+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Единицы силы: Ньютон

 

Все мы привыкли в жизни употреблять слово сила в сравнительной характеристике, говоря мужчины сильнее женщин, трактор сильнее автомобиля, лев сильнее антилопы.

Сила в физике определяется как мера изменения скорости тела, которое происходит при взаимодействии тел. Если сила является мерой, и мы можем сравнивать приложение различной силы, значит, это физическая величина, которую можно измерить. В каких единицах измеряется сила? 

Единицы измерения силы

В честь английского физика Исаака Ньютона, проделавшего огромные исследования в природе существования и использования различных видов силы, за единицу измерения силы в физике принят 1 ньютон (1 Н). Что же такое сила в 1 Н? В физике не выбирают единицы измерения просто так, а делают специальное согласование с теми единицами, которые уже приняты.

Мы знаем из опыта и экспериментов, что если тело покоится и на него действует сила, то тело под действием этой силы меняет свою скорость. Соответственно, для измерения силы выбирали единицу, которая будет характеризовать изменение скорости тела. И не забываем, что есть еще и масса тела, так как известно, что с одинаковой силой воздействие на различные предметы будет различно.  Мяч мы можем кинуть далеко, а вот булыжник улетит на гораздо меньшее расстояние. То есть, учтя все факторы, приходим к определению, что сила в 1 Н будет приложена к телу, если тело массой 1 кг под воздействием этой силы меняет свою скорость на 1 м/с за 1 секунду.

Единица измерения силы тяжести

Также нас интересует единица измерения силы тяжести. Так как мы знаем, что Земля притягивает к себе все тела на ее поверхности, значит, существует сила притяжения и ее можно измерить. И опять-таки, мы знаем, что сила притяжения зависит от массы тела. Чем больше масса тела, тем сильнее Земля его притягивает. Экспериментально установлено, что сила тяжести, действующая на тело массой 102 грамма – это 1 Н. А 102 грамма – это приблизительно одна десятая килограмма. А если быть более точным, то если 1 кг разделить на 9,8 частей, то мы как раз и получим приблизительно 102 грамма.

Если на тело массой 102 грамма действует сила 1 Н, то на тело массой 1 кг действует сила 9,8 Н. Ускорение свободного падения обозначают буквой g. И g равно 9,8 Н/кг. Это сила, которая действует на тело массой 1 кг, ускоряя его каждую секунду на 1 м/с. Получается, что тело, падающее с большой высоты, за время полета набирает очень большую скорость. Почему же тогда снежинки и дождевые капли падают довольно спокойно? У них очень маленькая масса, и тянет их к себе земля очень слабо. А сопротивление воздуха для них довольно велико, поэтому они летят к Земле с не очень большой, довольно одинаковой скоростью. А вот метеориты, например, при подлете к Земле набирают очень высокую скорость и при приземлении, образуется приличный взрыв, который зависит от величины и массы метеорита соотвественно.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Вес тела в физике: формула, масса, сила тяжести
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСвязь между силой тяжести и массой тела: динамометр.

Физические основы механики

Результаты многочисленных опытных наблюдений обобщают в виде физических законов, которые представляют собой некоторые утверждения относительно связей между теми или иными физическими величинами. Для проверки на опыте этих утверждений необходимо независимыми способами измерить все те величины, которые связаны в данном физическом законе. Измерение любой физической величины проводится путем её сравнения с определенным стандартным значением,принятым за единицу этой величины.Эти единицы обязательно должны указываться вместе с численным значением результата. Метрическая система мер, созданная в эпоху Великой французской революции, по мысли ее авторов должна была служить «на все времена, для всех народов, для всех стран».

Основные единицы измерения выбираются произвольно.

Поясним факт произвольности выбора основных единиц следующими примерами. Длину можно с одинаковым успехом измерять в аршинах, саженях, футах, ярдах, метрах и так далее. Расстояние от Москвы до Петербурга по железной дороге составляет 650 километров (км), это же расстояние в морских милях (1 международная морская миля равна 1852 метрам) равно примерно 351 морской миле. Массу можно измерять в килограммах или, например, в фунтах. Можно указать: фунт британский торговый — 453,592 грамма (г), фунт тройский или аптекарский — 373,242 г, русский фунт, употреблявшийся до введения метрической системы — 409,512 г.

Рис. 1.2. Масса в природе и технике

Для тех, кто внимательно следит за международной торговлей золотом, укажем, что на этих торгах, по традиции, указывается стоимость тройской унции золота, то есть 31,1034768 грамма (1/12 аптекарского фунта).

Цель указанных примеров состоит в том, чтобы показать, что свобода (произвольность) выбора основных единиц измерения способна привести к весьма дорогостоящей путанице. В действительности свобода выбора основных единиц, претендующих на то, чтобы, как сказано выше, служить «на все времена, для всех народов, для всех стран», ограничена целым рядом жестких требований. А именно (цитируем по книге А.Г. Чертова «Международная система единиц измерения», Москва, Росвузиздат, 1963):

1.»Число основных единиц системы необходимо свести к разумному минимуму. С увеличением числа основных единиц системы увеличивается и число размерных коэффициентов в физических формулах, что создает неудобство при использовании системы.

Наоборот, в системе с меньшим числом основных единиц уменьшается число размерных коэффициентов. Однако с уменьшением числа основных единиц системы увеличивается число производных единиц с одинаковой размерностью, что также создает неудобство при пользовании системой единиц.

Опыт показывает, что наиболее удачной системой единиц для измерения механических величин оказалась система с тремя основными единицами: единицами длины, массы и времени или длины, силы и времени. Для измерения величин молекулярной физики наиболее удобной является система с четырьмя основными единицами: единицами длины, массы, времени и температуры. Для измерения электромагнитных величин применяются системы также с четырьмя основными единицами.

2.Нужен рациональный выбор основных единиц. Необходимо, чтобы как сами основные единицы, так и полученные на их основе производные единицы по своему размеру были удобны для практических целей. Кроме того, основные единицы должны быть такими, чтобы их можно было воспроизвести в виде эталонов или эталонными установками с точностью, удовлетворяющей требованиям науки и техники.

3.Система должна быть когерентной, т. е. чтобы во всех определяющих уравнениях коэффициент пропорциональности являлся безразмерной величиной, равной единице.

