Слово сила появляется практически во всех мыслимых аспектах повседневной жизни, от спорта до погоды и военных конфликтов. Но по сути, сила - это концепция, уходящая корнями в физику, где она имеет очень конкретное и важное значение. Стандартной единицей силы является ньютон (Н), равный кг м / с.2.
Сила - это одна из двух физических величин, которые влияют на движение объекта, а другая - масса. Описание движения объектов в пространстве называется кинематика, который учитывает положение, скорость и ускорение; включение силы и массы в изучение движения вводит понятие динамика.
Законы движения Ньютона
Прежде чем узнать о конкретных силах и о том, как проводить расчеты с использованием этой величины, полезно рассмотреть три основных закона движения, сформулированных Исааком Ньютоном:
1. Каждый объект в состоянии постоянного движения (включая покой) останется в этом состоянии, если на него не будет воздействовать внешняя сила.
2. Сила - это продукт массы и ускорения.
3. Для каждой силы существует сила, противоположная по направлению и равная по величине.
Второй закон Ньютона представляет наибольший интерес, если вы хотите вычислить силу или определить массу или ускорение, если дана 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 тянет; Хотя метафора может быть полезной, однако, это не очень способствует вашему пониманию реального мира. Вместо этого список, показывающий диапазон природных сил, является лучшим инструментом для знакомства с силами, которые вы будете использовать в своих физических расчетах.
Масса - это таинственная сила, которая действует на все объекты с массой и является результатом гравитации, которая на поверхности Земли имеет значение 9,8 м / с в квадрате (9,8 м / с.2). Напряжение, эластичность, трение и так называемый нормальная сила силы, действующие на твердые тела; плавучесть, подъемная сила, тяга и сопротивление - силы, однозначно связанные с жидкостями (жидкостями и газами).
В электростатический а также магнитный силы связаны с заряженными частицами. Также природа включает в себя четыре фундаментальные силы которые порождают все другие силы. Одна из них - гравитация, которая на сегодняшний день является самой слабой фундаментальной силой; другие электромагнетизм и сильный а также слабый ядерный взаимодействия в атомах.
Уравнение силы
Стандартная форма формулы силы в физике гласит, что чистая внешняя сила на объекте - это произведение его массы и его ускорения:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Здесь сила и ускорение векторные величины, что означает, что у них есть как значение (величина, представленная числом), так и направление в пространстве, связанное с ними. Масса - это скалярная величина, это означает, что он полностью описан с точки зрения его величины.
Пример расчета силы
Компактный автомобиль массой 1000 кг ускоряется на север со скоростью 5 м / с.2. Какая сила создается этим ускорением?
F = (1000 кг) (5 м / с2) = 5000 Н.
В конечном итоге автомобиль достигает скорости 40 м / с (около 90 миль в час) и на этой скорости выравнивается. Какая внешняя сила действует на машину сейчас?
Это своего рода вопрос с подвохом. В то время как ускоряющийся автомобиль имеет большой импульс, если автомобиль не испытывает ускорения, обе стороны силы уравнения равны нулю, и нет чистой внешней силы, действующей на систему, в этом случае состоящей исключительно из машина. Физическая величина, представляющая здесь наибольший интерес, импульс, является произведением массы и скорости v (сравните это с уравнением силы).