Как найти ф в физике: Еще больше физических формул и свойств – Физика – Теория, тесты, формулы и задачи

Так как a_y=0, то получаем, что сила, которая действует на нашу точку, направлена по оси X, так как направление ускорение и силы совпадают, а мы получили:

где $\bar{i}$ – единичный вектор, направленный по оси X.

Исходя из второго закона Ньютона, имеем:

Ответ. Так как $F=m \cdot 6 \alpha t$, то с течением времени сила увеличивается по модулю.

Слишком сложно?

Формула силы не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание.

В проекции на ось X уравнение (2.3) примет вид:

Из уравнения (2.4) выразим ускорение:

Подставим правую часть выражения (2.5) в (2.2) вместо ускорения:

Ответ. $F=F_{0}-m_{1} \cdot \frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$

Читать дальше: Формула сопротивления.

Как решать 2 задание ЕГЭ по физике, примеры решения (Ростов-на-Дону)

Из последних КИМов ЕГЭ по физике следует, что задание 2 относится к разделу «Динамика» и может содержать расчетные задачи по следующим темам: «Законы Ньютона, закон всемирного тяготения, закон Гука, сила трения».

Основные формулы, которые необходимо знать для успешного решения задания 2.

При решении задач из раздела «Динамика» желательно придерживаться следующего алгоритма решения:

1. Сделать рисунок, на котором указать вектора всех сил, действующих на тело.

2. Если тело двигается с ускорением, указать направление этого ускорения. Если тело покоится или двигается равномерно, его ускорение a=0.

3. Составить уравнение движения (второй закон Ньютона) для рассматриваемого тела в его векторном виде.

3. Выбрать систему координат и спроецировать полученное уравнение на выбранные оси координат.

4. Расшифровать неизвестные величины, вошедшие в уравнение движения.

5. Решить полученную систему уравнений.

Задание 2 – это расчётные задачи базового уровня сложности, и для решения некоторых из них этот алгоритм будет чересчур подробным и перегруженным, так как их можно решить и без вспомогательного рисунка или даже без записи второго закона Ньютона. Это касается, например, заданий, в которых на тело действует только одна сила. Но привычка решать задания по приведенному выше алгоритму поможет ученикам успешно справиться с расчетными задачами по разделу «Динамика» повышенного и высокого уровней сложности – такие задания могут стоять в ЕГЭ под номерами 25 и 29.

Ответом на задание 2 является число, именно его нужно вписать в бланк ответов 1, не указывая единицы измерения.

Примеры решения

1. (ЕГЭ-2019)

Пружина жёсткостью 2*10⁴ Н/м одним концом закреплена в штативе. На какую величину она растянется под действием силы 400 Н?

Ответ: ___________________________ см.

Решение:

Сделаем чертёж

Пружина под действием силы F привели в растянутое состояние. Кроме растягивающей силы F и силы упругости , стремящейся вернуть пружину в нерастянутое состояние, больше никакие силы на нее не действуют.

Запишем проекции сил на вертикальную ось Oy

F=F_упр

По закону Гука, сила упругости F_упр = k *Δx, следовательно,

k – коэффициент жёсткости пружины, Δx – её удлинение.

Выразим величину растяжения пружины

Ответ: 2

2. (ЕГЭ – 2020. Вариант 1 досрочного ЕГЭ)

Тело движется по горизонтальной плоскости. Нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость равна 40 Н, сила трения равна 10 Н. Определите коэффициент трения скольжения.

Ответ: _______ .

Решение:

Силу трения можно найти по формуле

F_тр= µN,

где N – сила реакции опоры, или по-другому нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость.

Ответ: 0,25.

2. (ЕГЭ – 2020. Демонстрационный вариант)

Два одинаковых маленьких шарика массой m каждый, расстояние между центрами которых равно r, притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю 0,2 пН. Каков модуль сил гравитационного притяжения двух других шариков, если масса каждого из них равна 2m, а расстояние между их центрами равно 2r?

Ответ: _______ пН.

Решение:

По закону Всемирного тяготения шары массами m₁и m₂, находящиеся друг от друга на расстоянии r, притягиваются друг к другу с силой

.

В первом случае

Во втором случае

Ответ: 0,2

2. (ЕГЭ – 2019. Демонстрационный вариант)

По горизонтальному полу по прямой равномерно тянут ящик, приложив к нему горизонтальную силу 35 Н. Коэффициент трения скольжения между полом и ящиком равен 0,25. Чему равна масса ящика?

Ответ _______ кг.

Решение:

Сделаем чертёж, на котором обозначим все силы, действующие на тело.

По второму закону Ньютона, равнодействующая всех сил, действующих на тело, будет равна нулю, так как по условию задачи тело движется равномерно, то есть ускорение тела a=0.

Запишем это в проекциях на оси Ox и Oy

Ox: F_тр – F = 0,

Oy: N – m g=0.

Откуда N = mg, следовательно,

F_тр = µ N = µ mg.

Масса тела

Ответ: 14

2. (ЕГЭ – 2018)

К пружине подвесили груз массой 150 г, вследствие чего пружина удлинилась на 1 см. Чему будет равно удлинение этой пружины, если к ней подвесить груз 450 г?

Ответ: __________ см.

Решение:

Переведём единицы измерения физических величин в систему СИ

m₁ = 150 г = 0,15 кг, m₂ = 450 г = 0,45 кг, Δx=1 см = 0,01 м.

Сделаем чертёж, на котором обозначим все силы, действующие на тело.

На тело действует сила тяжести (F_т = mg), направленная вертикально вниз, и сила упругости со стороны пружины (F_упр = k Δx), направленная вертикально вверх.

В проекции на вертикальную ось Oy.

F_т =F_упр

mg = kΔx (1)

k – коэффициент жёсткости пружины, Δx – её удлинение.

