Сила формулы физика: Сила мышц зависит от деятельности мозга? - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Сила трения – формула, определение и особенности

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 234.

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 234.

В задачах классической механики рассматриваются три основных вида сил, один из которых – силы трения. Они могут нести вред человеку, но и польза от них есть. Чтобы использовать их с толком, либо уменьшать ущерб, наносимый ими, необходимо понимать их природу и уметь находить.

Возникновение трения

Силы трения, причина которых кроется в том, что любая поверхность на микроуровне неровна, действуют на движущиеся и покоящиеся тела. Они могу возникать между твердыми телами, между твердыми и газообразными или жидкими.

Направление сил трения противоположно движению тела (силам, которые движут тело) и лежит в плоскости соприкосновения с поверхностью.

По тому, какая поверхность (со смазкой или без), силы трения делят на сухие и не сухие виды. К первым относят трение покоя (сцепления), скольжения и качения.

К не сухим – жидкостное (вязкое).

С помощью подручных средств легко провести опыт. Возьмем любой предмет (например, книгу), положим его на стол и потянем. Если тянуть слабо, книга не сдвинется, ибо на нее действует сила трения покоя. Когда прикладываемся сила станет больше, сцепление также увеличится. Но у него есть максимальное (предельное) значение, и если тянущая сила превысит это значение, тело начнет движение, а покой сменится скольжением.

Рис. 1. Измерение силы трения при помощи динамометра.

Если выстраивать строгую теорию трения скольжения, то придется учитывать ее зависимость от скорости. Но большая часть относительно простых задач решаются в приближении, когда силу трения скольжения считают равной максимальной силе сцепления.

На практике трение часто наносит ущерб. Например, оно вызывают истирание деталей. Эту проблему решают либо добавлением смазки, либо подшипниками. Во втором случае скольжение заменяется качением.

Рис. 2. Возникновение силы трения качения.

При движении в газообразной или жидкой среде возникает вязкое (жидкостное) трение, которое также называются сопротивлением среды. Оно слабее сухого трения, а главная его особенность в том, что оно зависит от скорости. В случае равенства последней нулю, сопротивление также обратится в нуль.

Расчетные формулы

Из экспериментов известно, что сила сцепления $\vec F_{тр} = – \vec F$, где F – внешняя сила. Максимальное сцепление пропорционально силе нормальной реакции опоры, умноженной на безразмерный коэффициент $\mu$, который определяется характером поверхности трения.

$$F_{тр}= \mu N$$ – (1) формула силы трения покоя

В случае, если тело находится на наклонной поверхности, проекция силы нормальной реакции опоры на ось Оу равна: $N = mgsin \varphi$. И тогда модуль сцепления равен: $F_{тр}= \mu mgsin \varphi$ – (2).

Из вышеприведенной формулы следует, что минимальной сила трения становится, когда угол максимально близок к прямому.

Рис. 3. Сила сцепления на наклонной поверхности.

2$$,
где $k_2$ – коэффициент жидкостного трения при больших скоростях.

Задачи

Кирпич скатывается по деревянной поверхности, которая наклонена к горизонтали под углом 45 градусов. Масса кирпича – 200 грамм, коэффициент трения – 0,5. С каким ускорением он движется?

Решение первой задачи

Схема решения этой задачи та же, по которой решаются большинство задач на основное уравнение динамики.

Ось Оy проведем через вектор силы нормальной реакции опоры, Ось Ох – через вектор ускорения кирпича. Запишем второй закон Ньютона в векторной форме:

$$m \vec a = \vec F_{тр} + m \vec g + \vec N$$

И в проекциях на оси:

Ox: $ma = mgcos \varphi – \mu N$

Oy: $N=mgsin \varphi$

Учитывая уравнение на оси Оу запишем:

$$ma = mgcos \varphi – \mu mgcos \varphi = mg(cos \varphi – \mu sin \varphi)$$

$$a = g(cos \varphi – \mu sin \varphi) = 3,5 м/c$$

Человек массой 100 кг совершил прыжок с парашютом. 2$$
Тогда:
$$v_1 = \sqrt{mg \over k_1} = 14,14 м/с$$
$$v_2 = \sqrt{mg \over k_2} = 1,38 м/c$$
Что мы узнали?
В ходе урока выяснили, как возникают силы трения, установили закон действия этих сил. После чего разделили силы трения на два вида – силы сухого трения и силы жидкостного трения, а также рассмотрели формулы, по которым производится их расчет. В закрепление урока разобрали две несложные задачи.