4.Система должна содержать единицы измерения всех величин, входящих в те разделы физики, для которых система предназначена.

5.Система должна содержать только одну единицу измерения для каждой физической величины.

6.Система единиц, предназначенная для определенного раздела физики, должна являться основанием для построения систем единиц других разделов физики или быть их логическим развитием.

Например, система механических единиц МКС является основанием для построения системы электромагнитных единиц МКСА. В свою очередь система МКСА является результатом логического распространения системы МКС на область электромагнитных явлений.

Наличие такой логической связи между отдельными системами, действующими в различных разделах физики, позволяет создать единую систему, охватывающую широкий круг областей физической науки».

В последнее десятилетие (1950–1960 годы) была проделана большая работа международными организациями по созданию такой системы. Эта система основывается на шести основных единицах и получила название Международной системы единиц (SI) — начальные буквы французского наименования Systeme International.

Международная система единиц (SI, по-русски СИ) была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, с 1 января 1963 года она введена в СССР в качестве Государственного стандарта.

Основной особенностью современных единиц является то, что между единицами разных величин устанавливаются зависимости на основе тех или иных законов или определений, которыми связаны между собой измеряемые величины. Таким образом, из нескольких условно выбираемых

основных единиц строятся производные единицы.

Рис. 1.3. Скорость в природе и технике

Единицы, которые выводятся из основных и дополнительных с помощью физических законов и определений, называются производными единицами.

Совокупность основных, дополнительных и производных единиц измерения называется системой единиц измерения.

В зависимости от выбора основных и дополнительных единиц измерения могут быть построены различные системы единиц измерения, отличающиеся практической целесообразностью и удобством пользования.

Рис. 1.4. Плотность вещества в природе

Отметим, что в физике вообще и в теоретической физике в особенности широко используются системы так называемых натуральных единиц. Подробно речь о таких системах единиц пойдет в тех разделах, где их использование общепринято, здесь же приведем один пример для краткого пояснения того, что имеется ввиду.

Атомная система единиц вводится из следующих соображений. В атоме (молекуле) главным действующим лицом является электрон, Это связано с тем, что ядра в несколько тысяч раз тяжелее электронов и, как правило, могут считаться неподвижными. Действительно, отношение массы самого легкого ядра — протона к массе электрона равно 1836. Главным взаимодействием, определяющим свойства атома, является электромагнитное, прежде всего электростатическое — кулоновское. Наконец, атом — квантовый объект: классическая (не квантовая) теория его свойства не описывает. В этих условиях естественно предположить (так оно и есть), что масштабы «атомного мира» определяются такими фундаментальными мировыми постоянными как: 1) масса электрона ; 2) элементарный заряд — модуль заряда электрона, он же заряд протона ; 3) квантовая постоянная — постоянная Планка . Другими словами, естественно положить , что означает лишь следующее: массы всех объектов будем измерять в массах электрона, все заряды — в зарядах протона, а все величины с размерностью момента импульса или произведения энергии на время — в постоянных Планка. В этих единицах масса протона равна 1836, а заряд ядра равен числу протонов в ядре, то есть атомному номеру соответствующего элемента. К примеру, единица длины равна радиусу первой боровской орбиты электрона в атоме водорода метра; единица скорости равна метра в секунду (

c — скорость света в вакууме), а единица энергии равна Дж. Столь крупная единица скорости — больше двух тысяч километров в секунду и столь малые единицы длины и энергии безусловно крайне неудобны в технике (см. ниже систему СИ) и, тем более, в быту, но очень удобны в мире атомов и молекул.

Такого рода системы единиц замечательны главным образом тем, что никак не связаны с параметрами человеческого организма (не антропогенные единицы) или другими «местными» — Земными масштабами. Под антропогенностью имеется ввиду следующее: секунда — примерно интервал времени между двумя последовательными «ударами» сердца спокойно лежащего здорового человека, метр — примерно расстояние от левого плеча до концов пальцев горизонтально вытянутой правой руки, сажень — расстояние между концами пальцев горизонтально вытянутых рук, килограмм — примерно масса двух кулаков взрослого мужчины. Связывать одну из единиц времени, а именно сутки, с периодом вращения Земли тоже не очень хорошо: во-первых, период вращения Земли меняется, а во-вторых, другие разумные существа могут и не знать периода обращения Земли вокруг своей оси, такая единица времени будет им совершенно непонятной.

В Международной системе единиц СИ (начальные буквы французского наименования Systeme International) в качестве основных выбраны следующие семь единиц:

Основные единицы измерения

В квадратных скобках указано общепринятое обозначение для размерностей: длину можно измерять в метрах, ярдах или попугаях, но обозначение L (от англ. length) всегда подскажет нам, что мы имеем дело с длиной. Аналогично вводится обозначение размерности времени Т (от англ. time).

Рис. 1.5. «Хронография» развития Вселенной

Кроме основных, в системе СИ используются дополнительные единицы.

Дополнительные единицы измерения

  • Единица измерения плоского угла [], 1 рад (радиан). Радиан — это центральный угол, опирающийся на дугу, длина которой равна ее радиусу (рис. 1.6).
  • Рис. 1.6 Определение единицы плоского угла в СИ

  • Единица измерения телесного угла [], 1 ср (стерадиан). Телесный угол в 1 Стерадиан — это телесный угол, опирающийся на участок сферической поверхности произвольной формы, площадь которой равна квадрату ее радиуса (рис. 1.7).
  • Рис. 1.7. Определение телесного угла

Для простоты ученые стремятся выбрать минимальное число основных величин, которое позволяет дать полное описание физического мира. В выборе основных величин и их производных имеется некоторый произвол. С двумя из этих единиц мы знакомимся уже с самого детства. Это естественно, так как все события происходят где-то и когда-то. Мы обитаем в пространстве, которое измеряем единицами длины. Мы живем во времени, и человечество научилось его измерять в глубокой древности. Почему наш мир существует во времени и в пространстве? Мы договорились таких вопросов не ставить, так как наука все равно на них не ответит. Но каковы свойства пространства и времени? — этот вопрос вполне закономерен. Изучая физические явления, мы узнаем свойства пространства и времени, и процесс этого познания еще не завершен.

До недавнего времени международным эталоном метра считалось расстояние между двумя штрихами на стержне из платинового сплава, хранящимся в Международном бюро мер и весов в Париже. В последние годы эталон метра определялся числом длин световой волны конкретной (оранжевой) спектральной линии изотопа криптона при переходе электрона между квантовыми состояниями и (что это такое, мы узнаем в заключительных частях курса). Метр содержит 1 650 763.73 длины волны этой спектральной линии в вакууме. Вследствие возросших требований к точности эталона длины в 1983 г. было принято следующее определение метра: это расстояние, проходимое светом в вакууме за время = 1/299 792 458 секунд. Иными словами, постулировано, что скорость света с в точности равна  = 2.99792458 • 108 м/с. В сущности, это означает, что вместо длины в качестве фундаментальной единицы выбрана скорость, а длина стала производной единицей.

На рис. 1.8 представлены пространственные расстояния, характерные для окружающего мира.

Рис. 1.8. Пространственные масштабы в природе

Весь доступный нашим наблюдениям мир заключен в интервале от 1026 м (радиус видимой части Вселенной) до 10-18 м (расстояния, «прощупываемые» в современных экспериментах с элементарными частицами). Для удобства шкала расстояний изображена в логарифмическом масштабе . Это значит, что расстоянию 10 м на шкале соответствует число 1, а расстоянию 100 км = 100 000 м — число 5.

Если раньше время определяли по Солнцу, и секунда соответствовала 1/86 400 средних солнечных суток, то теперь она равна продолжительности 9 192 631 770 периодов колебаний световой волны, излученной при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия . Цезиевый стандарт очень точен: за 6 000 лет двое цезиевых часов могут разойтись лишь на одну секунду. Существуют и более точные часы на водородном мазере: разница в секунду набегает здесь за 30 млн. лет. Возможно, водородный мазер будет принят когда-нибудь в качестве нового эталона времени.

Некоторые временные интервалы, встречающиеся в природе, иллюстрирует рис. 1.9.

Рис. 1.9. Временные интервалы в природе

Самое большое время, о котором мы можем получить какие-то сведения — это время существования видимой части Вселенной. По современным представлениям она родилась в результате так называемого Большого Взрыва примерно 14 млрд. лет тому назад (6 • 1017 с). Наименьшие времена (10-26 с), с которыми мы сталкиваемся, по порядку величины соответствуют времени, за которое свет проходит самые малые расстояния, доступные сейчас для изучения.

Силы в теоретической механике

Определение силы

В инерциальной системе отсчета, не взаимодействующие между собой, материальные точки движутся с постоянными скоростями. Пусть – радиус-вектор одной из свободных точек. Тогда вектор ее скорости есть постоянный вектор, не зависящий от времени t. Следовательно его проекции на оси прямоугольной системы координат являются постоянными, не зависящими от времени величинами: . Если мы определим вектор ускорения точки:
,
то он равен нулю: . Это означает, что его проекции на оси координат равны нулю: .

Как показывает опыт, можно создать условия, при которых материальные точки будут взаимодействовать друг с другом. Тогда их скорости не будут постоянными – движение при взаимодействии является ускоренным. У рассматриваемой нами точки, вектор скорости будет зависеть от времени, а вектор ускорения будет отличен от нуля. Тогда удобно ввести новую векторную физическую величину, пропорциональную вектору ускорения точки. Такую величину называют силой. Она определяется по формуле:
,
где m – еще одна физическая величина, называемая массой точки.

Сила ,
действующая на материальную точку с радиус-вектором со стороны других точек – это мера воздействия других точек на рассматриваемую точку, в результате которой она получает ускорение относительно инерциальной системы отсчета. Величина силы определяется по формуле:
(1)   ,
где m – масса точки – величина, зависящая от свойств самой точки.

Формула (1) называется вторым законом Ньютона. По существу, она является определением новой физической величины – силы. Такое определение согласуется с нашим жизненным опытом, согласно которому, чем больше мы прилагаем усилий, тем быстрее разгоняется груз (например, при толкании ядра в легкой атлетике). Однако, в отличие от жизненного опыта, формула (1) дает строгое математическое определение.

Изучая движения материальных точек, мы можем экспериментально определить их ускорения, а затем по формуле (1) найти зависимость силы от положений точек системы. Так мы устанавливаем законы, описывающие взаимодействие материальных точек. Изучая и систематизируя экспериментальные данные, мы получаем правила, которые позволяют нам определять зависимость силы от времени и от координат в сложных случаях, основываясь на более простых. Так если нам известна зависимость вектора от времени и от координат: , то формула (1) представляет собой систему дифференциальных уравнений:

Решая ее, можно найти закон движения точки.

Сила – это векторная величина

В формуле (1):   ,   m есть скаляр, то есть число, не зависящее от координат и времени. Ускорение    есть вектор. Тогда сила является вектором. Это означает, что если мы выберем прямоугольную систему координат , то сила имеет три проекции на ее оси: . То есть, в математическом смысле, сила определяется тремя числами – тремя компонентами или проекциями на оси координат. Разумеется, если мы будем рассматривать движение в плоскости, то есть в двухмерном пространстве, то в нем прямоугольная система координат имеет только две оси . Тогда и сила, как и любой вектор в этой системе, имеет только две проекции (или компоненты).

Поскольку сила – это вектор, то к ней применимы все формулы, применяемые к векторам в аналитической геометрии.

Скользящие векторы

Теперь рассмотрим абсолютно твердое тело. Законы его движения имеют более сложный вид. Они описываются двумя векторными уравнениями:
(2)   ;
(3)   .
Здесь – ускорение центра масс тела; M – его масса; – момент импульса тела относительно произвольно выбранного центра C; – внешние силы, действующие на тело, приложенные в точках .

Вместо того, чтобы пытаться в лоб решать эти уравнения, давайте попробуем вывести некоторые закономерности, заключенные в этих уравнениях. Для этого упростим задачу. Рассмотрим тело в некоторый момент времени t. И пусть, для этого момента времени, нам известны действующие на него силы и точки их приложения .

Уравнение (2) не зависит от точек приложения Ak сил. Для его составления требуется знать только проекции сил на оси координат . А вот в уравнение (3) входят точки приложения. Они входят в виде векторов, проведенных из некоторого центра C в точку Ak. Причем входят в виде векторного произведения .

Согласно одному из свойств, векторное произведение векторов, имеющих одинаковое направление, равно нулю. Поэтому . Тогда если к вектору прибавить любой вектор, параллельный , то векторное произведение не изменится:
.
Здесь – произвольная постоянная, имеющая размерность м/Н.

Отсюда следует важный вывод. Если точку приложения силы переместить на любое расстояние вдоль линии действия силы, то уравнения движения твердого тела не изменятся. В связи с этим, вместо обычного в математическом определении вектора, можно ввести новый математический объект, называемый скользящим вектором. Скользящий вектор по существу есть множество, состоящее из двух векторов – самого вектора силы (так называемый образующий вектор) и его точки приложения относительно выбранного центра системы отсчета . В связи с этим, приводим следующие определения.

Скользящий вектор
– это множество, состоящее из образующего вектора и точки его приложения, обладающее тем свойством, что точку приложения можно перемещать вдоль прямой, проведенной через точку приложения параллельно образующему вектору. То есть два скользящих вектора считаются равными, если равны образующие векторы и точки их приложения расположены на одной прямой, параллельной образующему вектору.

Наряду со скользящим вектором, мы можем ввести понятия закрепленных и свободных векторов.

Закрепленный вектор
– это множество, состоящее из образующего вектора и точки его приложения. Два фиксированных вектора считаются равными только в том случае, если равны их образующие векторы и совпадают точки приложения. Закрепленный вектор также называют связанным или фиксированным вектором.
Свободный вектор
– это множество, состоящее из образующего вектора и точки его приложения. Два свободных вектора считаются равными, если равны образующие векторы, не зависимо от точек приложения.

Таким образом, свободный вектор не зависит от точки приложения, и является просто вектором. Для справок также приведем определение вектора.

Вектор в трехмерном пространстве
– это три числа, называемые компонентами, связанные с предварительно выбранной прямоугольной системой координат, которые при поворотах этой системы вокруг ее центра O, и при отражении осей, преобразуются по тому же закону, что и координаты произвольной точки A, не совпадающей с O. Компоненты вектора также называются проекциями вектора на оси координат.

Силы в теоретической механике

Если мы рассматриваем деформации в телах, то все приложенные силы нужно рассматривать как связанные векторы, поскольку внутренние напряжения и деформации зависят от точек приложения сил. Но если мы считаем тело абсолютно твердым, и нам нужно определить только траекторию его движения, то, как показано выше, силы являются скользящими векторами. То есть в теоретической механике мы можем обращаться с силами более свободно, чем при решении других задач – точки приложения сил можно перемещать вдоль линий их действия.

Таким образом, в теоретической механике, над силами мы можем выполнять следующие преобразования.
1) Переносить точку приложения силы на любое расстояние вдоль линии ее действия.
2) Раскладывать силу по правилу параллелограмма на две или более сил, каждая из которых приложена в той точке, что исходная сила – то есть можно заменить исходную силу на несколько сил, векторная сумма которых равна исходной.
3) Несколько сил, приложенных к одной точке можно объединять в одну, применяя правило параллелограмма – то есть можно заменить несколько сил, приложенных в одной точке их векторной суммой, приложенной в той же точке.

Такие преобразования называются эквивалентными преобразованиями сил. А системы, полученные в результате таких преобразований, называются эквивалентными системами сил. На странице «Аксиомы статики» приводится иллюстрация подобных преобразований. См. «Пример решения задачи, используя аксиомы статики». Таким образом, в теоретической механике, силы являются некоторыми расчетными величинами. Их можно преобразовывать для того, чтобы получить более простую систему сил и упростить уравнения движения тел.

Рассмотрим следующий пример. Пусть мы имеем тело, на которое действует сила тяжести Земли. Эта сила приложена ко всем точкам. На любую малую часть тела, массой , действует сила тяжести , где – ускорение свободного падения. То есть на тело действует система сил, равномерно распределенных по его объему. Решать уравнения движения с такими силами неудобно. Поэтому в начале, проще выполнить эквивалентные преобразования. В результате таких преобразований все силы тяжести малых элементов тела можно заменить одной силой , приложенной к центру масс тела с радиус-вектором . Тем самым мы пришли к уравнениям движения, в которых на тело действует одна сила. Естественно, что это не реальная сила, действующая в центре масс, а расчетная величина, эквивалентная распределенным по объему тела силам.

Здесь мы разбили тело на материальные точки, каждая из которых имеет массу и положение в пространстве, задаваемое радиус-вектором . Тогда – масса тела. Суммирование выполняется по всем точкам, составляющим тело.

Статика и эквивалентные преобразования сил

Снова рассмотрим уравнения движения твердого тела:
(2)   ;
(3)   .
Пусть в момент времени t нам известны внешние силы , действующие на тело. Далее мы можем попытаться упростить систему сил, сведя ее эквивалентными преобразованиями к новой системе . В следующий момент времени, силы могут измениться и нам потребуется выполнять новые эквивалентные преобразования. В этом, конечно, ничего хорошего нет. Но, возможно, нам удастся найти эквивалентные преобразования аналитическим способом, то есть получить аналитическое выражение для новых сил , пригодное для любого момента времени. Тогда вместо (2) и (3) мы получим систему уравнений с более простой системой сил:
(2′)   ;
(3′)   .

Теперь из уравнений (2) и (3) вычтем уравнения (2′) и (3′):
(4)   ;
(5)   .
Но это есть ни что иное, как уравнения статики, в которых к исходной системе сил добавили эквивалентную систему, изменив направления на противоположные.

Отсюда следует вывод, что для получения эквивалентной системы сил, нужно к исходной системе, добавить новую систему сил так, чтобы тело находилось в равновесии. Тогда эквивалентная система будет совпадать с новой, в которой направления сил заменены на противоположные.

Единицы измерения силы

В СИ единицей измерения силы является Ньютон. Обозначается Н. Международное обозначение N. Сила F с абсолютным значением в 1 Ньютон обозначается так:
F = 1 Н.
Из уравнения (1) получаем:
.

В СГС единицей измерения силы является дин. Обозначается дин. Международное обозначение dyn.
;   .

В МКГСС единицей измерения силы является килограмм-сила. Это основная единица этой системы (наряду с метром и секундой). Обозначается кгс или кГ. Международное обозначение kgf или kgF.
.

Автор: Олег Одинцов.     Опубликовано:

Физика 8 класс. Сила тока. Единицы силы тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. СИЛА ТОКА

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.

