Головна > Металургія

Сила (фізична величина). Вимірюємо силу

Слово «сила» настільки всеосяжне, що дати йому чітке поняття – завдання практично нездійсненне. Різноманітність від сили м'язів до сили розуму не охоплює весь спектр вкладених у нього понять. Сила, розглянута як фізична величина, має чітко певне значеннята визначення. Формула сили визначає математичну модель: залежність сили від основних параметрів.

Історія дослідження сил включає визначення залежності від параметрів та експериментальний доказ залежності.

Сила у фізиці

Сила – міра взаємодії тел. Взаємна дія тіл одна на одну повністю описує процеси, пов'язані зі зміною швидкості або деформацією тіл.

Як фізична величина сила має одиницю виміру (у системі СІ – Ньютон) та прилад для її виміру – динамометр. Принцип дії силоміра заснований на порівнянні сили, що діє на тіло, з силою пружності динамометра.

За силу 1 ньютон прийнята сила, під дією якої тіло масою 1 кг змінює свою швидкість на 1 м за 1 секунду.

Сила як визначається:

  • напрямом дії;
  • точкою програми;
  • модулем, абсолютною величиною.

Описуючи взаємодію, обов'язково вказують ці параметри.

Види природних взаємодій: гравітаційні, електромагнітні, сильні, слабкі. Гравітаційні всесвітнього тяжінняз її різновидом – силою тяжіння) існують завдяки впливу гравітаційних полів, що оточують будь-яке тіло, що має масу. Дослідження полів гравітації не закінчено досі. Знайти джерело поля поки неможливо.

Більший ряд сил виникає внаслідок електромагнітної взаємодії атомів, у тому числі складається речовина.

Сила тиску

При взаємодії тіла із Землею воно чинить тиск на поверхню. Сила якої має вигляд: P = mg визначається масою тіла (m). Прискорення вільного падіння(g) має різні значенняна різних широтах Землі.

Сила вертикального тиску дорівнює за модулем і протилежна у напрямку силі пружності, що виникає в опорі. Формула сили змінюється залежно від руху тіла.

Зміна ваги тіла

Дія тіла на опору внаслідок взаємодії із Землею найчастіше називають вагою тіла. Цікаво, що величина ваги тіла залежить від прискорення руху у вертикальному напрямку. У тому випадку, коли напрям прискорення протилежний до прискорення вільного падіння, спостерігається збільшення ваги. Якщо прискорення тіла збігається із напрямком вільного падіння, то вага тіла зменшується. Наприклад, перебуваючи в ліфті, що піднімається, на початку підйому людина відчуває збільшення ваги деякий час. Стверджувати, що його маса змінюється, годі й говорити. При цьому поділяємо поняття «вага тіла» та його «маса».

Сила пружності

При зміні форми тіла (його деформації) утворюється сила, яка прагне повернути тілу його первісну форму. Цій силі дали назву "сила пружності". Виникає вона внаслідок електричної взаємодії частинок, у тому числі складається тіло.

Розглянемо найпростішу деформацію: розтяг та стиснення. Розтягування супроводжується збільшенням лінійних розмірівтіл, стиснення – їх зменшенням. Величину, що характеризує ці процеси, називають подовженням тіла. Позначимо її "x". Формула сили пружності пов'язана з подовженням. Кожне тіло, що піддається деформації, має власні геометричні та фізичні параметри. Залежність пружного опору деформації від властивостей тіла та матеріалу, з якого воно виготовлено, визначається коефіцієнтом пружності, назвемо його жорсткістю (k).

Математична модель пружної взаємодії описується законом Гука.

Сила, що виникає при деформації тіла, спрямована проти напряму усунення окремих частин тіла, прямо пропорційна його подовженню:

  • F y = -kx (у векторному записі).

Знак «-» говорить про протилежність напрямку деформації та сили.

У скалярній формі негативний знаквідсутній. Сила пружності, формула якої має такий вигляд F y = kx, використовується лише за пружних деформацій.

Взаємодія магнітного поля зі струмом

Вплив магнітного поляна постійний струмописується При цьому сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, поміщений у нього, називається силою Ампера.

Взаємодія магнітного поля спричиняє силовий прояв. Сила Ампера, формула якої має вигляд F = IBlsinα, залежить від (В), довжини активної частини провідника (l), (I) у провіднику та кута між напрямком струму та магнітною індукцією.

Завдяки останній залежності можна стверджувати, що вектор дії магнітного поля може змінитись при повороті провідника або зміні напрямку струму. Правило лівої руки дозволяє встановити напрямок дії. Якщо ліву рукурозташувати таким чином, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, чотири пальці були направлені струмом у провіднику, то відігнутий на 90° великий палецьпокаже напрямок дії магнітного поля.

Застосування цього впливу людством виявлено, наприклад, в електродвигунах. Обертання ротора викликається магнітним полем, створеним потужним електромагнітом. Формула сили дозволяє судити про можливість зміни потужності двигуна. Зі збільшенням сили струму або величини поля крутний момент зростає, що призводить до збільшення потужності двигуна.

Траєкторії частинок

Взаємодія магнітного поля із зарядом широко використовується в мас-спектрографах для дослідження елементарних частинок.