Тест по теме
Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Оценка доклада
4.7
Средняя оценка: 4.7
Всего получено оценок: 234.
А какая ваша оценка?
Формула силы. Сила – формула (физика)
Слово «сила» настолько всеобъемлюще, что дать ему четкое понятие – задача практически невыполнимая. Разнообразие от силы мышц до силы разума не охватывает весь спектр вложенных в него понятий. Сила, рассмотренная как физическая величина, имеет четко определенное значение и определение. Формула силы задает математическую модель: зависимость силы от основных параметров.
История исследования сил включает определение зависимости от параметров и экспериментальное доказательство зависимости.
Сила в физике
Сила – мера взаимодействия тел. Взаимное действие тел друг на друга полностью описывает процессы, связанные с изменением скорости или деформацией тел.
Как физическая величина сила имеет единицу измерения (в системе СИ – Ньютон) и прибор для ее измерения – динамометр. Принцип действия силомера основан на сравнении силы, действующей на тело, с силой упругости пружины динамометра.
За силу в 1 ньютон принята сила, под действием которой тело массой 1 кг изменяет свою скорость на 1 м за 1 секунду.
Сила как векторная величина определяется:
- направлением действия;
- точкой приложения;
- модулем, абсолютной величиной.
Описывая взаимодействие, обязательно указывают эти параметры.
Виды природных взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильные, слабые. Гравитационные силы (сила всемирного тяготения с ее разновидностью – силой тяжести) существуют благодаря влиянию гравитационных полей, окружающих любое тело, имеющее массу. Исследование полей гравитации не закончено до сих пор. Найти источник поля пока не представляется возможным.
Больший ряд сил возникает вследствие электромагнитного взаимодействия атомов, из которых состоит вещество.
Сила давления
При взаимодействии тела с Землей оно оказывает давление на поверхность. Сила давления, формула которой имеет вид: P = mg, определяется массой тела (m). Ускорение свободного падения (g) имеет различные значения на разных широтах Земли.
Сила вертикального давления равна по модулю и противоположна по направлению силе упругости, возникающей в опоре. Формула силы при этом меняется в зависимости от движения тела.
Изменение веса тела
Действие тела на опору вследствие взаимодействия с Землей чаще именуют весом тела. Интересно, что величина веса тела зависит от ускорения движения в вертикальном направлении. В том случае, когда направление ускорения противоположно ускорению свободного падения, наблюдается увеличение веса. Если ускорение тела совпадает с направлением свободного падения, то вес тела уменьшается. К примеру, находясь в поднимающемся лифте, в начале подъема человек чувствует увеличение веса некоторое время. Утверждать, что его масса меняется, не приходится. При этом разделяем понятия «вес тела» и его «масса».
Сила упругости
При изменении формы тела (его деформации) появляется сила, которая стремится вернуть телу его первоначальную форму. Этой силе дали название “сила упругости”. Возникает она вследствие электрического взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Рассмотрим простейшую деформацию: растяжение и сжатие. Растяжение сопровождается увеличением линейных размеров тел, сжатие – их уменьшением. Величину, характеризующую эти процессы, называют удлинением тела. Обозначим ее “x”. Формула силы упругости напрямую связана с удлинением. Каждое тело, подвергающееся деформации, имеет собственные геометрические и физические параметры. Зависимость упругого сопротивления деформации от свойств тела и материала, из которого оно изготовлено, определяется коэффициентом упругости, назовем его жесткостью (k).
Математическая модель упругого взаимодействия описывается законом Гука.
Сила, возникающая при деформации тела, направлена против направления смещения отдельных частей тела, прямо пропорциональна его удлинению:
- F_y= -kx (в векторной записи).
Знак «-» говорит о противоположности направления деформации и силы.
В скалярной форме отрицательный знак отсутствует. Сила упругости, формула которой имеет следующий вид F_y= kx, используется только при упругих деформациях.
Взаимодействие магнитного поля с током
Влияние магнитного поля на постоянный ток описывается законом Ампера. При этом сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, помещенный в него, называется силой Ампера.
Взаимодействие магнитного поля с движущимся электрическим зарядом вызывает силовое проявление. Сила Ампера, формула которой имеет вид F = IBlsinα, зависит от магнитной индукции поля (В), длины активной части проводника (l), силы тока (I) в проводнике и угла между направлением тока и магнитной индукцией.