Условия существования электрического тока в проводнике:
1. наличие свободных заряженных частиц ( в металлическом проводнике — свободных электронов),
2. наличие электрического поля в проводнике
(электрическое поле в проводнике создается источниками тока.).

Электрический ток имеет направление.
За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Сила тока ( I )- скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток.

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Единица измерения силы тока в системе СИ:
[I] = 1 A (ампер)

В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух поводников с током:

……………………

при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях отталкиваются.

За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1м, расположенные на растоянии 1м друг от друга, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.

АНДРЕ-МАРИ АМПЕР
(1775 — 1836)
— французский физик и математик

— ввел такие термины, как электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т. д.;
— предположил, что, вероятно, возникнет новая наука об общих закономерностях процессов управления и предложил назвать ее «кибернетикой»;
— открыл явление механического взаимодействия проводников с током и правило определения направления тока;
— имеет труды во многих областях наук: ботанике, зоологии, химии, математике, кибернетике;

— его именем названа единица измерения силы тока — 1 Ампер.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ПРИРОДЕ.

Мы живем в океане электрических разрядов, создаваемых машинами, станками и людьми. Эти разряды — кратковременные электрические токи не так мощны, и мы их часто не замечаем. Но они все-таки существуют и могут принести немало вреда!

Что такое молния?

В результате движения и трения друг о друга воздушные слои в атмосфере электризуются. В облаках с течением времени скапливаются большие заряды. Они-то и являются причиной молний.
В момент, когда заряд облака станет большим, между его частями, имеющими противоположные по знаку заряды, проскакивает мощная электрическая искра – молния. Молния может образовываться между двумя соседними облаками и между облаком и поверхностью Земли. В этом случае под действием электрического поля отрицательного заряда нижней части облака поверхность Земли под облаком электризуется положительно. В результате молния ударяет в землю.
Природа молнии стала проясняться после исследований, проведенных в XVIII столетии русскими учеными М.В.Ломоносовым и Г.Рихманом и американским ученым Б.Франклином.

НЕУЖЕЛИ ?

Обычно молнию рисуют бьющей сверху вниз. Между тем в действительности свечение
начинается снизу и только затем распространяется по вертикальному каналу.
Молния – точнее ее видимая фаза, оказывается, бьет снизу вверх!

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ!

1. Как уберечься от молнии?
( или устройство громоотвода)
2. Эта загадочная молния!

А ЕСТЬ ЛИ ГРОМООТВОД У ТЕБЯ НА ДАЧЕ?

Одним из первых в мире громоотводов (молниеотводов) водрузил над крестом своего храма сельский священник из Моравии по имени Прокоп Дивиш, крестьянский сын, ученый и изобретатель.
Это было в июне 1754 года.
___

Первый в России молниеотвод появился в 1756 г. над Петропавловским собором в Петербурге.
Он был сооружен после того, как молния дважды ударила в шпиль собора и подожгла его.

Устали? — Отдыхаем!

Ученые, в честь которых назвали единицы измерения

22 февраля 1857 года родился немецкий физик Генрих Рудольф Герц, в честь которого назвали единицу измерения частоты. Его имя вы не раз встречали в школьных учебниках по физике. Diletant.media вспоминает знаменитых ученых, открытия которых увековечили их имена в науке.

Блез Паскаль (1623−1662)


«Счастье заключается только в покое, а не в суете», — говорил французский ученый Блез Паскаль. Кажется, сам он к счастью не стремился, положив всю свою жизнь на упорные изыскания в математике, физике, философии и литературе. Образованием будущего ученого занимался его отец, составив крайне сложную программу в области естественных наук. Уже в 16 лет Паскаль написал работу «Опыт о конических сечениях». Сейчас теорема, о которой рассказывала этот труд, называется теоремой Паскаля. Гениальный ученый стал одним из основателей математического анализа и теории вероятностей, а также сформулировал главный закон гидростатики. Свободное время Паскаль посвящал литературе. Его перу принадлежат «Письма провинциала», высмеивающие иезуитов, и серьезные религиозные труды.

Свободное время Паскаль посвящал литературе

В честь ученого назвали единицу измерения давления, язык программирования и французский университет. «Случайные открытия делают только подготовленные умы», — говорил Блез Паскаль, и в этом он был, безусловно, прав.

Исаак Ньютон (1643−1727)


Врачи считали, что Исаак вряд ли доживет до старости и будет страдать от серьезных заболеваний — в детстве его здоровье было очень слабым. Вместо этого английский ученый прожил 84 года и заложил основы современной физики. Науке Ньютон посвящал все свое время. Самым известным его открытием стал закон всемирного тяготения. Ученый сформулировал три закона классической механики, основную теорему анализа, сделал важные открытия в теории цвета и изобрел зеркальный телескоп. В честь Ньютона названа единица силы, международная награда в области физики, 7 законов и 8 теорем.

Даниель Габриель Фаренгейт 1686−1736


Именем ученого названа единица измерения температуры — градус Фаренгейта. Даниель происходил из зажиточной купеческой семьи. Родители надеялись, что он продолжит семейное дело, поэтому будущий ученый изучал торговлю.

Шкала Фаренгейта до сих пор широко используется в США


Если бы в какой-то момент он не проявил интереса к прикладным естественным наукам, то не появилось бы системы измерения температуры, которая долгое время главенствовала в Европе. Впрочем, ее нельзя назвать идеальной, так как за 100 градусов ученый принял температуру тела своей жены, которая, как назло, на тот момент болела простудой. Несмотря на то, что во второй половине XX века систему немецкого ученого вытеснила шкала Цельсия, температурная шкала Фаренгейта по-прежнему широко используется в США.

Андерс Цельсий (1701−1744)


Ошибочно думать, что жизнь ученого протекала в рабочем кабинете


В честь шведского ученого назвали градус Цельсия. Неудивительно, что Андерс Цельсий посвятил свою жизнь науке. Его отец и оба деда преподавали в шведском университете, а дядя был востоковедом и ботаником. Андерса, в первую очередь, интересовала физика, геология и метеорология. Ошибочно думать, что жизнь ученого протекала только в рабочем кабинете. Он участвовал в экспедициях на экватор, в Лапландию и изучал Северное сияние. Между делом Цельсий изобрел температурную шкалу, в которой за 0 градусов принималась температура кипения воды, а за 100 градусов — температура таяния льда. Впоследствии биолог Карл Линней преобразовал шкалу Цельсия, и сегодня она используется во всем мире.

Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Джероламо Умберто Вольта (1745−1827)


Окружающие замечали у Алессандро Вольта задатки будущего ученого еще в детстве. В 12 лет любознательный мальчик решил исследовать родник неподалеку от дома, где блестели кусочки слюды, и чуть не утонул.

Начальное образование Алессандро получил в Королевской семинарии в итальянском городе Комо. В 24 года он защитил диссертацию.

Алессандро Вольта получил титул сенатора и графа от Наполеона


Вольта сконструировал первый в мире химический источник электрического тока — «Вольтов столб». Революционное для науки открытие он успешно продемонстрировал во Франции, за что получил титул сенатора и графа от Наполеона Бонапарта. В честь ученого названа единица измерения электрического напряжения — Вольт.

Андрэ-Мари Ампер (1775−1836)


Вклад французского ученого в науку сложно переоценить. Именно он ввел термины «электрический ток» и «кибернетика». Изучение электромагнетизма позволило Амперу сформулировать закон взаимодействия между электрическими токами и доказать теорему о циркуляции магнитного поля. В его честь названа единица силы электрического тока.

Георг Симон Ом (1787−1854)


Начальное образование он получил в школе, где работал всего один учитель. Труды по физике и математике будущий ученый изучал самостоятельно.

Георг мечтал разгадать явления природы, и ему это вполне удалось. Он доказал связь между сопротивлением, напряжением и силой тока в цепи. Закон Ома знает (или хотелось бы верить, что знает) каждый школьник. Георг также получил ученую степень доктора философии и на протяжении многих лет делился своими знаниями со студентами немецких университетов. Его именем названа единица электрического сопротивления.

Генрих Рудольф Герц (1857−1894)


Без открытий немецкого физика телевидения и радио бы попросту не существовало. Генрих Герц исследовал электрическое и магнитное поле, экспериментально подтвердил электромагнитную теорию света Максвелла. За свое открытие он получил несколько престижных научных наград, среди которых — даже японский орден Священного сокровища.

Международная система единиц (СИ)

Наименование величин Единица измерения
Наименование Обозначение
Основные величины
Длина метр м
Масса килограмм кг
Время секунда с
Сила электрического тока ампер А
Термодинамическая температура градус Кельвина К
Сила света кандела кд
Количество вещества моль моль
Важнейшие производные величины
Площадь квадратный метр м²
Объем кубический метр м³
Частота герц Гц
Плотность килограмм на кубический метр кг/м³
Скорость метр в секунду м/с
Угловая скорость радиан в секунду рад/с
Ускорение метр на секунду в квадрате м/с²
Сила ньютон Н
Давление (механическое напряжение) паскаль Па
Динамическая вязкость паскаль-секунда Па×с
Кинематическая вязкость квадратный метр в секунду м²/с
Работа, энергия, количество теплоты джоуль Дж
Теплоемкость системы джоуль на кельвин Дж/К
Удельная теплоемкость джоуль на килограмм-кельвин Дж/(кг×К)
Коэффициент теплообмена (теплоотдачи, теплопередачи) ватт на квадратный метр-кельвин Вт/(м²×К)
Теплопроводность ватт на метр-кельвин Вт/(м×К)
Мощность, поток энергии ватт Вт
Электрическое напряжение, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила вольт В
Электрическое сопротивление ом Ом
Световой поток люмен лм
Яркость кандела на квадратный метр кд/м²
Освещенность люкс лк
Важнейшие внесистемные тепловые единицы
Количество теплоты калория кал
Термодинамический потенциал килокалория ккал
Удельная теплота калория на грамм кал/г
Удельный термодинамический потенциал килокалория на килограмм ккал/кг
Теплоемкость системы калория на градус Цельсия
кал/°С
килокалория на градус Цельсия ккал/°С
Удельная теплоемкость калория на грамм-градус Цельсия кал/(г×°С)
Коэффициент теплообмена (коэффициент теплоотдачи) калория на квадратный сантиметр-секунду-градус Цельсия кал/(см²×с×°С)
Коэффициент теплопередачи килокалория на квадратный метр-час-градус Цельсия ккал/(м²×ч×°С)
Теплота сгорания килокалория на кубический метр ккал/м³

Измерение работы, мощности и объемной скорости потока

Поиск по вики-сайту о сжатом воздухе

Изучив основы физики здесь, вы сможете узнать больше о физических единицах, используемых для измерения различных состояний материи. Это может быть очень полезно при работе со сжатым воздухом. В этой статье мы расскажем об основах измерения работы, мощности и объемной скорости потока.

Что такое механическая работа? Как она измеряется?

Механическую работу можно определить в виде произведения силы и расстояния, с которого сила воздействует на тело. В частности, что касается тепла, работа — это энергия, которая передается от одного тела другому. Разница заключается в том, что теперь мы рассматриваем силу вместо температуры. В качестве примера рассмотрим газ в цилиндре, сжимаемый движущимся поршнем. Сжатие происходит под действием силы, перемещающей поршень. Таким образом, энергия передается от поршня газу.

Такой перенос энергии осуществляется в термодинамическом смысле слова. Результат работы может быть выражен в разных формах, таких как изменения потенциальной, кинетической или тепловой энергии. Механическая работа, связанная с изменениями объема газовой смеси, является одним из важнейших процессов в инженерной термодинамике. В системе СИ единицей работы является джоуль: 1 Дж = 1 Нм = 1 Вт*с.

Как измерить мощность?

Мощность — это работа, выполняемая за единицу времени. Это показатель того, насколько быстро можно выполнить работу. Единицей СИ для измерения мощности является ватт: 1 Вт = 1 Дж/с. Например, мощность или поток энергии к приводному валу компрессора численно подобен теплоте, испускаемой системой, плюс тепло, приложенное к сжатому газу.

Как измеряется объемная скорость потока?