Дія поля у своїй викликає поява сили, названої силою Лоренца. При попаданні в магнітне поле зарядженої частки, що рухається з деякою швидкістю, формула якої має вигляд F = vBqsinα, викликає рух частинки по колу.

В цій математичної моделі v - модуль швидкості частки, електричний зарядякою - q, В - магнітна індукція поля, α - кут між напрямками швидкості та магнітної індукції.

Частка рухається по колу (або дузі кола), тому що сила та швидкість спрямовані під кутом 90° один до одного. Зміна напряму лінійної швидкості викликає появу прискорення.

Правило лівої руки, розглянуте вище, має місце і при вивченні сили Лоренца: якщо ліву руку розташувати таким чином, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, чотири пальці, витягнуті в лінію, були спрямовані за швидкістю позитивно зарядженої частки, то відігнутий на 90° великий палець покаже напрямок дії сили.

Проблеми плазми

Взаємодія магнітного поля та речовини використовується в циклотронах. Проблеми, пов'язані з лабораторним вивченнямплазми, що не дозволяють утримувати її в замкнутих судинах. Високо може існувати лише за високих температур. Утримати плазму одному місці простору можна за допомогою магнітних полів, закручуючи газ як кільця. Керовані можна вивчати, а також закручуючи високотемпературну плазму в шнур за допомогою магнітних полів.

Приклад дії магнітного поля в природних умовна іонізований газ - Полярне сяйво. Це величне видовище спостерігається за полярним колом на висоті 100 км. над поверхнею землі. Загадкове барвисте світіння газу пояснити змогли лише у ХХ столітті. Магнітне поле землі поблизу полюсів не може перешкоджати проникненню сонячного вітру в атмосферу. Найбільш активне випромінювання, спрямоване вздовж ліній магнітної індукції, спричиняє іонізацію атмосфери.

Явлення, пов'язані з рухом заряду

Історично склалося так, що основною величиною, що характеризує протікання струму у провіднику, називають силу струму. Цікаво, що це поняття нічого спільного із силою у фізиці не має. Сила струму, формула якої включає заряд, що протікає за одиницю часу через поперечний перерізпровідника, має вигляд:

  • I = q/t де t - час протікання заряду q.

Фактично, сила струму – величина заряду. Одиницею її виміру є Ампер (А), на відміну Н.

Визначення роботи сили

Силовий вплив на речовину супроводжується виконанням роботи. Робота сили - фізична величина, чисельно рівна добутку сили на переміщення, пройдене під її дією, і косинус кута між напрямками сили та переміщення.

Робота сили, формула якої має вигляд A = FScosα, включає величину сили.

Дія тіла супроводжується зміною швидкості тіла або деформацією, що говорить про одночасні зміни енергії. Робота сили залежить від величини.

У чому вимірюється сила? У яких одиницях вимірюється сила?

    Ще в школі ми вчили, що поняття "сили"; увів у фізику чоловік, якому впало на голову яблуко. До речі, впало за рахунок "сили тяжкості". Ньютон, здається, було його прізвище. Так він і назвав одиницю виміру сили. Хоч міг би назвати і яблуком, але воно його по голові стукнуло!

    Згідно з Міжнародною системою одиниць виміру (СІ), силу вимірюють у ньютонах.

    Згідно Технічна системаОдиниць, сила вимірюється в тонна-силах, кілограм-силах, грам-силах тощо.

    Відповідно до Системи Одиниць СГС, одиницею виміру сили є діна.

    У СРСР деякий час для виміру сили користувалися такою одиницею виміру, як стін.

    Крім того, у фізиці існують так звані природні одиниці, за ними силу вимірюють у планківських силах.

    • У чому сила брат?
    • У ньютонах, брате...

    (фізику у школі перестали викладати?)

    • Сила- це одне з найвідоміших понять фізики. Під силоюрозуміється величина, яка є мірою на тіло з боку інших тіл і різних фізичних процесів.

    З допомогою сили може відбуватися як переміщення предметів у просторі, а й деформація.

    Дія будь-яких сил на тіло підпорядковується 3 законам Ньютона.

    Одиницею вимірусили в міжнародній системі одиниць Сі є Ньютон. Вона позначається буквою Н.

    1Н є силою, при впливі якої на фізичне тіло масою 1 кг це тіло набуває прискорення, що дорівнює 1мс.

    Для вимірювання сили використовують такий прилад як динамометр.

    Також варто зазначити, що низка фізичних величин вимірюється в інших одиницях.

    Наприклад:

    Сила струму вимірюється у Амперах.

    Сила світла вимірюється у Канделах.

    На честь видатного вченого та фізика Ісаака Ньютона, який проробив безліч досліджень у природі існування процесів, що впливають на швидкість тіла. Тому у фізиці прийнято вимірювати силу ньютонах(1 Н).

    У фізиці таке поняття, як "сила"; вимірюється у ньютонах. Дали назву ньютони, на честь відомого і видатного фізикана ім'я Ісаак Ньютон. У фізиці існує 3 закони Ньютона. Одиниця виміру сили також називається ньютон.

