещение от равновесия. Таким образом, потенциальная энергия, запасенная в пружине при ее оттягивании вниз на 5 см, равна \(PE = (1/2)(100 Н/м)(0,05 м)^2 = 0,125 Дж\) . Эта потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, когда объект освобождается, и максимальная скорость, которую он достигнет, может быть рассчитана по формуле \(KE = (1/2)mv^2\) , где m — масса объекта, а v — его скорость. Таким образом, \(v = √(2KE/m) = √(2(0,125 Дж)/2 кг) = 0,5 м/с.\)

Автомобиль массой 1000 кг движется со скоростью 20 м/с, когда при нажатии на тормоза возникает чистая сила -5000 Н. Какое расстояние пройдет автомобиль до остановки?

Решение: Ускорение автомобиля можно рассчитать по формуле ускорение = чистая сила / масса = (-5000 Н) / 1000 кг = \(-5 м/с^2\) . Расстояние, которое пройдет автомобиль до остановки, можно рассчитать по формуле \(d = (v^2) / (2a)\) , где d — расстояние, v — начальная скорость, a — ускорение. Таким образом, \(d = (20 м/с)^2 / (2(-5 м/с^2)) = 40 м.\)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *