Konieczne jest poznanie punktu przyłożenia i kierunku każdej siły. Ważne jest, aby móc dokładnie określić, jakie siły działają na ciało i w jakim kierunku. Siłę oznacza się jako , mierzoną w Newtonach. Aby rozróżnić siły, oznacza się je w następujący sposób
Poniżej znajdują się główne siły działające w przyrodzie. Przy rozwiązywaniu problemów nie da się wymyślić sił, które nie istnieją!
W naturze istnieje wiele sił. Rozważamy tutaj siły, które są uwzględniane na szkolnym kursie fizyki podczas studiowania dynamiki. Wspomina się także o innych siłach, które zostaną omówione w innych rozdziałach.
Każde ciało na planecie podlega wpływowi grawitacji Ziemi. Siłę, z jaką Ziemia przyciąga każde ciało, określa wzór
Punkt przyłożenia znajduje się w środku ciężkości ciała. Powaga zawsze skierowane pionowo w dół.
Zapoznajmy się z siłą tarcia. Siła ta występuje, gdy ciała się poruszają i stykają się dwie powierzchnie. Siła ta występuje, ponieważ powierzchnie oglądane pod mikroskopem nie są tak gładkie, jak się wydają. Siłę tarcia określa się ze wzoru:
Siła jest przykładana w punkcie styku dwóch powierzchni. Skierowany w kierunku przeciwnym do ruchu.
Wyobraźmy sobie bardzo ciężki przedmiot leżący na stole. Stół ugina się pod ciężarem przedmiotu. Ale zgodnie z trzecim prawem Newtona stół działa na przedmiot z dokładnie taką samą siłą, jak przedmiot na stole. Siła jest skierowana przeciwnie do siły, z jaką przedmiot naciska na stół. To znaczy w górę. Siła ta nazywana jest reakcją podłoża. Imię siły „mówi” wsparcie reaguje. Siła ta występuje zawsze, gdy następuje uderzenie w podporę. Charakter jego występowania na poziomie molekularnym. Obiekt zdawał się deformować zwykłe położenie i połączenia cząsteczek (wewnątrz stołu), one z kolei dążą do powrotu do swojego pierwotnego stanu, „przeciwstawiają się”.
Absolutnie każde ciało, nawet bardzo lekkie (np. leżący na stole ołówek), deformuje podporę na poziomie mikro. Dlatego zachodzi reakcja podłoża.
Nie ma specjalnego wzoru na znalezienie tej siły. Jest ona oznaczona literą , ale siła ta jest po prostu odrębnym rodzajem siły sprężystości, zatem można ją również oznaczyć jako
Siła przykładana jest w miejscu kontaktu obiektu z podporą. Skierowany prostopadle do podpory.
Ponieważ ciało jest reprezentowane jako punkt materialny, siłę można przedstawić od środka
Siła ta powstaje w wyniku odkształcenia (zmiany stanu początkowego substancji). Na przykład rozciągając sprężynę, zwiększamy odległość między cząsteczkami materiału sprężyny. Kiedy ściskamy sprężynę, zmniejszamy ją. Kiedy skręcamy lub przesuwamy. We wszystkich tych przykładach pojawia się siła zapobiegająca odkształceniu – siła sprężystości.
Prawo Hooke’a
Siła sprężystości jest skierowana przeciwnie do odkształcenia.
Ponieważ ciało jest reprezentowane jako punkt materialny, siłę można przedstawić od środka
Na przykład podczas łączenia szeregowego sprężyn sztywność oblicza się za pomocą wzoru
Przy połączeniu równoległym sztywność
Próbka sztywności. Moduł Younga.
Moduł Younga charakteryzuje właściwości sprężyste substancji. Jest to wartość stała, zależna wyłącznie od materiału i jego stanu fizycznego. Charakteryzuje odporność materiału na odkształcenia rozciągające lub ściskające. Wartość modułu Younga jest tabelaryczna.
Przeczytaj więcej o właściwościach ciał stałych.
Masa ciała to siła, z jaką obiekt działa na podporę. Mówisz, że to siła grawitacji! Zamieszanie następuje w następujący sposób: rzeczywiście często ciężar ciała jest równy sile grawitacji, ale siły te są zupełnie inne. Grawitacja to siła powstająca w wyniku oddziaływania z Ziemią. Waga jest wynikiem interakcji ze wsparciem. Siła ciężkości przykładana jest w środku ciężkości obiektu, natomiast ciężar to siła przykładana do podpory (nie do obiektu)!
Nie ma wzoru na określenie wagi. Siła ta jest oznaczona literą.
Siła reakcji podpory lub siła sprężystości powstaje w odpowiedzi na uderzenie obiektu w zawieszenie lub podporę, dlatego ciężar ciała jest zawsze liczbowo równy sile sprężystości, ale ma przeciwny kierunek.
Siła reakcji podpory i ciężar są siłami tej samej natury; zgodnie z III zasadą Newtona są one równe i przeciwnie skierowane. Ciężar to siła działająca na podporę, a nie na ciało. Na ciało działa siła ciężkości.
Masa ciała może nie być równa grawitacji. Może być mniej więcej lub może być tak, że waga wynosi zero. Ten stan nazywa się nieważkość. Nieważkość to stan, w którym obiekt nie oddziałuje z podporą, na przykład stan lotu: jest grawitacja, ale ciężar wynosi zero!
Kierunek przyspieszenia można określić, jeśli określi się, gdzie skierowana jest siła wypadkowa
Należy pamiętać, że ciężar to siła mierzona w Newtonach. Jak poprawnie odpowiedzieć na pytanie: „Ile ważysz”? Odpowiadamy 50 kg, nie podając naszej wagi, ale naszą masę! W tym przykładzie nasza waga jest równa grawitacji, czyli około 500N!
Przeciążać- stosunek ciężaru do grawitacji
Siła powstaje w wyniku oddziaływania ciała z cieczą (gazem), gdy jest ono zanurzone w cieczy (lub gazie). Siła ta wypycha ciało z wody (gazu). Dlatego jest skierowany pionowo w górę (wypycha). Określone według wzoru:
W powietrzu zaniedbujemy moc Archimedesa.
Jeśli siła Archimedesa jest równa sile grawitacji, ciało unosi się na wodzie. Jeśli siła Archimedesa jest większa, wówczas unosi się ona na powierzchnię cieczy, jeśli jest mniejsza, opada.
Istnieją siły pochodzenia elektrycznego. Zachodzi w obecności ładunku elektrycznego. Siły te, takie jak siła Coulomba, siła Ampera, siła Lorentza, zostały szczegółowo omówione w rozdziale Elektryczność.
Często ciało modeluje się jako punkt materialny. Dlatego na diagramach różne punkty zastosowania są przenoszone do jednego punktu - do środka, a ciało jest przedstawiane schematycznie jako okrąg lub prostokąt.
Aby poprawnie wyznaczyć siły, należy wymienić wszystkie ciała, z którymi oddziałuje badane ciało. Określ, co dzieje się w wyniku interakcji z każdym z nich: tarcie, deformacja, przyciąganie, a może odpychanie. Określ rodzaj siły i poprawnie wskaż jej kierunek. Uwaga! Ilość sił będzie się pokrywać z liczbą ciał, z którymi zachodzi interakcja.
1) Siły i ich natura;
2) Kierunek sił;
3) Potrafić zidentyfikować działające siły
Istnieje tarcie zewnętrzne (suche) i wewnętrzne (lepkie). Tarcie zewnętrzne występuje pomiędzy stykającymi się powierzchniami stałymi, tarcie wewnętrzne występuje pomiędzy warstwami cieczy lub gazu podczas ich względnego ruchu. Wyróżnia się trzy rodzaje tarcia zewnętrznego: tarcie statyczne, tarcie ślizgowe i tarcie toczne.