Найдём, чему равен коэффициент жёсткости пружины

Выразим из выражения (1) удлинение пружины во втором случае

Ответ: 3

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТОВАРЫ

Все формулы по физике 10 класса

МЕХАНИКА
Вычисление перемещения	АВ2 = АС2 + ВС2	Перемещение – вектор, соединяющий начальную точку движения тела с его конечной точкой.
Проекция вектора перемещения	Sx = x2 – x1		x1 – начальная координата, [м] x2 – конечная координата, [м] Sx – перемещение, [м]
Формула расчета скорости движения тела	v = s/t	Скорость – физическая величина, равная отношению перемещения к промежутку времени, за которое это перемещение произошло.	v – скорость, [м/с] s – путь, [м] t – время, [c]
Уравнение движения	x = x0 + Vxt		x0– начальная координата, [м] x – конечная координата, [м] v – скорость, [м/с] t – время, [c]
Формула для вычисления ускорения движения тела	a ⃗ = v ⃗- v0⃗ /t	Ускорение – физическая величина, которая характеризует быстроту изменения скорости.	a – ускорение, [м/с2] v – конечная скорость, [м/с] v0 – начальная скорость, [м/с] t – время, [c]
Уравнение скорости	v ⃗ = v0 ⃗ + a ⃗t		v – конечная скорость, [м/с] v0 – начальная скорость, [м/с] a – ускорение, [м/с2] t – время, [c]
Уравнение Галилея	S = v0t + at2 / 2		S – перемещение, [м] v – конечная скорость, [м/с] v0 – начальная скорость, [м/с] a – ускорение, [м/с2] t – время, [c]
Закон изменения координаты тела при прямолинейном равноускоренном движении	x = x0 + v0t + at2/2		x0 – начальная координата, [м] x – конечная координата, [м] v – конечная скорость, [м/с] v0 – начальная скорость, [м/с] a – ускорение, [м/с2] t – время, [c]
Первый закон Ньютона		Если на тело не действуют никакие тела либо их действие скомпенсировано, то это тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться равномерно и прямолинейно.
Второй закон Ньютона	a= F ⃗ / m	Ускорение, приобретаемое телом под действием силы, прямо пропорционально величине этой силы и обратно пропорционально массе тела.	a – ускорение, [м/с2] F – сила, [Н] m – масса, [кг]
Третий закон Ньютона	|F1⃗ |=|F2⃗| F1⃗ = -F2⃗	Сила, с которой первое тело действует на второе, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой второе тело действует на первое.	F – сила, [Н]
Формула для вычисления высоты, с которой падает тело	H = g*t2/2		Н – высота, [м] t – время, [c] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
Формула для вычисления высоты при движении вертикально вверх	h=v0t -gt2/2		h – высота, [м] v0 – начальная скорость, [м/с] t – время, [c] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
Формула для вычисления веса тела при движении вверх с ускорением	P = m (g + a)		P – вес тела, [Н] m – масса тела, [кг] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения a – ускорение тела, [м/с2]
Формула для вычисления веса тела при движении вниз с ускорением	P = m (g – a)		P – вес тела, [Н] m – масса тела, [кг] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения a – ускорение тела, [м/с2]
Формула закона всемирного тяготения	F = Gm1m2/r2	Закон всемирного тяготения: два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.	F – сила, [Н] G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная m – масса тела, [кг] r – расстояние между телами, [м]
Формула расчета ускорения свободного падения на разных планетах	g = GMпл/Rпл2		g – ускорение свободного падения, [м/с2] G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная M – масса планеты, [кг] R – радиус планеты, [м]
Формула расчета ускорения свободного падения	g = GMз/(Rз+H)2		g – ускорение свободного падения, [м/с2] G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная M – масса Земли, [кг] R – радиус Земли, [м] Н – высота тела над Землей, [м]
Формула расчета центростремительного ускорения	а = υ2/r		a – центростремительное ускорение, [м/с2] v – скорость, [м/с] r – радиус окружности, [м]
Формула периода движения по окружности	T = 1/ν = 2πr/υ = t/N		Т – период, [с] ν – частота вращения, [с-1] t – время, [с] N – число оборотов
Формула расчета угловой скорости	ω = 2π/T = 2πν =υr		ω – угловая скорость, [рад/с] υ – линейная скорость, [м/с] Т – период, [с] ν – частота вращения,[с-1] r – радиус окружности, [м]
Формула импульса тела	p = mv	Импульсом называют произведение массы тела на его скорость.	p – импульс тела, [кг·м/с] m – масса тела, [кг] υ – скорость, [м/с]
Формула закона сохранения импульса	p1 + p2 =p1’ + p2’ m1v + m2u = m1v’ + m1u’
Формула импульса силы	P = Ft		p – импульс тела, [кг·м/с] F – сила, [Н] t – время, [c]
Формула механической работы	A = Fs	Механическая работа – физическая величина, равная произведению модуля силы на величину перемещения тела в направлении действия силы.	A – работа, [Дж] F – сила, [Н] s – пройденный путь, [м]
Формула расчета мощности	N = A/t	Мощность – физическая величина, характеризующая быстроту совершения механической работы.	N – мощность, [Вт] A – работа, [Дж] t – время, [c]
Формула для нахождения коэффициента полезного действия (КПД)	η = Aп/Aз∙ 100%	КПД – отношение полезной работы к затраченной работе.	Aп – полезная работа, [Дж] Aз – затраченная работа, [Дж]
Формула расчета потенциальной энергии	Eп = mgh	Потенциальная энергия – это энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.	Eп – потенциальная энергия тела, [Дж] m – масса тела, [кг] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения h – высота тела над поверхностью земли, [м]
Формула расчета кинетической энергии	Ek= mv2/2	Кинетическая энергия – энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.	Ek – кинетическая энергия тела, [Дж] m – масса тела, [кг] v – скорость движения тела, [м/с]
Формула закона сохранения полной механической энергии	mv12/2 + mgh1=mv22/2 + mgh2	Закон сохранения полной механической энергии: полная механическая энергия тела, на которое не действуют силы трения и сопротивления, в процессе его движения остается неизменной.	m – масса тела, [кг] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения v1 – скорость тела в начальный момент времени, [м/с] v2 – скорость тела в конечный момент времени, [м/с] h1 – начальная высота, [м] h2 – конечная высота, [м]
Формула силы трения	Fтр = μ mg	Сила трения – сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению.	Fтр – сила трения, [Н] μ – коэффициент трения m – масса тела, [кг] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
Уравнение колебаний	x = A cos (ωt + φ0)		А – амплитуда колебаний, [м] х – смещение, [м] t – время, [c] ω – циклическая частота, [рад/с] φ0 – начальная фаза, [рад]
Формула периода	T = 1/ν = 2πr/υ = t/N		Т – период, [с] ν – частота колебании, [с-1] t – время колебании, [с] N – число колебаний
Формула периода для математического маятника	T= 2π √L/g		Т – период, [с] g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения L – длина нити, [м]
Формула периода для пружинного маятника	T= 2π √m/K		Т – период, [с] m – масса груза, [кг] К – жесткость пружины, [Н/м]
Формула длины волны	λ = υТ = υ/ν		λ – длина волны, [м] Т – период, [с] ν – частота, [с-1] υ – скорость волны, [м/с]
Формула полной механической энергии колебательного движения	E = kA2/2		E – энергия, [Дж] А – амплитуда колебаний, [м] k – жесткость пружины, [Н/м]
Радиус Шварцшильда	R = 2GM/c2	Радиус Шварцшильда – радиус «горизонта событий» черной дыры, из которого ничто не может вырваться.	R – радиус Шварцшильда, [м] G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная М – масса черной дыры, [кг]
Собственное время	t = T/√1-v2/c2	Собственное время – время, измеренное наблюдателем, движущимся вместе с часами.	t – собственное время, [с] T – время в движущейся системе отсчета, [с] v – скорость движущейся системы отсчета, [м/с] c – скорость света, [м/с]
Масса покоя	m = M/√1-v2/c22	Масса покоя – масса тела в СО, относительно которой оно покоится.	m – масса тела в СО, относительно которой оно покоится, [кг] M – масса тела в подвижной СО, [кг] v – скорость движущейся системы отсчета, [м/с] c – скорость света, [м/с]
Формула Эйнштейна	E = mc2		E – энергия, [Дж] m – масса, [кг] c – скорость света, [м/с
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 10 класс
Массовое число	M = Z + N		M – массовое число Z – число протонов (электронов), зарядовое число N – число нейтронов
Формула массы ядра	МЯ = МА – Z me		MЯ – масса ядра, [кг] МА – масса изотопа , [кг] me – масса электрона, [кг]
Формула дефекта масс	∆m = Zmp + Nmn – MЯ	Дефект масс – разность между суммой масс покоя нуклонов, составляющих ядро данного нуклида, и массой покоя атомного ядра этого нуклида.	∆m – дефект масс, [кг] mp – масса протона, [кг] mn – масса нейтрона, [кг]
Уравнение Менделеева-Клапейрона	pV = m/M RT	Уравнение состояния идеального газа	p – давление, [Па] V – объем, [м3] m – масса, [кг] M – молярная масса, [кг] R = 8,31 [Дж/мольК] – молярная газовая постоянная T – температура, [°С]
Формула давления газа			p – давление, [Па] n – концетрация молекул E – средняя кинетическая энергия молекулы, [Дж] T – температура, [°С] k = 1,38 · 10-23, [Дж/К] – постоянная Больцмана
Закон Бойля-Мариотта	p1V1 = p2V2		p – давление, [Па] V – объем, [м3]
Закон Гей-Люссака	V1/T1 = V2/T2		T – температура, [°С] V – объем, [м3]
Закон Шарля	p1/T1= p2/T2		T – температура, [°С] p – давление, [Па]
Внутренняя энергия идеального газа	U = i/2 pV		U – энергия, [Дж] p – давление, [Па] V – объем, [м3] i – число степеней свободы молекул газа
Работа, совершаемая газом	A = pΔV		p – давление, [Па] V – объем, [м3] А – работа, [Дж]
Первый закон термодинамики	Q = ΔU + A		Q – количество теплоты, [Дж] А – работа, [Дж] U – энергия, [Дж]
Формула для нахождения коэффициента полезного действия (КПД) теплового двигателя	η = A/Q∙100%		А – работа, [Дж] Q – количество теплоты, полученное от нагревателя, [Дж]
Сила поверхностного натяжения	F = ϭl		F – сила поверхностного натяжения, [Н] ϭ – поверхностное натяжение, [Н/м] l – длина участка поверхности слоя, [м]
Закон Гука	ϭ = Eε	При упругой деформации тела напряжение пропорционально относительному удлинению тела.	ϭ – механическое напряжение, [Па] Е – модуль Юнга, [Па] ε – относительное удлинение тела, [м]
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Закон Кулона	F = kq1q1/r2	Определяет силу электростатического взаимодействия двух точечных зарядов	F – сила Кулона, [Н] k = 9·109 [Нм2/Кл2] q – заряд, [Кл] r – расстояние между зарядами, [м]
Напряженность поля	E = F/q E = kQ/r2		Е – напряженность поля, [Н/Кл] q – пробный положительный заряд, [Кл] F – сила Кулона, [Н] k = 9·109 [Нм2/Кл2]
Потенциал электростатического поля	φ = W/q φ = Q/4πεr		φ – потенциал, [В] W – энергия, [Дж] q – заряд, [Кл]
Потенциальная энергия заряда	W = qφ		W – энергия, [Дж] q – заряд, [Кл] φ – потенциал, [В]
Работа силы электростатического поля	A = qU		А – работа сил, [Дж] q – заряд, [Кл] U – разность потенциалов, [В]
Разность потенциалов в однородном поле	U = Ed		U – разность потенциалов, [В] Е – напряженность поля, [Н/Кл] d – расстояние, [м]
Электроемкость уединенного проводника	C = Q/φ		C – электроемкость, [Ф] φ – потенциал, [В] Q – заряд, [Кл]
Электроемкость конденсатора	C = Q/U		C – электроемкость, [Ф] U – разность потенциалов, [В] Q – заряд, [Кл]
Энергия ЭСП	W = CU2/2		C – электроемкость, [Ф] U – разность потенциалов, [В] W – энергия ЭСП, [Дж

Момент силы — как найти? В чем измеряется? Формулы

Сила: что это за величина

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.

• Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.

Плечо силы

Для начала давайте разберемся, что такое плечо силы — оно нам сегодня очень пригодится.

Представьте человека. Совершенно обычного. Если он совершенно обычный, у него точно будут плечи — без них получится уже какой-то инопланетянин. Если мы прочертим прямую вдоль линии плеча, а потом еще одну — вдоль линии руки — мы получим две пересекающиеся прямые. Угол между такими прямыми будет равен 90 градусов, а значит эти линии перпендикулярны.

Как анатомическое плечо перпендикулярно руке, так и в физике плечо перпендикулярно, только уже линии действия силы.

То есть перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы —это плечо силы.

Рычаг

В каждом дворе есть качели, для которых нужны два качающихся (если в вашем дворе таких нет, посмотрите в соседнем). Большая доска ставится посередине на точку опоры. По сути своей, качели — это рычаг.

Рычаг — простейший механизм, представляющий собой балку, вращающуюся вокруг точки опоры.

Хорошо, теперь давайте найдем плечо этой конструкции. Возьмем правую часть качелей. На качели действует сила тяжести правого качающегося, проведем перпендикуляр от линии действия силы до точки опоры. Получилась, что плечо совпадает с рычагом, разве что рычаг — это вся конструкция, а плечо — половина.

Давайте попробуем опустить качели справа, тогда что получим: рычаг остался тем же самым по длине, но вот сместился на некоторый угол, а вот плечо осталось на том же месте. Если направление действия силы не меняется, как и точка опоры, то перпендикуляр между ними невозможно изменить.

Момент силы

При решении задач на различные силы нам обычно хватало просто сил. Сила действует всегда линейно (ну в худшем случае под углом), поэтому очень удобно пользоваться законами Ньютона, приравнивать разные силы. Это работало с материальными точками, но не будет так просто применяться к телам, у которых есть форма и размер.

Вот мы приложили силу к краю палки, но при этом не можем сказать, что на другом ее конце будут то же самое ускорение и та же самая сила. Для этого мы вводим такое понятие, как момент силы.

Момент силы — это векторное произведение силы на плечо. Для определения физического смысла можно сказать, что момент — это вращательное действие.

Вернемся к примеру с дверями. Вот мы приложили силу к краю двери — туда, где самый длинный рычаг. Получаем некоторое значение момента силы.

Теперь ту же силу приложим ближе к креплению двери, там, где плечо намного короче. По формуле получим момент меньшей величины.

На себе мы это ощущаем таким образом: нам легче толкать дверь там, где момент больше. То есть, чем больше момент, тем легче идет вращение.

То же самое можно сказать про гаечный ключ. Чтобы закрутить гайку, нужно взяться за ручку дальше гайки.

В этом случае, прикладывая ту же силу, мы получаем большую величину момента за счет увеличения плеча.

Расчет момента силы

Сейчас рассмотрим несколько вариантов того, как момент может рассчитываться. По идее просто нужно умножить силу на плечо, но поскольку мы имеем дело с векторами, все не так просто.

Если сила расположена перпендикулярно оси стержня, мы просто умножаем модуль силы на плечо.

Расстояние между точками A и B — 3 метра.

Момент силы относительно точки A:

           МА=F×AB=F×3м

Если сила расположена под углом к оси стержня, умножаем проекцию силы на плечо.

Обратите внимание, что такие задания могут встретиться только у учеников не раньше 9 класса!

Момент силы относительно точки B:

           MB=F×cos30×AB=F×cos30×3м

Если известно расстояние от точки до линии действия силы, момент рассчитывается как произведение силы на это расстояние (плечо).

Момент силы относительно точки B:

           MB=F×3м

Правило моментов

Вернемся к нашим баранам качелям. Мы умудряемся на них качаться, потому что существует вращательное действие — момент. Силы, с которыми мы действуем на разные стороны этих качелей могут быть разными, но вот моменты должны быть одинаковыми.

Правило моментов говорит о том, что если рычаг не вращается, то сумма моментов сил, поворачивающих рычаг против часовой стрелки, равна сумме моментов сил, поворачивающих рычаг по часовой стрелке.

Это условие выполняется относительно любой точки.

Давайте рассмотрим этот закон на примере задач.

Задача 1

К левому концу невесомого стержня прикреплен груз массой 3 кг.

Стержень расположили на опоре, отстоящей от его левого конца на 0,2 длины стержня. Чему равна масса груза, который надо подвесить к правому концу стержня, чтобы он находился в равновесии?

Решение:

Одним из условий равновесия стержня является то, что полный момент всех внешних сил относительно любой точки равен нулю. Рассмотрим моменты сил относительно точки опоры. Момент, создаваемый левым грузом равен mgL5 он вращает стержень против часовой стрелки. Момент, создаваемый правым грузом:Mg4L5 — он вращает по часовой.

Приравнивая моменты, получаем, что для равновесия к правому концу стержня необходимо подвесить груз массой
M = m : 4 = 3 : 4 = 0,75 кг

Ответ: для равновесия к правому концу стержня необходимо подвесить груз массой 0,75 кг

Задача 2

Путешественник несёт мешок с вещами на лёгкой палке. Чтобы удержать в равновесии груз весом 80 Н, он прикладывает к концу B палки вертикальную силу 30 Н. OB = 80 см. Чему равно OA?

Решение:

По правилу рычага: FB/FA=|OA|/|OB| где FA и FB — силы, приложенные соответственно к точкам A и B. Выразим длину OA:

|OA|=FB/FA)*|OB|=30/80*80=30 см

Ответ: расстояние ОА равно 30 см

Задача 3

Тело массой 0,2 кг подвешено к правому плечу невесомого рычага (см. рисунок). Груз какой массы надо подвесить ко второму делению левого плеча рычага для достижения равновесия?

Решение:

По правилу рычага m1g*l1=m2g*l2

Отсюда m2=l1/l2*m1=3/2*0,2 = 0,3 кг

Ответ: Масса груза равна 0,3 кг

Задача 4

На железной дороге для натяжения проводов используется показанная на рисунке система, состоящая из легких блоков и тросов, натягиваемых тяжелым грузом. Чему равна сила натяжения провода?

Решение:

Система на рисунке состоит из трех блоков: двух подвижных и одного неподвижного. Назначение неподвижного блока заключается только в том, что он меняет направление действия силы, однако никакого выигрыша в силе при этом не возникает. Каждый подвижный блок, напротив, дает выигрыш в силе.

Определим силу, с которой натянута первая нить. Груз растягивает ее с силой:
T = mg = 10*10 = 100 Н

Рассмотрим теперь первый подвижный блок. Так как вся система статична, полная сила, действующая на этот блок, должна быть равна нулю. Первая нить тянет его направо с суммарной силой 2T, значит, натяжение второй нити тоже должно быть равно 2T (вот он — выигрыш в силе). Аналогичное рассмотрение для второго подвижного блока показывает, что натяжение провода должно быть равно

4T = 4*100= 400 Н

Ответ: натяжение провода равно 400 Н

Задача 5 — a.k.a самая сложная задачка

Под действием силы тяжести mg груза и силы F рычаг, представленный на рисунке, находится в равновесии. Вектор силы F перпендикулярен рычагу, груз на плоскость не давит. Расстояния между точками приложения сил и точкой опоры, а также проекции этих расстояний на вертикальную и горизонтальную оси указаны на рисунке.

