Сила. Единицы силы

Сила. Единицы силы

«Знание – сила»

Фрэнсис Бэкон

Человек часто упоминает слово «сила» в быту. В рамках данной темы речь будет идти о силе, как о физическом понятии. Давайте вспомним тему про взаимодействие тел. Прыгая из лодки, человек действуете на неё, но и лодка действует на человека. Мяч, ударяясь о стенку, действует на неё, и, в тоже время, стенка оказывает ответное воздействие на мяч. На подобных примерах можно убедится, что действие не может быть односторонним, то есть, все тела действуют друг на друга – взаимодействуют. Только взаимодействие тел может изменить их скорость – это был главный вывод из темы о взаимодействии тел. При изучении темы, посвященной массе тела, было показано, что чем больше масса тела, тем меньше меняется его скорость в результате взаимодействия. Например, чтобы сдвинуть с места тележку, необходимо затратить меньшее усилие, чем для того, чтобы сдвинуть с места автомобиль. Приведем другой пример: можно привести в движение шарик на пружине.

Чем сильнее на него воздействовать, тем больше сожмется пружина. После того, как рука перестанет действовать на шарик, пружина распрямится, и уже она будет являться телом, действующим на шарик.

Также, можно ударить теннисный мяч ракеткой, тем самым изменив направление его скорости. И чем сильнее ударить по мячу, тем большую скорость он приобретёт. Итак, что же такое сила? Силой в физике называется количественная мера взаимодействия тел. Поскольку, это количественная мера, у неё есть числовое значение, то есть, сила является физической величиной. Можно заметить, что существенное значение имеет то, как направлена сила. Поэтому, сила – это векторная величина. Действительно, если толкнуть тележку вправо, то она и поедет вправо. А если толкнуть влево, то она и поедет влево. То есть, изменение скорости зависит не только от значения силы, но и от её направления. Сила обозначается латинской буквой F, и над этой буквой ставится стрелочка, показывающая, что это векторная величина.

Вектор силы: .

Если же букву F написана без стрелочки над ней, то речь идет о модуле силы, то есть только о её числовом значении.

Модуль силы: F.

В системе СИ сила измеряется в ньютонах [Н], в честь знаменитого физика Исаака Ньютона.

[F] = [Н]

Именно Ньютон тщательнейшим образом изучал взаимодействие тел и внес огромный вклад в развитие физики в целом. Поскольку сила является причиной изменения скорости тела, за единицу силы принята такая сила, которая за 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с. Таким образом, 1 Н равен

1 Н = 1 кг×м/с²

Необходимо отметить, что сила характеризуется еще и точкой приложения. Приведем простой пример: если приложить горизонтально направленную силу к сидению стула, то стул просто сдвинется с места. А вот если приложить ту же силу к спинке стула, то он опрокинется. Другой пример: если ударить ногой по центру мяча, то он просто покатится в направлении удара, а вот если ударить ниже центра, то мяч полетит по воздуху.

На рисунках или чертежах силу, как и скорость, обозначают отрезком со стрелочкой. Началом отрезка всегда является точка приложения, а длина отрезка условно обозначает модуль силы (пропорционально другим силам на рисунке).

Сила может изменить не только скорость всего тела, но и отдельных его частей. Например, если мы сожмем пальцами маленький шарик, то при этом, не все частички шарика одинаково изменят скорость. Это приведет к изменению формы тела.

Такое изменение формы называют деформацией. Деформация может быть различной: это может быть растяжение или, наоборот, сжатие. А может быть изгиб или кручение.

Рассмотрим признаки действия какой-либо силы на тело. В первую очередь, это, конечно, изменение значения скорости: например, водитель автомобиля решил притормозить, чем вызвал изменение значения скорости. Также, признаком действия силы является изменение направления движения: в качестве примера можно привести отскок мяча от дерева. Два других признака относятся к деформации – это изменение размера или формы тела.

Упражнения.

Упражнение 1. На рисунке представлены два автомобиля: красный и зеленый. Красный автомобиль разгоняется, а зеленый – тормозит. Направления скоростей автомобилей обозначены на рисунке. Определите направление силы, действующей на каждый из автомобилей.

Скорости обоих автомобилей направлены в одну и ту же сторону. Только вот красный автомобиль разгоняется, значит, и сила, действующая на него, направлена в сторону направления движения (то есть, она помогает движению и ускоряет автомобиль). А зеленый автомобиль тормозит, значит, сила, направлена против движения (то есть, она мешает движению и замедляет автомобиль). Из этого примера вы должны извлечь то, что сила направлена не в сторону скорости, а в сторону изменения скорости.

Упражнение 2. На рисунке показаны две силы, равные по модулю, а также линейка. Сколько вариантов движения линейки мы можем получить, используя различные точки приложения?

Самый простой вариант – это тянуть линейку в одну сторону: вправо, влево, вверх или вниз. В этом случае, конечно, линейка будет двигаться прямолинейно. Можно приложить силы и так, что линейка останется неподвижной (ведь силы будут равны по значению, но противоположны по направлению). И, наконец, самое интересное: можно заставить линейку вращаться. Если приложить одну силу к левому концу линейки, а другую – к правому концу линейки, направив её в противоположную сторону, чем первую, то линейка начнет вращаться. На самом деле, конечно, вариантов движения можно создать бесконечное число, поскольку можно найти бесконечное число точек приложения сил на линейке. Но в этом упражнении были рассмотрены основные варианты.

Основные выводы:

– Сила – это физическая величина, которая является количественной характеристикой взаимодействия тел или, говоря проще, сила – это мера взаимодействия тел.

– Сила является векторной величиной и в системе СИ измеряется в ньютонах.

[F] = [Н]

– Под действием силы, тело может либо изменить скорость, либо деформироваться.

– Результат действия силы на тело зависит от её модуля, направления и точки приложения.