Благодаря последней зависимости можно утверждать, что вектор действия магнитного поля может измениться при повороте проводника или изменении направления тока. Правило левой руки позволяет установить направление действия. Если левую руку расположить таким образом, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, четыре пальца были направлены по току в проводнике, то отогнутый на 90^° большой палец покажет направление действия магнитного поля.
Применение этому воздействию человечеством найдено, к примеру, в электродвигателях. Вращение ротора вызывается магнитным полем, созданным мощным электромагнитом. Формула силы позволяет судить о возможности изменения мощности двигателя. С увеличением силы тока или величины поля вращательный момент возрастает, что приводит к увеличению мощности двигателя.
Траектории частиц
Взаимодействие магнитного поля с зарядом широко используется в масс-спектрографах при исследовании элементарных частиц.
Действие поля при этом вызывает появление силы, названной силой Лоренца. При попадании в магнитное поле движущейся с некоторой скоростью заряженной частицы сила Лоренца, формула которой имеет вид F = vBqsinα, вызывает движение частицы по окружности.
В этой математической модели v – модуль скорости частицы, электрический заряд которой – q, В – магнитная индукция поля, α – угол между направлениями скорости и магнитной индукции.
Частица движется по окружности (либо дуге окружности), так как сила и скорость направлены под углом 90^° друг к другу. Изменение направления линейной скорости вызывает появление ускорения.
Правило левой руки, рассмотренное выше, имеет место и при изучении силы Лоренца: если левую руку расположить таким образом, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, четыре пальца, вытянутых в линию, были направлены по скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90^° большой палец покажет направление действия силы.
Проблемы плазмы
Взаимодействие магнитного поля и вещества используется в циклотронах. Проблемы, связанные с лабораторным изучением плазмы, не позволяют содержать ее в замкнутых сосудах. Высоко ионизированный газ может существовать только при высоких температурах. Удержать плазму в одном месте пространства можно посредством магнитных полей, закручивая газ в виде кольца. Управляемые термоядерные реакции можно изучать, также закручивая высокотемпературную плазму в шнур при помощи магнитных полей.
Пример действия магнитного поля в естественных условиях на ионизированный газ – Полярное сияние. Это величественное зрелище наблюдается за полярным кругом на высоте 100 км над поверхностью земли. Загадочное красочное свечение газа пояснить смогли лишь в ХХ веке. Магнитное поле земли вблизи полюсов не может препятствовать проникновению солнечного ветра в атмосферу. Наиболее активное излучение, направленное вдоль линий магнитной индукции, вызывает ионизацию атмосферы.
Явления, связанные с движением заряда
Исторически сложилось так, что основной величиной, характеризующей протекание тока в проводнике, называют силу тока. Интересно, что это понятие ничего общего с силой в физике не имеет. Сила тока, формула которой включает заряд, протекающий за единицу времени через поперечное сечение проводника, имеет вид:
- I = q/t, где t – время протекания заряда q.
Фактически, сила тока – величина заряда. Единицей ее измерения является Ампер (А), в отличие от Н.
Определение работы силы
Силовое воздействие на вещество сопровождается совершением работы. Работа силы – физическая величина, численно равная произведению силы на перемещение, пройденное под ее действием, и косинус угла между направлениями силы и перемещения.
Искомая работа силы, формула которой имеет вид A = FScosα, включает величину силы.
Действие тела сопровождается изменением скорости тела или деформацией, что говорит об одновременных изменениях энергии. Работа силы напрямую зависит от величины.
Формула нормальной силы – GeeksforGeeks
Нормальная сила определяется как сила, с которой любая поверхность действует на другой объект. Когда объект находится в состоянии покоя, результирующая сила, действующая на него, равна нулю. Нормальная сила не может быть приложена к двум поверхностям, которые не соединены друг с другом. Его можно интерпретировать как составляющую силы, направленную вертикально к любой контактной поверхности. Он определяет, какую силу тело прилагает к земле. Нормальная сила равна весу объекта только в том случае, если скорость изменения скорости объекта отрицательна, что означает, что он замедляется.

