Сила, масса и плотность

Действие силы

Силу невозможно увидеть. Но зато можно увидеть ее действие.

Существует два основных фактора, по которым можно определить, действует ли на тело какая-нибудь сила.

Во-первых, это изменение формы тела или так называемая деформация.

Во-вторых, это изменение скорости или направления движения тела.

Измерение силы

Силы могут возникать по совершенно разным причинам. Например, притяжение Земли является причиной появления силы тяжести, напряжение мышц приводит к возникновению мышечной силы.

Некоторые виды сил можно измерить с помощью упругой пружины, так как растяжение пружины пропорционально действию силы, что следует из закона Гука. Исходя из этого закона, две силы равны, если при воздействии на пружину, она в обоих случаях будет растягиваться одинаково.

Определяя силу, мы используем в качестве единицы измерения 1 ньютон (1 Н), названный в честь английского физика Исаака Ньютона. Между массой тела и силой тяжести существует тесная связь: тело массой 102 г действует на Землю с силой тяжести, равной 1 Н.

Связь между движением тела и силой следующая: 1 Н — это сила, которая действуя на тело массой 1 кг, разгоняет его в течение 1 секунды от 0 до 1 м/с.

Действие силы

Силу можно наглядно рассмотреть на примере охотничьего лука. Натянем тетиву со стрелой и отпустим ее. В этот момент на стрелу начинают действовать силы упругости согнутого лука. Направление их действия легко определить, зная направление движения стрелы.

Сложение векторов

Если несколько сил действуют на стрелу в одном направлении, то результирующая сила увеличивается. Если силы действуют в разных направлениях, то результирующую силу можно вычислить с помощью правила параллелограмма. В нашем примере параллелограмм состоит из отдельных векторов сил F₁ и F₂, а его диагональ и является результирующей силой F.

Если две или несколько сил действуют в противоположных направлениях, чтобы найти результирующую силу, необходимо вычислить разность этих сил. Если силы одинаковы, то наступает, так называемое, состояние равновесия. В этом случае результирующая сила равна 0. Например, как в случае с двумя людьми, перетягивающими канат.

Сила гравитации

Любое незакрепленное тело всегда падает на землю, точнее сказать, оно будет двигаться в направлении центра Земли. Эта сила, которую проявляет наша Земля, называется силой гравитации F_g.

Сила гравитации проявляется на самом деле в том, что все предметы взаимно притягиваются. Земля притягивает машину, а машина в свою очередь притягивает Землю.

На груз массой 1 кг действует сила гравитации равная 9,8 Н. Но если использовать более точный прибор, динамометр, то выяснится, что сила гравитации Земли не везде одинакова. На экваторе или высокой горе эта сила будет явно меньше, так как сила гравитации зависит от того, на сколько мы отдалены от центра Земли.

На Луне сила гравитации составляет лишь одну шестую часть от аналогичной величины на Земле. Сила гравитации любого небесного тела зависит от массы этого тела.

Масса и инерция

Сила гравитации, действующая на какой-либо предмет, определяется не только массой предмета, но и его местоположением. Если груз на Земле имеет массу 50 кг, то на Луне он будет весить в 6 раз меньше.

Чтобы поднять тело массой 50 кг на Земле потребуется сила, равная примерно 500 Н. На Луне нам для этого понадобиться лишь 80 Н. Как говорилось выше, сила гравитации Луны равна одной шестой силы гравитации Земли.

Несмотря на то, что на Луне сила притяжения меньше, чем на Земле, чтобы сдвинуть любое тело, нам придется приложить такую же силу, как и на Земле. Потому что в данном случае, мы имеем дело не с силой гравитации, а непосредственно с массой тела, которая и определяется силу трения.

Силы трения

Всякое движение сопровождается определенным видом трения. В технике чаще всего рассматривают 2 вида трения движения: трение скольжения и трение качения. Если бы не было трения, то невозможно бы было торможение! Для уменьшения силы трения используются различные смазывающие средства, но полностью избавиться от нее невозможно.

Плотность

Что тяжелее дерево или камень? Этот вопрос, конечно, неправильно сформулирован. Материалы отличаются один от другого плотностью. Чем больше масса тела в каком-то определенном объеме, тем больше плотность материала. Это объясняет, почему тела из разных материалов, имеющие одинаковый объем, как правило, характеризуются разной массой.

Газы и жидкости, как и твердые вещества, обладают разными плотностями.