Объемный расход системы представляет меру объема жидкости, протекающего за единицу времени. Его можно рассчитать в виде произведения площади поперечного сечения потока и средней скорости потока. В системе СИ единицей объемной скорости потока является м3/с. Тем не менее, часто используется единица литры в секунду (л/с), когда речь идет об объемной скорости потока (также называемой производительностью) компрессора. Она обозначается в виде нормальных литров в секунду (н.л/с), либо в виде подачи атмосферного воздуха (л/с). При использовании н.л/с расход воздуха пересчитывается для «нормального состояния», т.е. обычно он выбирается при давлении 1,013 бар (а) и 0 °С. Нормальная единица измерения н.л/с в основном используется при определении массового расхода.

Для подачи атмосферного воздуха (FAD) выходной расход компрессора пересчитывается до объема атмосферного воздуха при стандартном состоянии на входе (входное давление 1 бар (a) и температура на входе 20 °C). Соотношение между двумя объемными скоростями потока (обратите внимание, что упрощенная формула, показанная выше, не учитывает влажность).

Что такое подача атмосферного воздуха?

FAD или подача атмосферного воздуха. Объясним этот термин на следующем примере. Что означает FAD = 39 л/с для компрессора, работающего при давлении 13 бар? Сколько времени необходимо для того, чтобы заполнить резервуар 390 л при давлении 13 бар? Чтобы вычислить это, нам нужно вернуться к условиям давления на входе, которое составляет 1 бар.

Если мы начинаем с пустого сосуда, то через 1 секунду в емкости будет объем 39 литров при давлении 1 бар. Через 10 секунд давление внутри сосуда составляет 1 бар. Через 20 секунд давление составляет 2 бар. Таким образом, через 130 секунд сосуд будет заполнен до 13 бар. Затем определяем разницу между исходными и нормальными условиями. Исходные условия характеризуются давлением 1 бар, температурой 20 °C и относительной влажностью 0% (RH). Нормальные условия характеризуются давлением 1 атм = 1,01325 бар, температурой 0 °C и влажностью 0% RH. Следующее определение — SER или удельное потребление энергии. Эта величина обозначает количество энергии, которое требуется для подачи 1 литра FAD при определенном давлении.

Другие статьи по этой теме

Измерение давления, температуры и теплоемкости

Чтобы понять процесс обработки сжатого воздуха, необходимо определить некоторые базовые физические понятия. Мы определим различные физические единицы измерения давления, температуры и теплоемкости. Узнайте больше.

Структура и различные состояния материи

Чтобы понять процесс получения сжатого воздуха, необходимо определить некоторые базовые физические понятия. Начнем с объяснения структуры и четырех различных состояний материи. Узнайте больше.

Единиц Силы Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Сила>

Рона Куртуса (редакция 1 октября 2015 г.)

Сила — это толкание, притяжение или перетаскивание объекта, которое изменяет его скорость или направление. Единица силы — это произвольное измерение, которое мы обозначаем как «1» (единица), так что все другие измерения силы кратны этой единице.

Чаще всего сила обозначается как ньютон ( Н ) в метрической системе измерения или системе СИ.Ньютон находит применение в различных научных измерениях. Есть и другие единицы, которые используются не так часто.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Какое определение для newton?
  • Каковы некоторые применения ньютона?
  • какие еще единицы силы?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц



Определение ньютона

ньютонов — сила, необходимая для придания массе в 1 килограмм ( 1 кг ) ускорения 1 метр в секунду в секунду ( 1 м / с 2 ).Его сокращенно N .

Эта единица измерения в метрической системе или системе СИ и используется в научной работе чаще, чем другие единицы силы.

1 Н эквивалентно 1 кг-м / с 2 .

Приложения ньютона

Ньютон в сочетании с другими измерениями используется в различных приложениях.

Момент силы

Единица крутящего момента или момента силы — ньютон-метр ( Н · м ), где м — плечо момента.

Энергия, работа и тепло

Ньютон-метр ( Н-м ) также является определением джоулей ( Дж ), то есть единицы энергии. Видно, что единицы кинетической энергии E = ½ мв 2 выражаются в килограммах-метрах 2 / сек 2 и кг-м 2 / с 2 = Н-м .

Мощность и лучистый поток

Мощность — энергия в секунду или Н-м / с , с единицей измерения Вт .Это также единица измерения лучистого потока или мощности электромагнитного излучения.

Давление

Единицей давления является паскаль ( P ), которая представляет собой силу на единицу площади ( Н-м 2 ).

Единицы силы прочие

Существуют и другие единицы силы, не столь широко используемые, как ньютон.

Дайн

dyne — это сила, необходимая для придания массе в 1 грамм ( 1 г ) ускорения 1 сантиметр в секунду в секунду ( 1 см / с 2 ). 1 N = 100 000 дин .

Вы можете использовать дин при работе с небольшими объектами.

фунт стерлингов и

фунта стерлингов

фунтов — это сила, необходимая для придания массе в 1 фунт ( 1 фунт ) ускорения 1 фут в секунду в секунду ( 1 фут / с 2 ). 1 фунт равен 0,1382 ньютона.

фунтов — это сила, приложенная к массе в 1 фунт ( 1 фунт ) за счет ускорения свободного падения.Это нетехническая единица силы, также называемая весом.

Эти единицы силы относятся к английской системе и редко используются в научных измерениях.

Сводка

На объект действует сила, изменяющая его скорость или направление. В большинстве научных работ сила обозначается как ньютон ( N ) в метрической системе измерения или системе СИ. Ньютон находит применение в различных научных измерениях. Есть и другие единицы, которые используются не так часто.


Будьте решительны в своих действиях


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Физические ресурсы

Книги

Книги по физике с самым высоким рейтингом

Книги по физике силы с самым высоким рейтингом


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
force_units.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Физические темы

Единицы силы

Что такое сила и как ее измерить?

Определения силы:

1) Сила — это толкание или тяга

2) Сила — это способность выполнять работу или вызывать физические изменения

3) Сила = масса, умноженная на ускорение (F = ма)

4) Сила — это сила, которая изменяет или стремится изменить состояние покоя или движения тела.

Примеры:

Для простоты все силы (взаимодействия) между объектами можно разделить на две большие категории: силы контакта и силы, возникающие в результате действия на расстоянии.

Контактные силы включают: силы трения, выталкивающие силы, нормальные силы и силы сопротивления воздуха

Силы, действующие на расстоянии , включают: гравитацию, электростатические и магнитные силы.

Измерительная сила:

Сила измеряется с использованием английской системы измерений или Международной системы единиц (СИ).