Формула
Значение нормальной силы зависит от того, где находится объект по отношению к другому объекту. Когда объект собирается упасть, положение, в котором объект падает на землю, определяет значение нормальной силы. Нормальная сила обозначается символом F _N . Его единицей измерения являются ньютоны (Н), а размерная формула определяется как [M ¹ L ¹ T ^-2 ].
Если тело опирается на плоскую силу, нормальная сила равна значению гравитационного веса, т. е. мг.
F _Н = мг
где,
F _Н — нормальная сила,
м — масса покоящегося тела,
g — ускорение свободного падения.
Если тело соскальзывает с наклонной поверхности под некоторым углом, значение нормальной силы равно гравитационному весу, добавленному дополнительной силой F sin θ. В этом случае нормальная сила больше веса тела.
Ф _Н = mg + F sin θ
Где,
F _Н — нормальная сила,
m — масса скользящего объекта,
g — ускорение свободного падения,
θ — угол наклона .
Если сила действует на тело в направлении вверх, то значение нормальной силы равно гравитационному весу, уменьшенному на силу F sin θ. В этом случае чистая нормальная сила меньше веса объекта.
Ф _Н = мг – F sin θ
где,
F _Н – нормальная сила,
м – масса скользящего объекта,
g – ускорение свободного падения,
θ – угол наклона.
Если тело положить на наклонную плоскость, то нормальная сила F _Н равна произведению силы тяжести на косинус угла наклона.
F _N = мг cos θ
где,
F _N — нормальная сила,
m — масса скользящего объекта,
g — ускорение свободного падения,
θ — угол наклона.
Примеры задач
Задача 1. На столе лежит предмет массой 2 кг. Вычислите нормальную силу, действующую на него.
Решение:
Имеем,
m = 2
g = 9,8
Используя формулу получаем,
F _Н = мг
= 2 (9,8)
= 19,6 Н
Задача 2. Тело покоится на столе с силой 39,2 Н. Вычислите нормальную силу, действующую на него.
Решение:
Мы имеем,
F = 39,2
G = 9,8
Используем формулу, которую мы получаем,
F _N = Mg
=> M = F/G
= Mg
=> M = F/G
= Mg
=> M = F/G
= Mg
=> M = F/G
_{. => m = 39,2/9,8
=> m = 4 кг}
Задача 3. Тело массой 10 кг скатывается вниз с силой 200 Н с наклонной поверхности под углом 30°. Вычислите нормальную силу, действующую на него.
Решение:
. + F sin θ
= 10 (9,8) + 200 sin 30°
= 98 + 200 (1/2)
= 98 + 100
= 198 Н
Задача 4. Тело массой 20 кг скатывается вниз с силой 400 Н с наклонной поверхности под углом 30°. Вычислите нормальную силу, действующую на него.
Решение:
Мы имеем,
F = 400
M = 20
G = 9,8
θ = 30 °
Используя формулу, которую мы получаем,
F _N = Mg. + F sin θ
= 20 (9,8) + 400 sin 30°
= 196 + 400 (1/2)
= 196 + 200
= 396 Н
Задача 5. Предмет массой 15 кг расположен на наклонной поверхности под углом 30°. Вычислите нормальную силу, действующую на него, если сила, действующая вверх, равна 100 Н.
Решение:
Имеем θ = 30°
Используя формулу получаем,
F _N = mg – F sin θ
= 15 (9.8) – 100 sin 30°
= 147 – 100 (1/2)
= 147 – 50
= 97 Н
Задача 5. Предмет массы наклонной поверхности под углом 60°. Вычислите нормальную силу, действующую на него в любой точке.
Решение:
Мы имеем,
M = 5
G = 9,8
θ = 60 °
Используя формулу, мы получаем,
F _N = Mg Cos θ
= 5 (9,8) (cos 60°)
= 49/2
= 24,5 Н
Задача 7. Предмет расположен на наклонной поверхности под углом 60°. Вычислите его массу, если нормальная сила, действующая на него, равна 400 Н.