    Вимірюється сила у ньютонах. Одиниця виміру сили - 1 Ньютон (1 Н). Сама назва одиниці виміру сили походить від імені відомого вченого, якого звали Ісаак Ньютон. Він створив 3 закони класичної механіки, які називають 1-й, 2-й та 3-й закони Ньютона. У системі СІ одиниця виміру сили називається Ньютон (Н), але в латинською мовоюсила позначається Newton (N). Раніше, коли не було ще системи СІ, одиниця виміру сили називалася дина, яка була утворена від носія одного приладу для вимірювання сили, що називався динамометр.

    Сила у системі міжнародних одиниць (СІ) вимірюється у Ньютонах (Н). Відповідно до другого закону Ньютона, сила дорівнює добутку маси тіла на його прискорення, відповідно Ньютон (Н) = КГ х М / С 2. (КІЛОГРАМ ПРИМНОЖИТИ НА МЕТР, РОЗДІЛИТИ НА СЕКУНДУ У КВАДРАТІ).

Всі ми звикли в житті вживати слово сила порівняльній характеристиці, кажучи чоловіки сильніший за жінок, трактор сильніший за автомобіль, лев сильніший за антилопи.

Сила у фізиці визначається як міра зміни швидкості тіла, що відбувається при взаємодії тіл. Якщо сила є мірою, і ми можемо порівнювати додаток різної сили, це фізична величина, яку можна виміряти. У яких одиницях вимірюється сила?

Одиниці виміру сили

На честь англійського фізика Ісаака Ньютона, який зробив величезні дослідження у природі існування та використання різних видівсили, за одиницю виміру сили у фізиці прийнято 1 ньютон (1 Н). Що ж таке сила 1 Н?У фізиці не вибирають одиниці виміру просто так, а роблять спеціальне узгодження з тими одиницями, що вже прийняті.

Ми знаємо з досвіду та експериментів, що якщо тіло спочиває і на нього діє сила, то тіло під дією цієї сили змінює свою швидкість. Відповідно, для вимірювання сили вибирали одиницю, яка характеризуватиме зміну швидкості тіла. І не забуваємо, що є ще й маса тіла, тому що відомо, що з однаковою силою вплив на різні предметибуде по-різному. М'яч ми можемо кинути далеко, а ось бруківка полетить на набагато меншу відстань. Тобто, зваживши на всі фактори, приходимо до визначення, що сила в 1 Н буде додана до тіла, якщо тіло масою 1 кг під впливом цієї сили змінює свою швидкість на 1 м/с за 1 секунду.

Одиниця виміру сили тяжіння

Також нас цікавить одиниця виміру сили тяжіння. Так як ми знаємо, що Земля притягує до себе всі тіла на її поверхні, значить існує сила тяжіння і її можна виміряти. І знову-таки ми знаємо, що сила тяжіння залежить від маси тіла. Чим більша маса тіла, тим більше Земля його притягує. Експериментально встановлено, що сила тяжіння, що діє на тіло масою 102 грами - це 1 Н.А 102 грами – це приблизно одна десята кілограма. А якщо бути більш точним, то якщо 1 кг розділити на 9,8 елементів, то ми й отримаємо приблизно 102 грами.

Якщо на тіло масою 102 г діє сила 1 Н, то на тіло масою 1 кг діє сила 9,8 Н. Прискорення вільного падіння позначають буквою g. І g дорівнює 98 Н/кг. Це сила, що діє на тіло масою 1 кг, прискорюючи його кожну секунду на 1 м/с. Виходить, що тіло, що падає з великої висоти, за час польоту набирає дуже велику швидкість. Чому ж тоді сніжинки та дощові краплі падають спокійно? У них дуже маленька маса, і тягне до себе земля дуже слабко. А опір повітря для них досить великий, тому вони летять до Землі з невеликою, досить однаковою швидкістю. А ось метеорити, наприклад, при підльоті до Землі набирають дуже високу швидкістьі при приземленні, утворюється пристойний вибух, який залежить від величини та маси метеориту відповідно.

Сьогодні ми розповімо про одиницю виміру сили світла. Ця стаття розкриє читачам властивості фотонів, які дозволять визначити, чому світло буває різною яскравістю.

Частка чи хвиля?

На початку ХХ століття вчених спантеличувала поведінка квантів світла - фотонів. З одного боку, інтерференція та дифракція говорили про їхню хвильову сутність. Отже, світло характеризували такі властивості, як частота, довжина хвилі та амплітуда. З іншого боку, переконали наукову спільноту, що фотони передають поверхням імпульс. Це було б неможливо, не маючи частинки масою. Таким чином, фізикам довелося визнати: електромагнітне випромінювання одночасно хвиля, і матеріальний об'єкт.

Енергія фотона

Як довів Ейнштейн, маса є енергія. Цей факт свідчить про наше центральне світило, Сонце. Термоядерна реакція перетворює масу сильно стисненого газу на чисту енергію. Але як визначити потужність випромінювання, що випускається? Чому вранці, наприклад, сила світла сонця нижча, ніж опівдні? Описані у попередньому параграфі характеристики пов'язані між собою конкретними співвідношеннями. І всі вони вказують на енергію, що несе електромагнітне випромінювання. Ця величина змінюється в більший бікпри:

  • зменшенні довжини хвилі;
  • зростанні частоти.

У чому енергія електромагнітного випромінювання?

Фотон відрізняється від інших частинок. Його маса і, отже, енергія існують, тільки доки він рухається крізь простір. При зіткненні з перешкодою квант світла підвищує його внутрішню енергіючи надає йому кінетичний момент. Але сам фотон у своїй перестає існувати. Залежно від того, що саме є перешкодою, відбуваються різні зміни.

  1. Якщо перешкода - тверде тіло, то найчастіше світло нагріває його. Також можливі такі сценарії: фотон змінює напрямок руху, стимулює хімічну реакціюабо змушує один із електронів покинути свою орбіту і перейти в інший стан (фотоефект).
  2. Якщо перешкода - єдина молекула, наприклад, з розрідженої хмари газу відкритому космосі, То фотон змушує всі її зв'язки коливатися сильніше.
  3. Якщо перешкода – масивне тіло (наприклад, зірка або навіть галактика), то світло спотворюється та змінює напрямок руху. На цьому ефекті ґрунтується можливість «зазирнути» в далеке минуле космосу.

Наука та людяність

Наукові дані часто здаються чимось абстрактним, непридатним для життя. Відбувається це і з характеристиками світла. Якщо мова йдепро експеримент чи вимір випромінювання зірок, вченим потрібно знати абсолютні величини (вони називають фотометричними). Ці поняття, як правило, виражаються в термінах енергії та потужності. Нагадаємо, під потужністю мається на увазі швидкість зміни енергії в одиницю часу, і загалом вона показує кількість роботи, яку може виконувати система. Але людина обмежена здатність відчувати реальність. Наприклад, шкіра відчуває тепло, але око не бачить фотон інфрачервоного випромінювання. Та сама проблема і з одиницями сили світла: потужність, яку випромінювання насправді демонструє, відрізняється від потужності, яку здатний сприймати людське око.

Спектральна чутливість людського ока

Нагадуємо, що мова нижче піде про усереднені показники. Всі люди різні. Деякі взагалі не сприймають окремі кольори (дальтоніки). Для інших культура кольору не співпадає із загальноприйнятою науковою точкоюзору. Наприклад, японці не розрізняють зелений та блакитний, а англійці – блакитний та синій. У цих мовах різні кольорипозначаються одним словом.

Одиниця сили світла залежить від спектральної чутливості середнього ока. Максимум денного світла посідає фотон з довжиною хвилі 555 нанометрів. Це означає, що при світлі сонця людина найкраще бачить зелений колір. Максимум нічного зору – це фотон із довжиною хвилі 507 нанометрів. Отже, при Місяці люди бачать блакитні об'єкти. У сутінках все залежить від освітлення: чим воно краще, тим більше «зеленим» стає максимум кольору, який людина сприймає.

Будова людського ока

Майже завжди, коли йдеться про зір, ми говоримо, що бачить око. Це неправильне твердження, бо насамперед сприймає мозок. Око - це лише інструмент, який передає інформацію про світловому потоціу головний комп'ютер. І, як і будь-який інструмент, вся система сприйняття кольорів має свої обмеження.

У сітківці людини є два різних типуклітин - колбочки та палички. Перші відповідають за денний зір та краще сприймають кольори. Другі надають нічний зір, завдяки паличкам людина розрізняє світло та тінь. Але вони погано сприймають кольори. Палички також чутливіші до рухів. Саме тому, якщо людина йде по освітленому місяцем парку або лісу, він помічає кожне похитування гілок, кожен подих вітру.

Еволюційна причина такого поділу проста: ми маємо одне сонце. Місяць світить відбитим світлом, отже, її спектр не сильно відрізняється від спектра центрального світила. Тому день ділиться на дві частини – освітлену та темну. Якби люди жили в системі двох або трьох зірок, то наш зір, можливо, мав би більше компонентів, кожен із яких був пристосований до спектру одного світила.

На нашій планеті є істоти, чий зір відрізняється від людського. Пустельні мешканці, наприклад, очима вловлюють інфрачервоне світло. Деякі риби бачать ближній ультрафіолет, так як це випромінювання проникає в товщу води найглибше. Наші домашні вихованці кішки та собаки інакше сприймають кольори, і їх спектр урізаний: вони краще пристосовані до світлотіні.

Але й люди різні, як ми вже згадували вище. Деякі представники людства бачать ближнє інфрачервоне світло. Не можна сказати, що їм були б не потрібні тепловізори, але вони здатні сприймати трохи червоніші відтінки, ніж більшість. В інших розвинена ультрафіолетова частина спектра. Такий випадок описується, наприклад, у фільмі Планета Ка-Пекс. Головний геройстверджує, що він прибув із іншої зоряної системи. Обстеження виявило здатність бачити ультрафіолетове випромінювання.

Чи доводить це, що Прот – інопланетянин? Ні. Деяким людям це під силу. До того ж ближній ультрафіолет впритул прилягає до видимого спектру. Не дивно, що хтось сприймає трохи більше. А ось Супермен точно не із Землі: рентгенівський спектр занадто далекий від видимого, щоб такий зір можна було пояснити з людської точки зору.

Абсолютна та відносні одиниці для визначення світлового потоку

Незалежна від спектральної чутливості величина, яка показує потік світла в відомому напрямкуназивається «кандела». вже з більш «людським» ставленням вимовляється так само. Відмінність полягає лише в математичному позначенні цих понять: абсолютне значення має нижній індекс «е», щодо людського ока – «υ». Але не варто забувати, що величини цих категорій сильно відрізнятимуться. Це необхідно враховувати під час вирішення реальних завдань.

Перерахування та зіставлення абсолютних та відносних величин

Щоб зрозуміти, у чому вимірюється сила світла, необхідно зіставити «абсолютні» та «людські» значення. Справа наводяться поняття суто фізичні. Зліва розташовуються величини, які вони перетворюються під час проходження крізь систему людського ока.

  1. Сила випромінювання стає силою світла. Поняття вимірюються у канделах.
  2. Енергетична яскравість перетворюється на яскравість. Величини виражаються у канделах на квадратний метр.

Напевно, читач побачив тут знайомі слова. Багато разів за своє життя люди кажуть: «Дуже яскраве сонце, підемо в тінь» або «Зроби монітор яскравішим, фільм занадто похмурий і темний». Сподіваємося, стаття трохи прояснить, звідки взялося це поняття, а також як називається одиниця сили світла.

Особливості поняття «кандела»

Трохи вище ми згадували цей термін. Також ми пояснили, чому одним і тим самим словом називають абсолютно різні поняттяфізики, пов'язані з потужністю електромагнітного випромінювання. Отже, одиниця виміру сили світла називається «кандела». Але чому вона дорівнює? Одна кандела - це сила світла у відомому напрямку від джерела, яке випромінює строго монохроматичне випромінювання з частотою 5,4*10 14 , причому енергетична сила джерела в цьому напрямку дорівнює 1/683 Ватт в одиницю тілесного кута. Перевести частоту в довжину хвилі читач цілком може сам, дуже легка формула. Підкажемо: результат лежить у видимій ділянці.

Одиниця виміру сили світла зветься «кандела» недарма. Ті, хто знає англійська мовапам'ятають, що candle - це свічка. Раніше багато областей людської діяльностівимірювалися у природних параметрах, наприклад, кінських силах, міліметрах ртутного стовпа. Тож не дивно, що одиниця виміру сили світла - це кандела, одна свічка. Тільки свічка це дуже своєрідна: зі строго заданою довжиною хвилі, і виробляє конкретне число фотонів на секунду.

Якщо тіло прискорюється, то на нього щось діє. А як знайти це «щось»? Наприклад, які сили діють на тіло поблизу поверхні землі? Це — сила тяжіння, спрямована вертикально вниз, пропорційна масі тіла й у висот, набагато менших, ніж радіус землі $(\large R)$, майже незалежне від висоти; вона дорівнює

$(\large F = \dfrac (G \cdot m \cdot M)(R^2) = m \cdot g )$

$(\large g = \dfrac (G \cdot M)(R^2) )$

так зване прискорення сили тяжіння. У горизонтальному напрямку тіло рухатиметься з постійною швидкістю, однак рух у вертикальному напрямку за другим законом Ньютона:

$(\large m \cdot g = m \cdot \left (\dfrac (d^2 \cdot x)(d \cdot t^2) \right) )$

після скорочення $(\large m)$ отримуємо, що прискорення у напрямку $(\large x)$ постійно і дорівнює $(\large g)$. Це добре відомий рух вільно падаючого тіла, який описується рівняннями

$(\large v_x = v_0 + g \cdot t)$

$(\large x = x_0 + x_0 \cdot t + \dfrac (1)(2) \cdot g \cdot t^2)$

У чому сила вимірюється?

У всіх підручниках і розумних книжках силу прийнято виражати в Ньютонах, але крім як у моделях якими оперують фізики ньютони ні де не застосовуються. Це дуже незручно.

Ньютон newton (Н) — похідна одиниця виміру сили в Міжнародній системіодиниць (СІ).
Виходячи з другого закону Ньютона, одиниця Ньютона визначається як сила, що змінює за одну секунду швидкість тіла масою один кілограм на 1 метр в секунду в напрямку дії сили.

Таким чином, 1 Н = 1 кг м/с².

Кілограм-сила (кгс або кг) - гравітаційна метрична одиниця сили, рівна силіяка діє на тіло масою один кілограм у гравітаційному полі землі. Тому за визначенням кілограм-сила дорівнює 9,80665 Н. Кілограм-сила зручна тим, що її величина дорівнює вазі тіла масою 1 кг.
1 кгс = 9,80665 ньютонів (приблизно ≈ 10 Н)
1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

1 Н = 1 кг х 1м/с2.

Закон тяжіння

Кожен об'єкт Всесвіту притягується до будь-якого іншого об'єкта з силою, пропорційною їх масам і обернено пропорційно квадрату відстані між ними.

$(\large F = G \cdot \dfrac (m \cdot M)(R^2))$

Додати можна, що будь-яке тіло реагує на прикладену до нього силу прискоренням у напрямку цієї сили, за величиною обернено пропорційним масі тіла.

$(\large G)$ - гравітаційна постійна

$(\large M)$ - маса землі

$(\large R)$ - радіус землі

$(\large G = 6,67 \cdot (10^(-11)) \left (\dfrac (m^3)(kg \cdot (sec)^2) \right) )$

$(\large M = 5,97 \cdot (10^(24)) \left (kg \right) )$

$(\large R = 6,37 \cdot (10^(6)) \left (m \right) )$

В рамках класичної механіки, гравітаційна взаємодія описується законом всесвітнього тяжіння Ньютона, згідно з яким сила гравітаційного тяжіння між двома тілами маси $(\large m_1)$ і $(\large m_2)$, розділених відстанню $(\large R)$ є

$(\large F = -G \cdot \dfrac (m_1 \cdot m_2)(R^2))$

Тут $(\large G)$ - гравітаційна постійна, рівна $(\large 6,673 \cdot (10^(-11)) m^3 / \left (kg \cdot (sec)^2 \right) )$. Знак мінус означає, що сила, що діє пробне тіло, завжди спрямована по радіус-вектору від пробного тіла до джерела гравітаційного поля, тобто. гравітаційна взаємодія призводить завжди до тяжіння тіл.
Поле тяжкості є потенційно. Це означає, що можна ввести потенційну енергію гравітаційного тяжіння пари тіл, і ця енергія не зміниться після переміщення тіл по замкнутому контуру. Потенційність поля тяжкості тягне за собою закон збереження суми кінетичної та потенційної енергії, що при вивченні руху тіл у полі тяжіння часто суттєво спрощує рішення.
У рамках ньютонівської механіки гравітаційна взаємодія є далекодіючою. Це означає, що як би масивне тіло не рухалося, в будь-якій точці простору гравітаційний потенціал і сила залежать тільки від положення тіла Наразічасу.

Важче - Легше

Вага тіла $(\large P)$ виражається твором його маси $(\large m)$ на прискорення сили тяжіння $(\large g)$.

$(\large P = m \cdot g)$

Коли на землі тіло стає легшим (слабше тисне на ваги), це походить від зменшення маси. На місяці все не так, зменшення ваги викликано зміною іншого множника — $(\large g)$, тому що прискорення сили тяжіння на поверхні місяця вшестеро менше ніж на землі.

маса землі = $(\large 5,9736 \cdot (10^(24))\ kg )$

маса місяця = $(\large 7,3477 \cdot (10^(22))\ kg )$

прискорення вільного падіння Землі = $(\large 9,81\ m / c^2 )$

прискорення вільного падіння на Місяці = $(\large 1,62 \ m / c^2 )$

У результаті добуток $(\large m \cdot g )$, а відтак і вага зменшуються у 6 разів.

Але не можна позначити обидва ці явища одним і тим самим виразом «зробити легше». На місяці тіла стають не легшими, а лише менш стрімко падають вони «менш падучи»))).

Векторні та скалярні величини

Векторна величина (наприклад, сила, прикладена до тіла), крім значення (модуля), характеризується також напрямком. Скалярна величина (наприклад, довжина) характеризується лише значенням. Усі класичні закони механіки сформульовані для векторних величин.

Малюнок 1.

На рис. 1 зображено різні варіантирозташування вектора $( \large \overrightarrow(F))$ та його проекції $( \large F_x)$ і $( \large F_y)$ на осі $( \large X)$ і $( \large Y)$ відповідно:

  • A.величини $( \large F_x)$ і $( \large F_y)$ є ненульовими та позитивними
  • B.величини $(\large F_x)$ і $(\large F_y)$ є ненульовими, у своїй $(\large F_y)$ — позитивна величина, а $(\large F_x)$ — негативна, т.к. вектор $(\large \overrightarrow(F))$ спрямований у бік, протилежний напряму осі $(\large X)$
  • C.$(\large F_y)$ - Позитивна ненульова величина, $(\large F_x)$ дорівнює нулю, т.к. вектор $(\large \overrightarrow(F))$ спрямований перпендикулярно до осі $(\large X)$

Момент сили

Моментом сили називають векторний добуток радіус-вектора, проведеного від осі обертання до точки застосування сили, на вектор цієї сили. Тобто. згідно класичному визначеннюмомент сили – величина векторна. В рамках нашого завдання, це визначення можна спростити до наступного: моментом сили $(\large \overrightarrow(F))$, доданої до точки з координатою $(\large x_F)$, щодо осі, розташованої в точці $(\large x_0 )$ називається скалярна величина, що дорівнює добутку модуля сили $(\large \overrightarrow(F))$, на плече сили - $(\large \left | x_F - x_0 \right |)$. А знак цієї скалярної величинизалежить від напрямку сили: якщо вона обертає об'єкт за годинниковою стрілкою, то знак плюс, якщо проти - мінус.

Важливо розуміти, що вісь ми можемо вибирати довільним чином – якщо тіло не обертається, то сума моментів сил щодо будь-якої осі дорівнює нулю. Друге важливе зауваження – якщо сила прикладена до точки, через яку проходить вісь, то момент цієї сили щодо цієї осі дорівнює нулю(оскільки плече сили дорівнює нулю).

Проілюструємо вищенаведене прикладом, на рис.2. Припустимо, що система, зображена на рис. 2, знаходиться в рівновазі. Розглянемо опору, де стоять вантажі. На неї діють 3 сили: $(\large \overrightarrow(N_1),\ \overrightarrow(N_2),\ \overrightarrow(N),)$ точки докладання цих сил А, Ві Звідповідно. На малюнку також присутні сили $(\large \overrightarrow(N_(1)^(gr)),\ \overrightarrow(N_2^(gr)))$. Ці сили прикладені до вантажів, і згідно із 3-м законом Ньютона

$(\large \overrightarrow(N_(1)) = - \overrightarrow(N_(1)^(gr)))$

$(\large \overrightarrow(N_(2)) = - \overrightarrow(N_(2)^(gr)))$

Тепер розглянемо умову рівності моментів сил, що діють на опору щодо осі, що проходить через точку. А(і, як ми домовлялися раніше, перпендикулярну площині малюнка):

$(\large N \cdot l_1 - N_2 \cdot \left (l_1 +l_2 \right) = 0)$

Зверніть увагу, що в рівняння не увійшов момент сили $(\large \overrightarrow(N_1))$, оскільки плече цієї сили щодо осі дорівнює $(\large 0)$. Якщо ж ми з будь-яких причин хочемо вибрати вісь, яка проходить через точку З, то умова рівності моментів сил виглядатиме так:

$(\large N_1 \cdot l_1 - N_2 \cdot l_2 = 0)$

Можна показати, що з математичної точки зору два останні рівняння еквівалентні.

Центр ваги

Центром тяжіння механічною системою називається точка, щодо якої сумарний момент сил тяжіння, що діють на систему, дорівнює нулю.

Центр мас

Точка центру мас чудова тим, що якщо на частинки утворюють тіло (неважливо буде воно твердим або рідким, скупченням зірок або чимось іншим) діє безліч сил (маються на увазі тільки зовнішні сили, оскільки всі внутрішні силикомпенсують один одного), то результуюча сила призводить до такого прискорення цієї точки, начебто в ній уся маса тіла $(\large m)$.

Положення центру мас визначається рівнянням:

$(\large R_(c.m.) = \frac(\sum m_i\, r_i)(\sum m_i))$

Це векторне рівняння, тобто. фактично три рівняння - по одному для кожного з трьох напрямків. Але розглянемо лише $(\large x)$ напрямок. Що означає така рівність?

$(\large X_(c.m.) = \frac(\sum m_i\, x_i)(\sum m_i))$

Припустимо тіло розділене на маленькі шматочки з однаковою масою $(\large m)$, причому повна маса тіла дорівнює дорівнювати кількості таких шматочків $(\large N)$, помноженому на масу одного шматочка, наприклад 1 грам. Тоді це рівняння означає, що потрібно взяти координати $(\large x)$ всіх шматочків, скласти їх і поділити результат на число шматочків. Іншими словами, якщо маси шматочків рівні, то $(\large X_(c.m.))$ буде просто середнім арифметичним $(\large x)$ координат всіх шматочків.

Маса та щільність

Маса – фундаментальна фізична величина. Маса характеризує відразу кілька властивостей тіла і сама по собі має низку важливих властивостей.

  • Маса служить мірою речовини, що міститься в тілі.
  • Маса є мірою інертності тіла. Інертністю називається властивість тіла зберігати свою швидкість незмінною (у інерційної системивідліку), коли зовнішні дії відсутні або компенсують один одного. За наявності зовнішніх впливів інертність тіла виявляється в тому, що його швидкість змінюється не миттєво, а поступово, і тим повільніше, чим більша інертність (тобто маса) тіла. Наприклад, якщо більярдна куля та автобус рухаються з однаковою швидкістю і гальмуються однаковим зусиллям, то для зупинки кулі потрібно набагато менше часу, ніж для зупинки автобуса.
  • Маси тіл є причиною їхнього гравітаційного тяжіння один до одного (див. розділ «Сила тяжіння»).
  • Маса тіла дорівнює сумі мас його частин. Це так звана адитивність маси. Адитивність дозволяє використовуватиме вимірювання маси еталон - 1 кг.
  • Маса ізольованої системи тіл не змінюється з часом (закон збереження маси).
  • Маса тіла залежить від швидкості його руху. Маса не змінюється під час переходу від однієї системи відліку до іншої.
  • Щільністюоднорідного тіла називається відношення маси тіла до його обсягу:

$(\large p = \dfrac (m)(V) )$

Щільність залежить від геометричних властивостей тіла (форми, обсягу) і є характеристикою речовини тіла. Щільності різних речовинпредставлені у довідкових таблицях. Бажано пам'ятати густину води: 1000 кг/м3.

Другий та третій закони Ньютона

Взаємодія тіл можна описувати з допомогою поняття сили. Сила - це векторна величина, що є мірою дії одного тіла інше.
Будучи вектором, сила характеризується модулем (абсолютною величиною) та напрямком у просторі. Крім того, важлива точка докладання сили: одна і та ж за модулем і напрямком сила, прикладена в різних точкахтіла, може мати різний вплив. Так, якщо взятися за обід велосипедного колеса і потягнути по дотичній до обіду, то колесо почне обертатися. Якщо ж тягнути вздовж радіусу, жодного обертання не буде.

Другий закон Ньютона

Твір маси тіла на вектор прискорення є рівнодіючим усіх сил, прикладених до тіла:

$(\large m \cdot \overrightarrow(a) = \overrightarrow(F) )$

Другий закон Ньютона пов'язує вектори прискорення та сили. Це означає, що справедливі такі твердження.

