Слово сили проявляється практично в усіх уявних аспектах повсякденного життя, від спорту до погоди до військових конфліктів. Але принципово сила - це поняття, що корениться у фізиці, де має дуже конкретне і критичне значення. Стандартною одиницею сили є ньютон (N), рівний кг ⋅ м / с2.
Сила - це одна з двох величин фізики, що впливають на рух об’єкта, інша - маса. Викликається опис руху предметів у просторі кінематика, що враховує положення, швидкість та прискорення; включення сили і маси у вивчення руху вводить поняття динаміка.
Закони руху Ньютона
Перш ніж дізнатися про конкретні сили та про те, як робити розрахунки, що стосуються цієї величини, корисно переглянути три основні закони руху, задумані Ісааком Ньютоном:
1. Кожен об'єкт, що знаходиться в стані постійного руху (включаючи спокій), буде залишатися в цьому стані, якщо на нього не діятиме зовнішня сила.
2. Сила - це добуток маси та прискорення.
3. Для кожної сили існує сила, протилежна за напрямком і рівна за величиною.
Другий закон Ньютона
Приклади сил
Ви можете думати про силу як про те, що штовхає або тягне; Хоча це корисно як метафора, проте це не робить багато для просування вашого реального розуміння. Натомість список, що показує діапазон природних сил, є кращим інструментом для ознайомлення з силами, які ви будете використовувати у своїх фізичних розрахунках.
Вага є таємничою силою, яка діє на всі об'єкти з масою і виникає внаслідок дії сили тяжіння, яка на поверхні Землі має значення 9,8 метра в секунду в квадраті (9,8 м / с2). Напруга, еластичність, тертя і т. зв нормальна сила це сили, що діють на тверді речовини; плавучість, підйом, тяга і опор - сили, однозначно пов'язані з рідинами (рідинами та газами).
електростатичний і магнітний сили пов'язані із зарядженими частинками. Також природа включає чотири основні сили що породжують усі інші сили. Одним з них є гравітація, яка є на сьогодні найслабшою фундаментальною силою; інші є електромагнетизм та сильний і слабке ядерне взаємодії в атомах.
Рівняння сили
Стандартна форма формули сили у всій фізиці стверджує, що чиста зовнішня сила на об'єкт - це добуток його маси та його прискорення:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Тут сила і прискорення векторні величини, що означає, що вони мають як значення (величину, представлену числом), так і напрямок у просторі, пов’язаний з ними. Маса - це скалярна кількість, що означає, що він повністю описаний з точки зору його величини.
Приклад обчислення сили
Компактний автомобіль масою 1000 кг розганяється на північ зі швидкістю 5 м / с2. Яка сила створюється цим прискоренням?
F = (1000 кг) (5 м / с2) = 5000 н.
Зрештою машина досягає швидкості 40 м / с (близько 90 миль на годину) і вирівнюється з цією швидкістю. Яка зовнішня сила на автомобіль зараз?
Це своєрідне фокусне питання. Поки швидкісний автомобіль має великий оберт, якщо автомобіль не відчуває прискорення, обидві сторони сили рівняння дорівнюють нулю, і немає чистої зовнішньої сили, що діє на систему, в даному випадку складається виключно з автомобіль. Найбільший інтерес тут має фізична величина, імпульс, - добуток маси та швидкості v (порівняйте це з рівнянням сили).