Решение:
Имеем,
F _Н = 400,
θ = 90° получаем 90° по формуле 0030002 60002 ,
F _N = мг cos θ
m = F/(g cos θ)
= 400/(9,8 × cos 60°)
= 400/4,9
= 81,63 Н
Калькулятор приложенной силы – Академия калькуляторов
Конвертер единиц измерения
Введите в калькулятор массу, ускорение и силу трения, сопротивляющуюся движению, чтобы определить приложенную силу.
- Калькулятор чистой силы
- Калькулятор результирующей силы
- Калькулятор средней силы
- Калькулятор средней силы сопротивления
Формула приложенной силы
Следующая формула используется для расчета приложенной силы.
```
 AF = m*a - FF 
```
- Где AF — приложенная сила
- m — масса
- a — ускорение
- FF — сила трения или любая сила, противодействующая приложенной силе.
Чтобы вычислить приложенную силу, умножьте массу на ускорение, затем вычтите силу трения.
Как указано выше, это уравнение учитывает наличие силы, противодействующей движению объекта, вызванному приложенной силой.
Приложенная сила Определение
Приложенная сила — это сила, действующая на объект, которая заставляет его ускоряться в направлении действия силы.
Приложенная сила может быть как контактной, так и бесконтактной. Примером контактной силы может быть что-то, толкающее или тянущее другое. Неконтактной силой будет гравитация.
Прилагается ли сила через расстояние?
Сила прикладывается на протяжении всего расстояния, проходимого объектом, пока сила остается в контакте с движущимся объектом.
Может ли приложенная сила быть отрицательной?
Приложенная сила может быть отрицательной только по направлению, но не по величине. Например, сила может иметь величину 20 Н в отрицательном направлении x.
Влияет ли приложенная сила на трение?
Приложенная сила может влиять как на кинетическое, так и на статическое трение, если сила действует перпендикулярно поверхностям трения. Эта сила увеличит нормальную силу, действующую на объект, тем самым увеличив силу трения.
Как найти приложенную силу без ускорения?
Чтобы найти приложенную силу без ускорения, во-первых, вам потребуются как начальная, так и конечная скорость, а также время. Исходя из этого, вы можете рассчитать ускорение по формуле a = (vf-vi)/t. Отсюда вычислите приложенную силу, используя F=ma.
Как найти приложенную силу с массой и коэффициентом трения?
Чтобы найти приложенную силу с массой и коэффициентом, сначала найдите силу трения. Затем определите ускорение тела. Приложенная сила будет равна силе трения плюс масса объекта, умноженная на его ускорение.
Приложенная сила равна результирующей силе?
Приложенная сила может равняться результирующей силе, если приложенная сила является единственной силой, действующей на объект. В противном случае приложенная сила не будет равна результирующей силе.
Что произойдет, если сила трения больше приложенной силы?
Если сила трения больше приложенной силы, объект, на который действуют силы, не будет двигаться. Сила трения представляет собой сопротивление движению, поэтому любая приложенная сила, меньшая, чем она, не сдвинет объект.
Что происходит, когда к объекту применяется сила?
Сила, приложенная к объекту, заставит этот объект начать ускоряться, если на него не действуют никакие другие силы.