  1. $(\large m \cdot a = F)$, де $(\large a)$ - модуль прискорення, $(\large F)$ - модуль рівнодіючої сили.
  2. Вектор прискорення має однаковий напрямок із вектором рівнодіючої сили, оскільки маса тіла позитивна.

Третій закон Ньютона

Два тіла діють одне на одного з силами, рівними за модулем і протилежними у напрямку. Ці сили мають ту саму фізичну природу і спрямовані вздовж прямої, що з'єднує їх точки застосування.

Принцип суперпозиції

Досвід показує, що якщо дане тіло діють кілька інших тіл, то відповідні сили складаються як вектори. Точніше, справедливий принцип суперпозиції.
Принцип суперпозиції сил. Нехай на тіло діють сили$(\large \overrightarrow(F_1), \overrightarrow(F_2),\ \ldots \overrightarrow(F_n))$ Якщо замінити їх однією силою$(\large \overrightarrow(F) = \overrightarrow(F_1) + \overrightarrow(F_2) \ldots + \overrightarrow(F_n))$ , результат впливу не зміниться.
Сила $(\large \overrightarrow(F))$ називається рівнодіючоїсил $(\large \overrightarrow(F_1), \overrightarrow(F_2),\ \ldots \overrightarrow(F_n))$ або результуючоїсилою.

Експедитор чи перевізник? Три секрети та міжнародні вантажоперевезення

Експедитор чи перевізник: кому віддати перевагу? Якщо перевізник добрий, а експедитор – поганий, то першого. Якщо перевізник поганий, а експедитор – добрий, то другого. Такий вибір простий. Але як визначитися, коли хороші обидва претенденти? Як вибрати із двох, здавалося б, рівноцінних варіантів? Справа в тому, що ці варіанти не рівноцінні.

Страшні історії міжнародних перевезень

МІЖ МОЛОТОМ І КУТАЛЬНИКОМ.

Непросто жити між замовником перевезення та дуже хитро-економним власником вантажу. Якось ми отримали замовлення. Фрахт на три копійки, додаткові умовина два аркуші, збірник називається.... У середу навантаження. Машина на місці вже у вівторок, і до обіду наступного дня склад починає поволі закидати в причіп все, що зібрав ваш експедитор на адресу своїх замовників-отримувачів.

ЗАЧАРУВАНЕ МІСЦЕ - ПТО КОЗЛОВИЧІ.

За легендами та досвідом, всі, хто возив вантажі з Європи автотранспортом, знають, яким страшним місцемє ПТО Козловичі, Брестської митниці. Яке свавілля творять білоруські митники, чіпляються всіляко і б'ють утридорога. І це правда. Але не вся.

ЯК ПІД НОВИЙ РІК МИ ВЕЗЛИ СУХЕ МОЛОКО.

Завантаження збірним вантажем на консолідаційному складі у Німеччині. Один із вантажів - сухе молоко з Італії, доставку якого замовив Експедитор.

Документи для міжнародних перевезень

Міжнародні автомобільні перевезення вантажів дуже заорганізовані та обюрокрачені, слідство - для здійснення міжнародних автомобільних перевезеньвантажів використовується купа уніфікованих документів. Не має значення митний перевізник чи звичайний — без документів він не поїде. Хоч це і не дуже цікаво, але ми намагалися простіше викласти призначення цих документів і сенс, який вони мають. Навели приклад заповнення TIR, CMR, T1, EX1, Invoice, Packing List...

Розрахунок навантаження на вісь для вантажних автоперевезень

Мета - дослідження можливості перерозподілу навантажень на осі тягача та напівпричепа при зміні розташування вантажу у напівпричепі. І застосування цього знання практично.

У системі, що розглядається, є 3 об'єкти: тягач $(T)$, напівпричіп $(\large ((p.p.)))$ і вантаж $(\large (gr))$. Всі змінні, що стосуються кожного з цих об'єктів, будуть маркуватися верхнім індексом $T$, $(\large (p.p.))$ і $(\large (gr))$ відповідно. Наприклад, власна маса тягача позначатиметься як $m^(T)$.

Ти чому не їж мухомори? Митниця видихнула смуток.

Що відбувається на ринку міжнародних автомобільних перевезень? ФМС РФ заборонила оформляти книжки МДП без додаткових гарантій вже кількох федеральних округах. І повідомила про те, що з 1 грудня поточного року взагалі розірве договір з IRU як невідповідним вимогам Митного союзута висуває недитячі фінансові претензії.
IRU у відповідь: «Пояснення ФМС Росії щодо нібито наявної у АСМАП заборгованості в розмірі 20 млрд. рублів є цілковитим вигадкою, тому що всі старі претензії МДП були повністю врегульовані ... Що думаємо ми, прості перевізники?

Stowage Factor Вага та обсяг вантажу при розрахунку вартості перевезення

Розрахунок вартості перевезення залежить від ваги та обсягу вантажу. Для морських перевезень найчастіше вирішальне значення має обсяг, для повітряних – вага. Для автомобільних перевезень вантажів значення має комплексний показник. Який параметр для розрахунків буде обраний у тому чи іншому випадку – залежить від питомої вагивантажу (Stowage Factor) .

Рекомендуємо також

Loading...Loading...