Если модуль силы F равен 120 Н, то каков модуль силы тяжести, действующей на груз?

Решение:

Одним из условий равновесия рычага является то, что полный момент всех внешних сил относительно любой точки равен нулю. Рассмотрим моменты сил относительно опоры рычага. Момент, создаваемый силой F, равен F*5 м и он вращает рычаг по часовой стрелке. Момент, создаваемый грузом относительно этой точки — mg*0,8 м, он вращает против часовой. Приравнивая моменты, получаем выражение для модуля силы тяжести

mg=F*5/0,8=120*5/0,8=750Н

Ответ: модуль силы тяжести, действующей на груз равен 750 Н

Ловите момент! Запишите ребенка на бесплатный вводный урок в современную школу Skysmart: покажем, как у нас все устроено, определим план развития и влюбим в науку!

Сила, Давление – Формулы по физике

По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.

Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой. Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.

Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена (перпендикулярно которой она действует).

Этот вывод подтверждают физические опыты.

Опыт.Результат действия данной силы зависит от того, какая сила действует на единицу площади поверхности.

По углам небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие. В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно углубляются в песок.

Опыт. Вторая иллюстрация.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия этой силы.

В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна поверхности доски.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.

Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности:

давление = сила / площадь.

Обозначим величины, входящие в это выражение: давление – p, сила, действующая на поверхность, – F и площадь поверхности – S.

Тогда получим формулу:

p = F/S

Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить большее давление.

За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м² перпендикулярно этой поверхности.

Единица давления – ньютон на квадратный метр ( 1 Н / м² ). В честь французского ученого Блеза Паскаля она называется паскалем (Па). Таким образом,

1 Па = 1 Н / м² .

Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).

1 кПа = 1000 Па;

1 гПа = 100 Па;

1 Па = 0,001 кПа;

1 Па = 0,01 гПа.

Пример. Рассчитать давление, производимое на пол мальчиком, масса которого 45 кг, а площадь подошв его ботинок, соприкасающихся с полом, равна 300 см².

Запишем условие задачи и решим её.

Дано: m = 45 кг, S = 300 см²; p = ?

В единицах СИ: S = 0,03 м²

Решение:

p = F/S,

F = P,

P = g·m,

P = 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,

p = 450/0,03 Н / м² = 15000 Па = 15 кПа

‘Ответ’: p = 15000 Па = 15 кПа

Способы уменьшения и увеличения давления.

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 – 50 кПа, т. е. всего в 2 – 3 раза больше, чем давление мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется на бóльшую площадь за счёт гусеничной передачи. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм², то давление, производимое ею, равно:

p = 50 Н/ 0, 000 001 м² = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.

Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Заточенный край острого лезвия имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.

Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. – все они из твердого материала, гладкие и очень острые.

Давление

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся.

Опыт. Здесь мы узнаем, что газ давит на стенки сосуда по всем направлениям одинаково.

Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см² за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, — оно и создает давление газа.

Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.

Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму правильного шара.

Как объяснить этот опыт?

Для хранения и перевозки сжатого газа используются специальные прочные стальные баллоны.

В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково. Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.

На рисунке а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается. Резиновая пленка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.

Наоборот, при увеличении объема этой же массы газа, число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшается. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда – давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объем воздуха увеличивается, пленка прогибается внутрь сосуда. Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился бы любой другой газ.

Итак, при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

А как изменится давление газа, если нагреть его при постоянном объеме? Известно, что скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку будет сильнее. Вследствие этого, стенки сосуда будут испытывать большее давление.

Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объем не изменяются.

Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы необходимо заключать в специальные, очень прочные баллоны. В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов. Конечно же, мы должны навсегда запомнить, что газовые баллоны нельзя нагревать, тем более, когда они заполнены газом. Потому что, как мы уже понимаем, может произойти взрыв с очень неприятными последствиями.

Закон Паскаля.

Давление передается в каждую точку жидкости или газа.

Давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар.

Теперь газ.

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке, а изображен сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного переместиться внутрь и сжать газ (жидкость), находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы (молекулы) расположатся в этом месте более плотно, чем прежде(рис, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис, в). Поэтому давление газа всюду возрастет. Значит, добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ (жидкость) около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа или жидкости давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается на любую точку одинаково во всех направлениях.

Это утверждение называется законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке изображен полый шар, имеющий в различных местах небольшие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма. Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.

Давление в жидкости и газе.

Под действием веса жидкости резиновое дно в трубке прогнется.

На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому, каждый слой жидкости, налитой в сосуд, своим весом создает давление, которое по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление. В этом можно убедиться на опыте.

В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой пленкой, нальем воду. Под действием веса жидкости дно трубки прогнется.

Опыт показывает, что, чем выше столб воды над резиновой пленкой, тем больше она прогибается. Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как, кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.

Иллюстрация.

Дно отходит от цилиндра вследствие давления на него силы тяжести.

Опустим трубку с резиновым дном, в которую налита вода, в другой, более широкий сосуд с водой. Мы увидим, что по мере опускания трубки резиновая пленка постепенно выпрямляется. Полное выпрямление пленки показывает, что силы, действующие на нее сверху и снизу, равны. Наступает полное выпрямление пленки тогда, когда уровни воды в трубке и сосуде совпадают.

Такой же опыт можно провести с трубкой, в которой резиновая пленка закрывает боковое отверстие, как это показано на рисунке, а. Погрузим эту трубку с водой в другой сосуд с водой, как это изображено на рисунке, б. Мы заметим, что пленка снова выпрямится, как только уровни воды в трубке и сосуде сравняются. Это означает, что силы, действующие на резиновую пленку, одинаковы со всех сторон.

Возьмем сосуд, дно которого может отпадать. Опустим его в банку с водой. Дно при этом окажется плотно прижатым к краю сосуда и не отпадет. Его прижимает сила давления воды, направленная снизу вверх.

Будем осторожно наливать воду в сосуд и следить за его дном. Как только уровень воды в сосуде совпадет с уровнем воды в банке, оно отпадет от сосуда.

В момент отрыва на дно давит сверху вниз столб жидкости в сосуде, а снизу вверх на дно передается давление такого же по высоте столба жидкости, но находящейся в банке. Оба эти давления одинаковы, дно же отходит от цилиндра вследствие действия на него собственной силы тяжести.

Выше были описаны опыты с водой, но если взять вместо воды любую другую жидкость, результаты опыта будут те же.

Итак, опыты показывают, что внутри жидкости существует давление, и на одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Газы в этом отношении не отличаются от жидкостей, ведь они тоже имеют вес. Но надо помнить, что плотность газа в сотни раз меньше плотности жидкости. Вес газа, находящегося в сосуде, мал, и его “весовое” давление во многих случаях можно не учитывать.

Определение индивидуальных значений силы

Как было сказано ранее в Уроке 3 (а также в Уроке 2), результирующая сила – это векторная сумма всех индивидуальных сил. В Уроке 2 мы узнали, как определить чистую силу, если известны величины всех отдельных сил. В этом уроке мы узнаем, как определять величины всех отдельных сил, если известны масса и ускорение объекта. Три основных уравнения, которые будут полезны: уравнение для чистой силы (F _net = m • a), уравнение для гравитационной силы (F _grav = m • g) и уравнение для силы трения (F _frict = μ • F _norm ).

Процесс определения значения отдельных сил, действующих на объект, включает применение второго закона Ньютона (F _net = m • a) и применение значения чистой силы. Если масса (м) и ускорение (а) известны, то чистая сила (F _net ) может быть определена с использованием уравнения.

Если числовое значение чистой силы и направление чистой силы известны, то можно определить значение всех индивидуальных сил.Таким образом, задача включает использование приведенных выше уравнений, данной информации и вашего понимания чистой силы для определения значения отдельных сил.

Чтобы понять, как применяется этот метод, попробуйте выполнить следующие практические задачи. Проблемы прогрессируют от простых к более сложным. Решив проблему, нажмите кнопку, чтобы проверить свои ответы.

Диаграммы свободного тела для четырех ситуаций показаны ниже.Чистая сила известна для каждой ситуации. Однако величина некоторых отдельных сил неизвестна. Проанализируйте каждую ситуацию индивидуально и определите величину неизвестных сил.

