Думата сила се появява на практика във всеки възможен аспект от ежедневието, от спорт през метеорологични условия до военни конфликти. Но по същество силата е понятие, вкоренено във физиката, където има много специфично и критично значение. Стандартната единица сила е нютонът (N), равен на kg ⋅ m / s2.
Силата е едно от двете количества физика, които влияят върху движението на обект, а другото е маса. Обажда се описанието на движението на обектите в космоса кинематика, който отчита положението, скоростта и ускорението; включването на сила и маса в изследването на движението въвежда концепцията за динамика.
Законите на Нютон за движение
Преди да научите за конкретни сили и как да правите изчисления, включващи това количество, е полезно да прегледате трите основни закона за движение, замислени от Исак Нютон:
1. Всеки обект в състояние на постоянно движение (включително покой) ще остане в това състояние, освен ако не се действа от външна сила.
2. Силата е продукт на масата и ускорението.
3. За всяка сила съществува сила, противоположна по посока и равна по големина.
Вторият закон на Нютон е този, който представлява най-голям интерес, ако искате да изчислите силата или да определите маса или ускорение, ако сте получили информация за силата и едно от другите две величини. Ускорението е промяна в скоростта.
Примери за сили
Можете да мислите за сила като за нещо, което тласка или дърпа; макар да е полезно като метафора, това обаче не допринася много за развитието на вашето реално разбиране. Вместо това списък, който показва обхвата на природните сили, е по-добро средство за запознаване със силите, които ще използвате при физическите си изчисления.
Тегло е мистериозна сила, която въздейства върху всички обекти с маса и се получава от гравитацията, която на повърхността на Земята има стойност 9,8 метра в секунда на квадрат (9,8 m / s2). Напрежение, еластичност, триене и т.нар нормална сила са сили, които действат върху твърдите тела; плаваемост, повдигане, тяга и съпротивление са сили, уникално свързани с течностите (течности и газове).
The електростатичен и магнитни сили са свързани с заредени частици. Също така природата включва четири основни сили които пораждат всички останали сили. Една от тях е гравитацията, която е най-слабата основна сила; другите са електромагнетизъм и силен и слаб ядрен взаимодействия в атоми.
Уравнението на силата
Стандартната форма на формулата за сила във физиката гласи, че нетна външна сила върху обект е произведението от неговата маса и ускорението му:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Тук силата и ускорението са векторни величини, което означава, че те имат както стойност (величина, представена с число), така и посока в пространството, свързана с тях. Масата е a скаларно количество, което означава, че е описан изцяло от гледна точка на неговата величина.
Пример за изчисляване на силата
Компактен автомобил с маса 1000 кг ускорява на север с 5 m / s2. Каква е силата, произведена от това ускорение?
F = (1000 kg) (5 m / s2) = 5000 N.
В крайна сметка колата достига скорост от 40 m / s (около 90 мили в час) и се изравнява с тази скорост. Каква е външната сила върху колата сега?
Това е нещо като трик. Докато превишаващата скорост кола има много инерция, ако колата не изпитва ускорение, двете страни на силата уравнението са нула и няма чиста външна сила, действаща върху системата, в този случай състояща се единствено от кола. Физическото количество, което представлява най-голям интерес тук, импулс, е произведението на масата и скоростта v (сравнете това с уравнението на силата).