Tarcie toczne określa się ze wzoru
Siła oporu występuje, gdy ciało porusza się w cieczy lub gazie. Wielkość siły oporu zależy od wielkości i kształtu ciała, prędkości jego ruchu oraz właściwości cieczy lub gazu. Przy małych prędkościach ruchu siła oporu jest proporcjonalna do prędkości ciała
Przy dużych prędkościach jest ona proporcjonalna do kwadratu prędkości
Rozważmy wzajemne przyciąganie obiektu i Ziemi. Pomiędzy nimi, zgodnie z prawem grawitacji, powstaje siła 
Porównajmy teraz prawo grawitacji i siłę grawitacji 
Wielkość przyspieszenia grawitacyjnego zależy od masy Ziemi i jej promienia! Można zatem obliczyć, z jakim przyspieszeniem spadną obiekty na Księżycu lub innej planecie, korzystając z masy i promienia tej planety.
Odległość od środka Ziemi do biegunów jest mniejsza niż do równika. Dlatego przyspieszenie grawitacyjne na równiku jest nieco mniejsze niż na biegunach. Jednocześnie należy zauważyć, że główną przyczyną zależności przyspieszenia ziemskiego od szerokości geograficznej obszaru jest fakt obrotu Ziemi wokół własnej osi.
W miarę oddalania się od powierzchni Ziemi siła grawitacji i przyspieszenie grawitacyjne zmieniają się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości do środka Ziemi.
2. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA POJĘCIA „MOCY”
2.1 Historia pojęcia „siła”
Siła jest wektorową wielkością fizyczną, która jest miarą intensywności oddziaływania pomiędzy ciałami. Siła przyłożona do masywnego ciała powoduje zmianę jego prędkości lub wystąpienie w nim odkształceń.
Siłę, jako wielkość wektorową, charakteryzuje wielkość i kierunek. Drugie prawo Newtona stwierdza, że w inercjalnych układach odniesienia przyspieszenie ruchu punktu materialnego pokrywa się w kierunku z przyłożoną siłą; moduł jest wprost proporcjonalny do modułu siły i odwrotnie proporcjonalny do masy punktu materialnego. Lub, co jest równoważne, w inercyjnych układach odniesienia szybkość zmiany pędu punktu materialnego jest równa przyłożonej sile. Odkształcenia są konsekwencją występowania naprężeń wewnętrznych w ciele.
Pojęciem siły posługiwali się starożytni naukowcy w swoich pracach nad statyką i ruchem. Badał siły w procesie konstruowania prostych mechanizmów w III wieku. PRZED CHRYSTUSEM mi. Archimedes. Idee Arystotelesa na temat siły, powiązane z zasadniczymi niespójnościami, przetrwały kilka stuleci. Rozbieżności te zostały wyeliminowane w XVII wieku. Izaak Newton stosujący metody matematyczne do opisu siły. Mechanika Newtona była powszechnie akceptowana przez prawie trzysta lat. Na początku XX wieku. Albert Einstein wykazał w teorii względności, że mechanika Newtona jest poprawna tylko przy stosunkowo małych prędkościach ruchu i masach ciał w układzie, wyjaśniając w ten sposób podstawowe zasady kinematyki i dynamiki oraz opisując pewne nowe właściwości czasoprzestrzeni.
Z punktu widzenia Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych oddziaływania podstawowe (grawitacyjne, słabe, elektromagnetyczne, silne) zachodzą poprzez wymianę tzw. bozonów cechowania. Eksperymenty z fizyki wysokich energii prowadzone w latach 70-80 XX wieku. XX wiek potwierdziło założenie, że oddziaływania słabe i elektromagnetyczne są przejawami bardziej fundamentalnego oddziaływania elektrosłabego.
Wymiar siły w układzie wielkości LMT jest słaby F = L M T−2, jednostką siły w Międzynarodowym Układzie Jednostek (SI) jest niuton (N, N).
2.2 Prawa Newtona
Izaak Newton postanowił opisać ruch obiektów za pomocą pojęć bezwładności i siły. Dokonawszy tego, ustalił jednocześnie, że wszelki ruch mechaniczny podlega ogólnym prawom zachowania. W 1687 roku Newton opublikował swoje słynne dzieło „Matematyczne zasady filozofii naturalnej”, w którym nakreślił trzy podstawowe prawa mechaniki klasycznej (słynne prawa Newtona).
2.2.1 Pierwsze prawo Newtona
Pierwsze prawo Newtona mówi, że istnieją układy odniesienia, w których ciała utrzymują stan spoczynku lub jednostajny ruch prostoliniowy w przypadku braku oddziaływania na nie innych ciał lub w przypadku wzajemnej kompensacji tych wpływów. Takie układy odniesienia nazywane są inercyjnymi. Newton zaproponował, że każdy masywny obiekt ma pewną rezerwę bezwładności, która charakteryzuje „naturalny stan” ruchu tego obiektu. Idea ta odrzuca pogląd Arystotelesa, który spoczynek uważał za „stan naturalny” przedmiotu. Pierwsze prawo Newtona jest sprzeczne z fizyką arystotelesowską, której jednym z postanowień jest stwierdzenie, że ciało może poruszać się ze stałą prędkością tylko pod wpływem siły. Fakt, że w mechanice Newtona spoczynku nie można fizycznie odróżnić od jednostajnego ruchu prostoliniowego, stanowi uzasadnienie zasady względności Galileusza. Wśród zbioru ciał zasadniczo nie da się określić, które z nich są „w ruchu”, a które „w spoczynku”. O ruchu możemy mówić tylko w odniesieniu do jakiegoś układu odniesienia. Prawa mechaniki są spełnione jednakowo we wszystkich inercjalnych układach odniesienia, innymi słowy, wszystkie są mechanicznie równoważne. To ostatnie wynika z tzw. przekształceń galileuszowych.
Przykładowo, prawa mechaniki działają dokładnie tak samo z tyłu ciężarówki, gdy jedzie ze stałą prędkością po prostym odcinku drogi, jak i na postoju. Osoba może rzucić piłkę pionowo w górę i po pewnym czasie złapać ją w tym samym miejscu, niezależnie od tego, czy wózek porusza się równomiernie i po linii prostej, czy też stoi. Dla niego piłka leci po linii prostej. Jednak dla zewnętrznego obserwatora na ziemi trajektoria piłki wygląda jak parabola. Wynika to z faktu, że kula porusza się względem ziemi podczas lotu nie tylko pionowo, ale także poziomo na skutek bezwładności w kierunku ruchu ciężarówki. Dla osoby siedzącej z tyłu ciężarówki nie ma znaczenia, czy ciężarówka porusza się po drodze, czy otaczający ją świat porusza się ze stałą prędkością w przeciwnym kierunku, a ciężarówka stoi w miejscu. Zatem stan spoczynku i jednolity ruch prostoliniowy są fizycznie nie do odróżnienia od siebie.
2.2.2 Drugie prawo Newtona
Chociaż drugie prawo Newtona tradycyjnie zapisuje się jako: F=ma, sam Newton napisał je nieco inaczej, korzystając z rachunku różniczkowego.
Drugie prawo Newtona we współczesnym sformułowaniu brzmi następująco: w inercjalnym układzie odniesienia szybkość zmiany pędu punktu materialnego jest równa sumie wektorów wszystkich sił działających na ten punkt.
Uważa się, że jest to „drugi najsłynniejszy wzór w fizyce”, chociaż sam Newton nigdy wprost nie napisał swojego drugiego prawa w tej formie.
Ponieważ w dowolnym inercjalnym układzie odniesienia przyspieszenie ciała jest takie samo i nie zmienia się przy przejściu z jednego układu do drugiego, wówczas siła jest niezmienna względem takiego przejścia.
We wszystkich zjawiskach naturalnych siła, niezależnie od jej pochodzenia, objawia się jedynie w sensie mechanicznym, tj. jako przyczynę naruszenia ruchu jednostajnego i prostoliniowego ciała w inercjalnym układzie współrzędnych. Stwierdzenie przeciwne, czyli stwierdzenie faktu takiego ruchu, nie wskazuje na brak sił działających na ciało, a jedynie na to, że działania tych sił wzajemnie się równoważą. W przeciwnym razie: ich suma wektorów jest wektorem o module równym zero. Jest to podstawa pomiaru wielkości siły, gdy jest ona kompensowana przez siłę, której wielkość jest znana.
Drugie prawo Newtona pozwala nam zmierzyć wielkość siły. Na przykład znajomość masy planety i jej przyspieszenia dośrodkowego podczas poruszania się po orbicie pozwala nam obliczyć wielkość siły przyciągania grawitacyjnego działającej na tę planetę ze Słońca.
symetria. W ostatnich dziesięcioleciach pojawiło się wiele nowych urządzeń do pomiaru ciśnienia wewnątrzgałkowego. Celem pracy była ocena rzetelności i obiektywności odczytów nowego urządzenia domowego – cyfrowego przenośnego tonometru ciśnienia wewnątrzgałkowego przez powiekę TGDts-01 „PRA” (ryc. 1). Ryż. 1. Cyfrowy przenośny tonometr do pomiaru ciśnienia wewnątrzgałkowego przez powiekę...
Klasa elektromechaniczna. Pomiar prądu Amperomierz jest urządzeniem służącym do pomiaru prądu w amperach (rys. 1). Skala amperomierzy jest kalibrowana w mikroamperach, miliamperach, amperach lub kiloamperach, zgodnie z granicami pomiarowymi urządzenia. W obwodzie elektrycznym amperomierz jest połączony szeregowo z odcinkiem obwodu elektrycznego (ryc. 2), w którym mierzony jest prąd; zwiększyć...
Oddziaływanie ciał na siebie opisuje się za pomocą sił. Siła jest miarą działania jednego ciała na drugie.
Na przykład, kopiąc piłkę, przykładasz do niej siłę (ryc. 14.1). Jednocześnie czujesz, że piłka z pewną siłą „pcha” Twoją stopę.
Ryż. 14.1. Podczas uderzania piłki zawodnik przyłożył siłę do piłki. W rezultacie zmieniła się prędkość piłki
Czym charakteryzują się siły? Piłkę możesz uderzyć mocniej lub słabiej – oznacza to, że siłę charakteryzuje wartość liczbowa. Dodatkowo możesz uderzać w różnych kierunkach – co oznacza, że siła również ma określony kierunek.
Wielkości charakteryzujące się wartością liczbową i kierunkiem nazywane są wielkościami wektorowymi. Zatem siła jest wielkością wektorową.
Wartość liczbowa wielkości wektorowej nazywana jest modułem tej wielkości. Na przykład wartość liczbowa siły nazywana jest modułem siły.
Siły oznaczono na rysunkach strzałkami (segmentami skierowanymi). Początek strzałki pokrywa się z punktem przyłożenia siły, kierunek strzałki wskazuje kierunek siły, a długość strzałki jest proporcjonalna do wielkości siły. Na przykład na ryc. Rysunek 14.2 przedstawia siłę działającą na piłkę ze strony stopy.
Ryż. 14.2. Oznaczenie siły na rysunku
Jednostka siły. W SI jednostką siły jest siła, pod wpływem której spoczywające ciało o masie 1 kg uzyskuje w ciągu 1 s prędkość 1 m/s.
Na cześć angielskiego naukowca Izaaka Newtona tę jednostkę siły nazwano newtonem (N).
Uwaga: nazwy jednostek wielkości fizycznych nazwanych imionami naukowców pisane są małą literą, a oznaczenia takich jednostek wielką literą.
Ryż. 14.3. Jabłko naciska na dłoń z siłą w przybliżeniu równą 1 N
Czy siła 1 N jest duża? Aby poczuć tę siłę, połóż na dłoni małe jabłko (o wadze około 100 g) (ryc. 14.3). Każdy z Was może przyłożyć siłę dziesiątek, a nawet setek niutonów. Stojąc na podłodze, naciskasz na nią z siłą kilkuset niutonów.