К объекту весом 6 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.На объект действует сила трения 15 Н. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, чистую силу и приложенную силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

К объекту массой 10 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.Коэффициент трения между предметом и поверхностью 0,2. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

К объекту весом 5 кг прикладывают направленную вправо силу для перемещения его по шероховатой поверхности с ускорением вправо 2 м / с / с.Коэффициент трения между объектом и поверхностью 0,1. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

К объекту массой 4 кг прикладывают направленную вправо силу 25 Н, чтобы переместить его по шероховатой поверхности с правым ускорением 2.5 м / с / с. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, силу трения, чистую силу и коэффициент трения между объектом и поверхностью. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Еще пара практических задач представлена ​​ниже. Вы должны постараться решить как можно больше проблем без помощи заметок, решений, учителей и других учеников.Примите решение индивидуально решать проблемы. А пока стоит упомянуть важное предостережение:

Избегайте принуждения проблемы к форме ранее решенной проблемы. Проблемы в физике редко выглядят одинаково. Вместо того чтобы решать проблемы наизусть или путем имитации ранее решенной проблемы, используйте свое концептуальное понимание законов Ньютона для поиска решений проблем. Используйте свое понимание веса и массы, чтобы найти m или Fgrav в проблеме.Используйте свое концептуальное понимание чистой силы (векторная сумма всех сил ), чтобы найти значение Fnet или значение отдельной силы. Не отделяйте решение физических задач от вашего понимания концепций физики. Если вы не можете решать физические задачи, подобные приведенным выше, это не обязательно означает, что у вас есть математические трудности. Вполне вероятно, что у вас проблемы с физическими концепциями.

1. Ли Милон катается на санях со своими друзьями, когда его раздражает один из комментариев друга. Он прилагает правую силу в 9,13 Н на свои 4,68 кг сани, чтобы разогнать их по снегу. Если ускорение саней составляет 0,815 м / с / с, то каков коэффициент трения саней по снегу?

2.В лаборатории физики Эрнесто и Аманда прикладывают направленную вправо силу 34,5 Н к тележке массой 4,52 кг, чтобы разогнать ее по горизонтальной поверхности со скоростью 1,28 м / с / с. Определите силу трения, действующую на тележку.

Калькулятор силы | Как найти силу?

Калькулятор силы поможет вам рассчитать силу на основе второго закона движения Ньютона. Прочтите , чтобы узнать, что такое сила и , какие типы сил существуют в классической механике .Мы также объясним , как найти силу в упражнениях, используя формулу силы . В конце мы также проиллюстрируем , что такое чистая сила , на простом примере.

Если вам нужно найти определенную силу, возможно, вам поможет один из этих калькуляторов:

Определение силы и уравнение силы

Что такое сила?

Сила – это любое взаимодействие, которое, если не встретить сопротивления, может изменить движение объекта .

Если спросят: «Что такое сила?» нефизик, вероятно, подумает о том, чтобы толкать и тянуть.Физик подумал бы об изменении скорости объекта. Чтобы понять, почему, давайте посмотрим на уравнение силы:

где:

• a – ускорение объекта, выраженное в метрах в секунду в квадрате [м / с ² ];
• м – масса объекта в килограммах [кг]; и
• F – сила, измеряемая в Ньютонах [Н].

Ускорение – это изменение скорости во времени .И, как видно из формулы силы, чем больше сила, тем больше ускорение. Итак, если что-то ускоряется, например, автомобиль, оно может передать значительную силу, если столкнется с другим автомобилем. Эта сила пропорциональна массе автомобиля и его (тормозящему) ускорению.

Чтобы использовать калькулятор силы, введите две из этих переменных: массу, ускорение или силу в любых единицах и получите недостающее число в мгновение ока.

Если вы рассчитываете силу самостоятельно, всегда используйте систему СИ, чтобы избежать ошибок. Что такое единица силы в системе СИ? Это Ньютон [N] – назван в честь Исаака Ньютона – математика, физика и первооткрывателя гравитации. В основных единицах СИ один Ньютон равен:

Чтобы узнать больше о единицах силы, перейдите в наш конвертер силы.

Законы движения Ньютона

Ньютон предложил три закона движения, которые объясняют движение всех физических объектов. Они являются основой всей классической механики , которая также известна как ньютоновская механика .

1. Первый закон движения Ньютона

Объект будет оставаться в покое или продолжать двигаться равномерно, если на него не действует внешняя сила.

2. Второй закон движения Ньютона

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m * a .

3. Третий закон движения Ньютона

Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению (для каждого действия всегда существует равная, но противоположная реакция).

Виды сил

Все силы в классической механике подчиняются трем законам движения Ньютона.

• Гравитационная сила – это притяжение между любыми двумя объектами ненулевой массы . Вы идете по земле вместо того, чтобы плыть из-за этой силы – силы тяжести. Его проявляет все, что вас окружает, как экран, на котором вы это читаете. Он такой маленький; это незаметно.

• Нормальная сила – это реакция на силу тяжести – прекрасный пример третьего закона Ньютона.Когда вы стоите, вы прикладываете к полу силу (равную силе гравитации). Пол оказывает на вас такую ​​же ценность.

• Трение – это сила, противодействующая движению . Он пропорционален нормальной силе, действующей между объектом и землей. Зимой вы наносите песок на обледеневшие поверхности, чтобы увеличить трение и предотвратить скольжение.

• Натяжение – это осевая сила, которая проходит через тросы, цепи, пружины и другие объекты при внешнем растяжении .Например, если вы выгуливаете собаку, и она тянет вас вперед, это создает напряжение на ее поводке.

• Центробежная сила – это сила, действующая на вращающийся объект . Вы когда-нибудь были на карусели? Вы помните, как вас выталкивали наружу? Это чувство вызывала центробежная сила.

• Давление – это мера силы, приложенной к поверхности . Если вы надуваете воздушный шар, частицы воздуха внутри оказывают давление на баллон.Все частицы ощущают одинаковую силу, поэтому воздушный шар надувается равномерно.

Как обрести силу?

Давайте рассмотрим несколько упражнений, чтобы на уроке физики вас ничто не удивило.

1. Найдите ускоряющую и тормозящую (останавливающую) силу:

Гепард имеет массу 50 кг. Он разгоняется из состояния покоя до 50 км / ч за 3 секунды. Затем он начинает постепенно замедляться и останавливается через 8 секунд.

• Ускоряющая сила:

  Сначала найдите ускорение:

  50 км / ч равно 13.89 м / с (мы рассчитали это с помощью преобразователя скорости).

  Ускорение равно разнице скорости во времени:

  a = (13,89 м / с - 0) / 3 с = 4,63 м / с 2

  Рассчитать ускоряющую силу:

  F a = м * a = 50 кг * 4,63 м / с 2 = 231,5 Н

• Сила торможения:

  a = (0-13,89 м / с) / 8 с = -1,74 м / с 2

  F r = 50 кг * -1.74 м / с 2 = -87 Н

  Сила торможения отрицательна, поскольку она имеет направление, противоположное ускоряющей силе.

2. Какое усилие необходимо для ускорения объекта (м = 2 кг) на 8 м / с ² ? А если объект в три раза тяжелее? Как это влияет на силу?

Если масса в три раза больше, сила должна быть в три раза больше.

Что такое чистая сила?

Сила – вектор .Значит, имеет значение и направление. Вот почему вы не можете складывать его как обычные числа (скаляры).

Чистая сила (F _N ) – это сумма векторов всех отдельных сил, действующих на объект . Например, давайте посмотрим на падающий мяч. На него влияют сила тяжести (F _G = 5 Н), сопротивление воздуха (F _R = 1 Н) и боковая сила, вызванная ветром (F _W = 2 Н).

1. Сначала найдите чистую силу горизонтальных сил.У них противоположное направление, поэтому они частично компенсируют друг друга:

   • F H = F G - F R = 5N - 1 N = 4N

2. Теперь найдите чистую силу двух оставшихся сил.

   Здесь вы можете вычислить его по теореме Пифагора (в прямоугольном треугольнике: a 2 + b 2 = c 2 ). Чтобы узнать больше о сложении векторов, перейдите к калькулятору сложения векторов.

   F H 2 + F W 2 = F N 2 4 2 + 2 2 = F N 2 16 + 4 = F N 2 F N 2 = 20 F N = √20 F N = 2√5

   Чистая сила, действующая на шар, равна 2√5 Н.

Теперь, когда вы знаете три закона движения Ньютона и определение силы, взгляните на один из калькуляторов, перечисленных в начале.Там мы подробно объясняем все типы сил. Мы также недавно провели забавный эксперимент, в котором мы проверяли, что выиграет в гонке – туалетная бумага или бутылка? Проверьте это, чтобы узнать что-нибудь о моменте инерции массы и ускорении!

FAQ

Как найти ускорение с помощью силы и массы?

