Сила

Мы установили, что только действие других тел может быть причиной появления ускорения у данного тела в инерциальной системе отсчета. Теперь нам предстоит выяснить:

1) какой физической величиной описывают это действие;
2) какими свойствами обладает эта физическая величина;
3) как ее измерить.

Действие одного тела на другое описывают с помощью величины, которую называют силой. Однако в русском языке слово «сила» имеет очень много значении. Так, говорят о физических силах человека, о силе разума, о природных силах (например, силе дождя, ветра), социальных силах и т. п. В механике слово «сила» означает следующее.

Силой называют физическую величину, характеризующую действие одного тела на другое, в результате которого это другое тело получает ускорение в инерциальной системе отсчета.

Сила – единственная причина, вызывающая изменение характера движения тела (появление у него ускорения) в инерциальной системе отсчета.

Давайте теперь ответим на два других вопроса.

Опыт показывает, что одно тело может действовать на другое как при непосредственном контакте, так и без соприкосновения. Так, например, действует магнит, когда его подносят к железному предмету.

Вы также знаете, что, бросая камень, можно подействовать на него с большей или с меньшей силой. В первом случае камень в процессе броска будет иметь большее ускорение и в результате вылетит из руки с большей скоростью. Во втором случае ускорение камня будет меньше и он вылетит из руки с меньшей скоростью. Следовательно, значение силы может быть разным.

Наконец, из повседневного опыта известно, что если надо сдвинуть тело, которое покоится на Земле, в определенном направлении (например, в положительном направлении оси X, как на рис. 72), то мы должны подействовать на него в том же направлении. Следовательно, у силы есть направление.

Сила направлена туда, куда направлено вызванное ее действием ускорение тела в инерциальной системе отсчета.

Например, пусть тело движется равномерно прямолинейно со скоростью v₀ в положительном направлении оси X (см. рис. 66). Чтобы увеличить скорость тела, необходимо подействовать на него силой, направленной также в положительном направлении оси X. Наоборот, чтобы затормозить тело (см. рис. 67), которое двигалось в положительном направлении оси X, надо подействовать на тело в отрицательном направлении оси X — против движения. В результате у него появится отрицательное ускорение, и скорость тела будет уменьшаться.

Таким образом, силе как физической величине следует приписать не только определенное числовое значение, но и определенное направление.

Ньютон, обобщив результаты опытов, установил, что сила является векторной физической величиной.

Обычно значение силы обозначают латинской буквой F, вектор силы – символом F (со стрелков вверху), а модуль силы – символом |F| (тут тоже стрелка вверху). Как и прежде, мы будем различать модуль вектора и его значение. Считают, что значение F положительно (F > 0), если сила направлена в положительном направлении оси X выбранной системы отсчета. Значение F отрицательно (F

Итоги

Сила – физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое, в результате которого это другое тело получает ускорение в инерциальной системе отсчета.

Сила является векторной физической величиной.

Направление действующей на тело силы совпадает с направлением вызванного ее действием ускорения тела в инерциальной системе отсчета.

Значение силы положительно (F > 0), если сила направлена в положительном направлении оси X выбранной системы отсчета, и отрицательно (F

Вопросы

1. Что называют силой в механике?
2. Может ли одно тело механически действовать на другое, если эти тела не соприкасаются? Если да, то приведите примеры.
3. Как обычно обозначают значение силы, вектор силы, модуль силы?

Упражнения

1. Тело движется в положительном направлении оси X, неподвижной относительно Земли. Куда направлены изменение скорости тела, ускорение тела, действующая на тело сила, если модуль скорости тела: а) увеличивается; б) уменьшается?
2. Тело движется в отрицательном направлении оси X, неподвижной относительно Земли. Куда направлены изменение скорости тела, ускорение тела, действующая на тело сила, если модуль скорости тела: а) увеличивается; б) уменьшается?