Siła jest wielkością fizyczną, która jest miarą interakcji pomiędzy ciałami. Oznacza to, że siła jest miarą wpływu jednego ciała na drugie i odwrotnie. W fizyce istnieje ogromna liczba różnych rodzajów sił, na przykład: siła tarcia, siła sprężystości, siła grawitacji i tak dalej. Jednak wszystkie siły łączy fakt, że charakteryzują się pewnymi składnikami.
W fizyce każdą siłę opisują trzy składowe:
Zatem, aby opisać jakąkolwiek siłę działającą na ciało, konieczne jest określenie tylko tych trzech składowych: kierunku, modułu, punktu przyłożenia.
Siła to zdolność człowieka do pokonywania oporu zewnętrznego lub stawiania mu oporu poprzez wysiłek mięśni (napięcie). Zdolności siłowe to zespół różnych przejawów człowieka w określonych czynnościach motorycznych, które opierają się na pojęciu „siły”. Zdolności siłowe nie objawiają się, ale poprzez jakąś aktywność motoryczną. Jednocześnie na przejaw zdolności siłowych wpływają różne czynniki, których udział w każdym konkretnym przypadku jest różny w zależności od konkretnych działań motorycznych i warunków ich realizacji, rodzaju zdolności siłowych, wieku, płci i indywidualnych cech osoba. Należą do nich: I) sam mięsień; 2) ośrodkowy układ nerwowy; 3) osobowo-psychiczny; 4) biomechaniczny; 5) biochemiczne; 6) czynniki fizjologiczne; 7) różne warunki środowiskowe, w których prowadzona jest aktywność ruchowa.
Rozróżnia się same zdolności siłowe i ich kombinację z innymi zdolnościami fizycznymi (szybkość-siła, zwinność siły, wytrzymałość siłowa).
Właściwie zdolności siłowe objawiają się podczas utrzymywania maksymalnych ciężarów przez pewien czas przy maksymalnym napięciu mięśni lub podczas przenoszenia obiektów o dużej masie. W tym drugim przypadku prędkość praktycznie nie ma znaczenia, a włożone wysiłki osiągają maksymalne wartości.
Zdolności szybkościowo-siłowe charakteryzują się nieograniczonym napięciem mięśni, objawiającym się niezbędną, często maksymalną mocą w ćwiczeniach wykonywanych ze znaczną prędkością, ale z reguły nie osiągającą wartości maksymalnej.
Wytrzymałość siłowa to zdolność do wytrzymania zmęczenia spowodowanego stosunkowo długotrwałym napięciem mięśni o znacznej wielkości. W zależności od trybu pracy mięśni wyróżnia się wytrzymałość siłową statyczną i dynamiczną. Wytrzymałość dynamiczna jest typowa dla czynności cyklicznych i acyklicznych, natomiast wytrzymałość statyczna jest typowa dla czynności związanych z utrzymaniem napięcia roboczego w określonej pozycji.
Zwinność siłowa objawia się tam, gdzie występuje zmienny charakter sposobu pracy mięśni, zmienne i nieprzewidziane sytuacje aktywności (rugby, zapasy, bandy itp.). W wychowaniu fizycznym rozróżnia się siłę absolutną i względną. Siła bezwzględna to maksymalna siła wywierana przez osobę podczas dowolnego ruchu, niezależnie od masy ciała. Siła względna to siła wywierana przez człowieka na 1 kg jego własnej wagi. Wyraża się go jako stosunek maksymalnej siły do masy ciała danej osoby. W ruchach, w których występuje niewielki opór zewnętrzny, siła bezwzględna nie ma znaczenia; jeśli opór jest znaczny, odgrywa on znaczącą rolę i wiąże się z maksymalną siłą wybuchową.
Zadania rozwijające zdolności siłowe. Pierwszym zadaniem jest ogólny harmonijny rozwój wszystkich grup mięśni układu mięśniowo-szkieletowego człowieka. Drugim zadaniem jest zróżnicowany rozwój zdolności siłowych w połączeniu z rozwojem istotnych czynności motorycznych (umiejętności i zdolności). Trzecim zadaniem jest stworzenie warunków i możliwości (bazy) do dalszego doskonalenia zdolności siłowych w ramach uprawiania określonego sportu.