1. Разделите силу на массу .
2. Не забудьте использовать базовые единицы СИ. Это означает, что ньютонов, силы и килограммов, массы.
3. Наслаждайтесь ускорением в метров в секунду в квадрате .

Вес – это сила?

Вес – другое название силы тяжести . В физике масса и вес не одно и то же. Масса – это свойство объекта. Он сопротивляется любому изменению движения. Вес – это сила, действующая на массу под действием силы тяжести . На Земле, если ваша масса составляет 70 килограммов, ваш вес составляет около 700 Ньютонов (точнее, 686,5 Ньютонов).

Сила – это вектор?

Сила – вектор .Это означает, что она определяется как величиной звездной величины , так и направлением . Скаляры, как и масса или длина, определяются только величиной. Итак, если вы примените к объекту две силы, вы не сможете добавить их как скаляры. Вам нужно принять во внимание направление и найти чистую силу – векторную сумму сил.

Какова формула силы?

Формула силы определяется вторым законом движения Ньютона :

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m ⨉ a.

Чтобы использовать эту формулу, необходимо использовать единицы СИ: ньютонов, для силы, килограммов, для массы и метров в секунду в квадрате, для ускорения.

Что происходит, когда две силы действуют в одном направлении?

Когда две силы действуют в одном направлении, они складывают и создают чистую силу, равную их сумме.

Как связаны сила и движение?

Сила – это любое взаимодействие, которое, если ему не противостоять, может изменить движение объекта. Без внешней силы движущийся объект будет продолжать двигаться с постоянной скоростью и направлением, а неподвижный объект останется неподвижным. Если приложить внешнюю несбалансированную силу, объект изменит движение, изменив свою скорость и / или направление.

Взаимосвязь между силой и движением определяется законами движения Ньютона .

Какие виды сил?

Виды сил в физике:

• Контактные силы : Нормальная сила, приложенная сила, сила трения, сила натяжения, сила сопротивления воздуха
• Бесконтактные силы : гравитационная сила, электрическая сила, магнитная сила

Ускорение – это сила?

Ускорение не сила .Ускорение – это изменение скорости во времени. Как и сила, ускорение – это вектор, поэтому он имеет как величину, так и направление. Согласно второму закону движения Ньютона, ускорение пропорционально силе: F = m ⨉ a. Направление ускорения объекта определяется направлением чистой силы, действующей на этот объект.

Может ли чистая сила быть отрицательной?

Сила нетто может быть как положительной, так и отрицательной . Чистая сила – это сумма векторов всех индивидуальных сил, действующих на объект.Силы всегда положительны по величине. Но чтобы упростить расчет чистой силы, мы предполагаем, что силы, направленные в противоположных направлениях, имеют разные знаки. Обычно мы говорим, что силы, направленные вправо, положительны, а налево – отрицательны. Итак, если у вас есть две противоположные по направлению силы, действующие на объект, а результирующая сила направлена ​​влево, вы можете сказать, что результирующая сила отрицательна.

В чем разница между уравновешенными и несбалансированными силами?

Уравновешенные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление .Они уравновешивают друг друга, и поэтому отменяют друг друга . Классическим примером уравновешенных сил могут быть гравитационная сила и нормальная сила, действующие на объект, расположенный на горизонтальной поверхности. Уравновешенные силы не изменяют направление или скорость объекта.

Неуравновешенные силы не имеют одинаковой величины . Если на объект действует неуравновешенная сила, она влияет на движение объекта. Например, если что-то падает, это происходит из-за силы тяжести.Сила сопротивления воздуха противодействует гравитации, но не уравновешивает ее, если объект достаточно тяжелый.

Уравновешенные силы вызывают изменение движения?

Уравновешенные силы не вызывают изменения движения . Две силы уравновешены, когда они имеют одинаковую величину и противоположное направление, поэтому они нейтрализуют друг друга. Вместе они не влияют на скорость или направление движения объекта.

Что такое контактная сила?

Контактная сила – это любая сила, которая требует контакта.И трение, и нормальная сила являются контактными силами, потому что они возникают, когда объект контактирует с поверхностью. С другой стороны, неконтактная сила, как и сила тяжести, действует без контакта с объектом.

Расчетная сила – Физика средней школы

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса – изображению, ссылке, тексту и т. д. – относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему утверждению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Как рассчитать величину силы в физике

Обновлено 8 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Расчет величин сил – важная часть физики.Когда вы работаете в одном измерении, вам не нужно учитывать величину силы. Расчет величины является более сложной задачей в двух или более измерениях, потому что сила будет иметь «компоненты» по осям x- и y и, возможно, по оси z, если это трехмерная сила. Научиться делать это с помощью одной силы и результирующей силы двух или более отдельных сил – важный навык для любого начинающего физика или любого, кто работает над проблемами классической физики в школе.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Найдите результирующую силу из двух векторов, сначала сложив -компоненты x и y -компоненты, чтобы найти результирующий вектор, а затем использовать та же формула для его величины.

Основы: что такое вектор?

Первый шаг к пониманию того, что значит вычислить величину силы в физике, – это узнать, что такое вектор. «Скаляр» – это простая величина, которая просто имеет значение, например температуру или скорость.Когда вы читаете температуру 50 градусов по Фаренгейту, он сообщает вам все, что вам нужно знать о температуре объекта. Если вы читаете, что что-то движется со скоростью 10 миль в час, эта скорость говорит вам все, что вам нужно знать о том, как быстро оно движется.

Вектор отличается, потому что он имеет направление, а также величину. Если вы посмотрите прогноз погоды, вы узнаете, с какой скоростью дует ветер и в каком направлении. Это вектор, потому что он дает вам дополнительную информацию.Скорость – это векторный эквивалент скорости, в котором вы узнаете направление движения, а также его скорость. Итак, если что-то движется со скоростью 10 миль в час на северо-восток, скорость (10 миль в час) – это величина, северо-восток – направление, и обе части вместе составляют вектор скорости.

Во многих случаях векторы разбиваются на «компоненты». Скорость может быть задана как комбинация скорости в северном направлении и скорости в восточном направлении, так что результирующее движение будет в направлении северо-востока, но вам нужны оба бита информации, чтобы определить, насколько быстро он движется и куда он движется. 2}

Проще говоря, результирующая сила представляет собой квадратный корень из x ² плюс y ² .2}

Направление вектора одиночной силы

Направление силы не является предметом внимания в этом вопросе, но его легко вычислить на основе треугольника компонентов и результирующей силы из последнего раздела. Определить направление можно с помощью тригонометрии. Идентификатор, наиболее подходящий для решения большинства задач:

\ tan {\ theta} = \ frac {y} {x}

Здесь θ обозначает угол между вектором и ось x .{-1} (3/4) = 36,9 \ text {градусы}

Итак, вектор составляет около 37 градусов с осью x.

Результирующая сила и величина двух или более векторов

Если у вас есть две или более сил, вычислите величину результирующей силы, сначала найдя результирующий вектор, а затем применив тот же подход, что и выше. Единственный дополнительный навык, который вам понадобится, – это найти результирующий вектор, и это довольно просто. Хитрость заключается в том, что вы складываете вместе соответствующие компоненты x и y .Использование примера должно прояснить это.

Представьте себе парусник на воде, движущийся вместе с силой ветра и течением воды. Вода передает силу 4 Н в направлении x и 1 Н в направлении y, а ветер добавляет силу 5 Н в направлении x и 3 Н в направлении y. Результирующий вектор представляет собой сложенные вместе компоненты x (4 + 5 = 9 N) и компоненты y , сложенные вместе (3 + 1 = 4 N). Таким образом, вы получите 9 N в направлении x и 4 N в направлении y.2} \\ & = \ sqrt {81 + 16} \\ & = \ sqrt {97} \\ & = 9.85 \ text {N} \ end {align}

Какова формула силы? – Определение и объяснение – Видео и стенограмма урока

Формула силы

Формула силы утверждает, что сила равна массе, умноженной на ускорение. Итак, если вы знаете массу и ускорение, просто умножьте их вместе, и теперь вы знаете силу! Единицами измерения ускорения являются метры на секунду в квадрате (м / с2), а единицей измерения массы – килограммы (кг).

Давайте посмотрим на пример:

Мэри пытается поднять ящик с пола на полку. Коробка весом 2 кг она разгоняет со скоростью 2 м / с2. Какую силу Мэри прилагает к коробке?

Чтобы решить эту проблему, просто умножьте массу (2 кг) на ускорение (2 м / с2), чтобы получить окончательный ответ: на коробку была приложена сила 4 Н. Помните, что в физике всегда включайте все единицы как в вашу задачу, когда вы показываете свою математику, так и когда вы пишете свой окончательный ответ.

Решение для других переменных

Вы также можете вычислить любую другую переменную в уравнении, если у вас есть две из трех. Например, если у вас есть масса и сила, вы можете рассчитать ускорение.

Если вы немного не уверены в алгебраических уравнениях, вот вам ярлык!

Используя круг, проведите горизонтальную линию через середину. Затем разделите нижнюю половину круга на две части. Сверху напишите F для силы, а внизу поставьте м для массы в одной секции и a для ускорения в другой.Горизонтальная линия будет использоваться для деления, а вертикальные линии – для умножения. Затем закройте пальцем любую переменную, которую вы хотите найти. Например, предположим, что мы хотим найти ускорение. Накройте и по кругу. Теперь у вас остается F , разделенное на м. Это математика, которую вы используете для вычисления силы! Довольно просто, да?

Давайте посмотрим на пример:

Джордан пытается подтолкнуть через комнату большой стул для своей тети.Она хочет, чтобы это было на солнце, чтобы она могла читать днем. Джордан использует 300 Н силы на стуле 300 кг. Насколько быстро Джордан должен разогнаться, чтобы передвинуть стул?

Давайте снова воспользуемся кругом. Закройте переменную, которую вы хотите найти, a. Теперь у нас остается F , разделенное на м. Теперь мы можем подставить наши числа. Сила (300 Н), разделенная на массу (300 кг), равна 1 м / с2 – ускорению, которое Джордан должен использовать для перемещения кресла.

Net Force

Обычно на объекты одновременно действует множество сил, а не одна, как мы видели до сих пор.Чтобы вычислить другие переменные, нам нужно сложить силы, чтобы увидеть, что такое результирующая сила или сумма сил, действующих на объект. Сила считается вектором , что означает, что она имеет величину и направление. Обычно мы обозначаем силы, которые направлены вниз, как отрицательные, а силы, направленные вверх, как положительные. Точно так же силы, идущие влево, отрицательны, а силы, идущие вправо, положительны.

Ученые придумали отличный способ систематизировать совокупные силы, действующие на объект, называемый диаграммой свободного тела. Диаграммы свободного тела – это изображения, на которых показаны все силы, действующие на объект. Вы начинаете с точки, представляющей объект. Затем вы рисуете силы, действующие на объект, выходящий из точки, со стрелками на конце. Так, например, если я толкну коробку вправо с 10 Н, я нарисовал бы линию на диаграмме свободного тела справа, обозначенную 10 Н. После того, как вы записали все свои силы, пора их сложить! Мы добавляем силы только в одном направлении за раз.

Когда у вас есть более одной силы в задаче, вам нужно сначала нарисовать диаграмму свободного тела, вычислить чистую силу, а затем использовать круг или алгебру для решения.

Давайте посмотрим на пример:

Керри хочет повесить модную новую лампу весом 150 кг, которую она нашла в комиссионном магазине. Она знает, что Fg лампы или ее вес составляет 200 Н. Кабель, который она должна его подвесить, имеет только натяжение (FT) 150 Н. Каково ускорение лампы?

Сначала мы нарисуем диаграмму свободного тела, на которой F g идет вниз, поскольку это связано с силой тяжести, и F T идет вверх, поскольку веревка тянет лампу к потолку.

Затем, поскольку F g опускается, эта сила будет отрицательной, а поскольку F T возрастает, это число будет положительным. Когда мы добавляем -200 Н плюс положительные 150 Н, мы получаем -50 Н. Это означает, что общая сила, действующая на нашу лампу, уменьшается, что означает, что лампа тоже гаснет. Не похоже, что этот кабель подойдет Керри! Но давайте продолжим решать эту проблему, потому что нам нужно было найти ускорение.

Теперь, когда у нас есть чистая сила, мы можем использовать круг или алгебру.Когда мы подставляем числа, мы получаем -50 Н (сила), деленную на 150 кг (масса), что дает нам ускорение -0,33 м / с2.

Резюме урока

Формула для силы говорит, что сила равна массе ( м ), умноженной на ускорение ( a ). Если у вас есть две любые из трех переменных, вы можете решить третью. Сила измеряется в Ньютонах (Н), масса – в килограммах (кг), а ускорение – в метрах в секунду в квадрате (м / с2). Если у вас более одной силы в задаче, сначала нарисуйте диаграмму свободного тела, затем добавьте свои силы, чтобы получить чистую силу, и, наконец, решите свою проблему.

Что следует помнить

• Сила равна массе, умноженной на ускорение.
• Сила измеряется в Ньютонах.
• Вы можете использовать уравнение силы, чтобы также найти массу или ускорение объекта.
• Чтобы рассчитать чистую силу, действующую на объект, можно нарисовать диаграмму свободного тела.

Результаты обучения

Просмотрите и затем просмотрите этот видео-урок о формуле силы, чтобы вы могли легко выполнить следующие задачи:

• Напишите определение силы и поймите, как она измеряется
• Распознать формулу для расчета силы
• Создать диаграмму свободного тела
• Найдите другие переменные и рассчитайте чистую силу

Давление | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите давление.
• Объясните взаимосвязь между давлением и силой.
• Рассчитайте силу с учетом давления и площади.

Вы, несомненно, слышали, что слово давление используется в отношении крови (высокое или низкое кровяное давление) и погоды (погодные системы высокого и низкого давления). Это только два из многих примеров давления в жидкости. Давление P определяется как

[латекс] P = \ frac {F} {A} \\ [/ latex]

, где F – сила, приложенная к области A , которая перпендикулярна силе.{5} {\ text {Pa}} \\ [/ latex].

фунтов на квадратный дюйм (фунт / дюйм ² или фунт / кв. Дюйм) все еще иногда используется в качестве меры давления в шинах, а миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) Все еще часто используются для измерения артериального давления. Давление определяется для всех состояний вещества, но особенно важно при обсуждении жидкостей.

Рис. 1. (a) Хотя человек, которого тыкают пальцем, может раздражаться, сила не имеет длительного эффекта. (б) Напротив, та же сила, приложенная к области размером с острый конец иглы, достаточно велика, чтобы повредить кожу.

Пример 1. Какую силу оказывает давление?

Астронавт работает за пределами Международной космической станции, где атмосферное давление практически равно нулю. Манометр на ее баллоне с воздухом показывает 6,90 × 10 ⁶ Па. Какую силу воздух внутри баллона оказывает на плоский конец цилиндрического баллона – диск диаметром 0,150 м?

Мы можем найти прилагаемую силу из определения давления, приведенного в [латексе] P = \ frac {F} {A} \\ [/ latex], при условии, что мы можем найти область действия A .{5} \ text {N} \ end {array} \\ [/ latex].

Вау! Неудивительно, что танк должен быть сильным. Поскольку мы нашли F = PA , мы видим, что сила давления прямо пропорциональна площади воздействия, а также самому давлению.

Сила, действующая на конец резервуара, перпендикулярна его внутренней поверхности. Это направление обусловлено тем, что сила создается статической или неподвижной жидкостью. Мы уже видели, что жидкости не могут выдерживать поперечные (боковые) силы ; они также не могут оказывать усилие сдвига .Давление жидкости не имеет направления, будучи скалярной величиной. Силы давления имеют четко определенные направления: они всегда действуют перпендикулярно любой поверхности. (См., Например, шину на рисунке 2.) Наконец, обратите внимание, что давление действует на все поверхности. Пловцы, как и покрышка, ощущают давление со всех сторон. (См. Рисунок 3.)

Рис. 2. Давление внутри этой шины оказывает силы, перпендикулярные всем поверхностям, с которыми она контактирует. Стрелки показывают характерные направления и величины сил, действующих в различных точках.Обратите внимание на то, что статические жидкости не вызывают сдвиговых усилий.

Рис. 3. На этого пловца оказывается давление со всех сторон, так как вода текла бы в пространство, которое он занимает, если бы его там не было. Стрелки показывают направления и величины сил, действующих на пловца в различных точках. Обратите внимание, что силы снизу больше из-за большей глубины, что дает чистую восходящую или выталкивающую силу, которая уравновешивается весом пловца.

Накачивайте молекулы газа в ящик и смотрите, что происходит, когда вы меняете объем, добавляете или убираете тепло, меняете гравитацию и многое другое.Измерьте температуру и давление и узнайте, как свойства газа меняются по отношению друг к другу.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

1. Как давление связано с остротой ножа и его режущей способностью?

2. Почему тупая игла для подкожных инъекций болит больше, чем острая?

3. Внешняя сила на одном конце воздушного резервуара была рассчитана в Пример 1: Расчет силы, прилагаемой воздухом .Как уравновешивается эта сила? (Танк не ускоряется, поэтому сила должна быть сбалансирована.)

4. Почему статические жидкости всегда действуют перпендикулярно поверхности?

5. В отдаленном месте недалеко от Северного полюса в озере плавает айсберг. Рядом с озером (предположим, что оно не замерзло) на суше находится ледник сопоставимых размеров. Если оба куска льда растают из-за повышения глобальной температуры (и весь растаявший лед уйдет в озеро), какой кусок льда даст наибольшее повышение уровня воды в озере, если таковое имеется?

6.Как бег по мягкому грунту и ношение мягкой обуви снижают нагрузку на ступни и ноги?

7. Танцы на пальцах ног (как в балете) намного тяжелее воздействуют на пальцы ног, чем при обычном танце или ходьбе. Объясните с точки зрения давления.

8. Как преобразовать единицы давления, такие как миллиметры ртутного столба, сантиметры водяного столба и дюймы ртутного столба, в такие единицы, как ньютоны на квадратный метр, не прибегая к таблице коэффициентов преобразования давления?

Задачи и упражнения

1.Когда женщина идет, весь ее вес на мгновение ложится на пятку ее туфель на высоком каблуке. Рассчитайте давление, оказываемое пяткой на пол, если ее площадь составляет 1,50 см ² , а масса женщины – 55,0 кг. Выразите давление в Па. (На заре коммерческих рейсов женщинам не разрешалось носить обувь на высоком каблуке, потому что полы самолетов были слишком тонкими, чтобы выдерживать такое большое давление).

2. Давление, которое игла фонографа оказывает на пластинку, на удивление велико.Если эквивалент 1,00 г поддерживается иглой, острие которой представляет собой круг радиусом 0,200 мм, какое давление будет оказано на запись в Н / м ² ?

3. Кончики гвоздей оказывают огромное давление, когда они ударяются молотком, потому что они оказывают большую силу на небольшой площади. Какую силу необходимо приложить к гвоздю с круглым наконечником диаметром 1,00 мм, чтобы создать давление 3,00 × 10 ⁹ Н / м ² (Это высокое давление возможно, потому что молоток, ударяющий по гвоздю, останавливается в такое короткое расстояние.)

Глоссарий

давление:

сила на единицу площади, перпендикулярная силе, на которую действует сила

Избранные решения проблем и упражнения

1. 3,59 × 10 ⁶ Па; или 521 фунт / дюйм ²

3. 2.36 × 10 ³ N

Гравитация

Падающее яблоко

Гравитация повсюду вокруг нас. Он может, например, заставить яблоко упасть на землю:

Гравитация постоянно действует на яблоко, поэтому оно движется все быстрее и быстрее… Другими словами, он ускоряется.

Игнорируя сопротивление воздуха, его скорость увеличивается на 9,8 метра в секунду каждую секунду . Это два лота «в секунду» и пишется:

9,8 м / с ²

9,8 м / с ² – ускорение под действием силы тяжести у поверхности Земли. Почти все в нашей жизни происходит вблизи поверхности Земли, поэтому это значение часто используется и записывается как маленький г :

г = 9.8 м / с ²

Среднее значение г составляет 9,80665 м / с ² , но значения различаются по всему миру, например, в Калькутте 9,78548, Лондоне 9,81599 и Токио 9,79805.

Таким образом, большинство людей просто используют 9,8 м / с ²

Чтобы удержать яблоко против силы тяжести, нужна сила.

Сила – это масса, умноженная на ускорение ( F = m a ), и в этом случае ускорение составляет g :

F = m г

Пример: сколько силы удерживать яблоко массой 0.1 кг?

F = m г

F = 0,1 кг × 9,8 м / с ²

F = 0,98 кг м / с ²

Сила измеряется в Ньютонах ( Н ), что совпадает с кг м / с ²

F = 0,98 N

Итак, чтобы удерживать яблоко, требуется сила около 1 Ньютона .

Мы также говорим, что вес яблока равен 0.98 Н.

Чтобы преобразовать массу в кг в силу в Ньютонах, умножьте на 9,8 м / с ²

Другой пример:

Пример: стальная балка весом 100 кг равномерно установлена ​​на двух опорах. Сколько силы приходится на каждую опору?

На балку действует сила тяжести, направленная вниз:

F = m г

F = 100 кг × 9,8 м / с ² = 980 Н

Поскольку каждая опора равномерно расположена на опоре, она выдерживает половину веса (980/2 = 490):

Но что такое гравитация?

Теперь вы знаете, как справиться с гравитацией здесь, на Земле (просто умножьте массу на 9.8 м / с ² , чтобы получить силу), но что такое гравитация на самом деле?

Что ж, масса и энергия делают пространство искривленным (или искаженным), поэтому для объектов естественно следовать по пути навстречу друг другу.

Здесь объект естественным образом следует за пространством-временем в направлении Земля

Это приводит к тому, что объекты притягиваются друг к другу , что мы называем Гравитацией .

Гравитация : притяжение объектов с массой или энергией друг к другу.

Это притяжение проявляется в виде силы:

на
• меньше для более удаленных объектов
На
• больше для объектов большей массы (например, Солнца)

Представьте себе всего два шара:

Каждый шар состоит из множества кусочков массы и энергии, которые притягиваются друг к другу:

(На самом деле нужно лот, частиц больше!)

Но мы обычно упрощаем это, представляя, что масса и энергия каждого шара находятся в его центре, называемом Центром тяжести.

(Но помните, что мы просто представляем, что вся масса находится в центре, чтобы упростить вычисления.)

Ньютон разработал формулу силы притяжения:

• F – сила (в Ньютонах), равная, но противоположная в направлении для обоих объектов
• G – гравитационная постоянная, приблизительно 6,674 × 10 ^-11 Н · м ² / кг ²
• m ₁ и m ₂ – две массы (в кг)
• d – расстояние между центрами каждой массы (в метрах)

Пример: две машины массой 800 кг и 1500 кг находятся на расстоянии 3 м друг от друга

Гравитационное притяжение между двумя автомобилями составляет:

F = G м ₁ м ₂ д ²

Факс = 6.674 × 10 ^-11 Н м ² / кг ² × 800 кг × 1500 кг (3 м) ²

F ≈ 0,000009 N

Они очень слабо (всего 9 миллионных долей Ньютона) притягиваются друг к другу!

Пример: Яблоко и Земля

Яблоко массой 0,1 кг

Земля имеет массу 5,972 × 10 ²⁴ кг

От центра яблока до центра Земли составляет 6371 км (6.371 × 10 ⁶ м)

F = G м ₁ м ₂ д ²

F = 6,674 × 10 ^-11 Н м ² / кг ² × 0,1 кг × 5,972 × 10 ²⁴ кг (6,371 × 10 ⁶ м) ²

F = 0,98 Н

(Это то же значение, что и в предыдущем расчете, так что это кажется вполне правильным!)

В обе стороны

Яблоко тянет и Землю!

Но Земля настолько невероятно массивна, что почти не влияет на нее.

Рассчитаем ускорение для яблока и для Земли:

Пример (продолжение): Зная, что сила равна 0,98 Н, каково ускорение яблока

Для яблока :

Это ускорение свободного падения g, которое мы все испытываем каждый день.

А для Земля :

Это очень маленькое ускорение , неудивительно, что мы не замечаем, как Земля движется из-за яблока.

Но гораздо более крупный объект, такой как Луна (с массой 7,342 × 10 ²² кг ), действительно оказывает заметное влияние на Землю.

Луна вращается вокруг Земли на расстоянии около 384000 км каждые 27,3 дня

И Земля также имеет “орбиту” (больше похожую на колебание) с Луной около 5000 км (что на самом деле меньше радиуса Земли), также каждые 27,3 дня.

Ваша очередь: попробуйте вычислить силу притяжения между Землей и Луной.

Играй

Поиграйте с гравитацией в Gravity Freeplay.

Сводка

• Пространство кривой массы и энергии, которое естественным образом заставляет объекты двигаться навстречу друг другу
• этот аттракцион мы называем гравитацией
• это постоянное притяжение заставляет объекты ускоряться навстречу друг другу
• ускорение имеет соответствующую силу ( F = m a )
• у поверхности Земли ускорение свободного падения составляет 9.