Общие единицы силы

— >> SI : Ньютон (Н) 1 Н = 0,225 фунта;

Один ньютон (Н) силы определяется как сила, необходимая для ускорения 1 килограмма (кг) массы со скоростью 1 метр в секунду в квадрате (м / с2).

1 Ньютон = 1 кг м / с2 (Килограмм — это вес, при котором сила 1 Н ускоряется со скоростью 1 м / с2.)

— >> Английская система : фунт (LB) 1 фунт = 4,448 Н

В английской системе измерений снаряд — это количество массы, которое 1 фунт силы ускоряет со скоростью 1 фут / с2, а масса фунта — это количество массы, которое 1 фунт силы ускоряет со скоростью 32 фута / с2.

Описание силы:

Сила — это векторная величина. Векторная величина — это величина, которая имеет как величину, так и направление. Чтобы полностью описать силу, действующую на объект, вы должны описать ее величину и направление. Таким образом, сила в 10 ньютонов не является полным описанием силы, действующей на объект. 10 ньютонов вниз — полное описание силы, действующей на объект.

(Примечание: в чем разница между векторными и скалярными величинами? Вектор имеет силу и направление, скалярная величина может быть описана с использованием только 1 величины, величины.Примеры скалярных величин: время, энергия и объем, поскольку они представляют только величину, а не направление.

В чем разница между массой и весом?

Ниже показаны два типа весов, обычно используемых в классе: пружинные весы (слева) и простые весы для балансира справа.

На Земле пружинная шкала показывает 100 г с неизвестной массой внизу. Для балансировки шкалы справа также потребовалась масса в 100 г.

Если бы мы перенесли обе шкалы на Луну, что бы показала весенняя шкала? Сколько массы потребуется, чтобы уравновесить 100-граммовую массу на балансирном балке? Вы можете объяснить свой ответ? Для получения дополнительной информации см. Страницу «Масса и вес».


пружинная шкала

простые весы

Что делает применение Силы?

Сила вызывает ускорение.

Второй закон Ньютона гласит, что: ускорение (а) объекта прямо пропорционально приложенной силе (F) и обратно пропорционально массе объекта (м).2


Что такое трение?

Трение — это сила, которая противодействует относительному движению или тенденции к такому движению двух соприкасающихся тел. Если мы пытаемся протолкнуть деревянный брусок по столу, действуют две противодействующие силы: сила, связанная с толчком, и сила, связанная с трением, действующим в противоположном направлении. По мере уменьшения сил трения (например, путем нанесения масла на стол) объект перемещается все дальше и дальше перед остановкой.Это демонстрирует закон инерции Галилея, который гласит: объект в состоянии движения обладает « инерцией », которая заставляет его оставаться в этом состоянии движения, если на него не действует внешняя сила.

Попробуйте это упражнение!

Пожалуйста введите свой ответ в отведенное для этого поле:

1) Какая полезная сила требуется для разгона автомобиля массой 1500 кг со скоростью 6,00 м / с2?

Пожалуйста, введите свой ответ в отведенное для этого поле:


2) Какова масса объекта, имеющего на Луне вес 115 Н? Сила тяжести Луны составляет 1/6 грамма (что составляет 9.8 м / с2).


3) Объект в свободном падении будет ускоряться со скоростью:

Единицы веса и меры

ВЕС И РАЗМЕРЫ

Сегодня в Соединенных Штатах сосуществуют две системы мер и весов: U.S. Обычная система и международная система единиц (SI, после инициалов Systeme International). Система SI, обычно отождествляемая с метрической системой, на самом деле является ее более полной и последовательной версией. На протяжении всей истории США обычно использовалась Обычная система (унаследованная от Британской имперской системы, но теперь отличающаяся от нее).

Использование системы SI медленно и неуклонно расширялось в Соединенных Штатах, особенно в научном сообществе; тем не менее, широкая публика по-прежнему почти исключительно использует U.S. Обычная система. Поскольку этот веб-сайт имеет большую международную аудиторию, все расчеты и примеры задач используют исключительно единицы СИ, однако представленные формулы будут работать в любой системе единиц. Всякий раз, когда дается базовая константа, в скобках также указывается ее эквивалент в обычном американском законодательстве.

В системе СИ основными единицами измерения являются единицы длины, массы и времени, которые называются соответственно метр (м), килограмм (кг) и секунда (с). Единица силы, называемая ньютоном (Н), является производной единицей и определяется как сила, которая дает ускорение в 1 м / с 2 для массы 1 кг.

В обычной системе США базовыми единицами измерения являются единицы длины, силы и времени, которые называются, соответственно, фут (фут), фунт (фунт) и секунда (с). Единица массы, называемая снарядом, является производной единицей и определяется как масса, которая получает ускорение 1 фут / с 2 , когда к ней прилагается сила в 1 фунт.

В обычной системе США принято выражать «массу» в фунтах; однако при этом необходимо понимать, что мы на самом деле выражаем «вес», который является мерой гравитационной силы, действующей на тело.При таком использовании вес равен массе, когда она подвергается ускорению в g . При изучении динамики, где задействованы силы, массы и ускорения, важно, чтобы мы выразили массу m в слитках тела, вес W был указан в фунтах. То есть м = Вт / г, где г примерно равно 32,174 фут / с 2 .

Иногда математические уравнения обычно выражаются таким образом, что переменная для массы вводится в фунтах.Эти уравнения включают в себя член, который переводит массу из фунтов в правильную единицу — слизняк. При использовании этих формул следует проявлять осторожность, потому что они действительны только при использовании обычных единиц США. При использовании единиц СИ необходимо использовать другое уравнение, не содержащее коэффициента пересчета. Чтобы избежать этой проблемы, все уравнения, используемые на этом веб-сайте, требуют, чтобы масса выражалась в единицах слагов в обычной системе США и килограммах в системе СИ.


Основы СИ: базовые и производные единицы

Для простота понимания и удобство, даны 22 производные единицы СИ специальные имена и символы, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Производные единицы СИ со специальными названиями и обозначениями

Производная единица СИ
Полученное количество Имя Символ Выражение
в терминах
других единиц СИ
Выражение
в терминах
базовых единиц СИ
плоский угол радиан (а) рад м · м -1 = 1 (б)
телесный угол стерадиан (а) ср (в) м 2 · м -2 = 1 (б)
частота герц Гц с -1
сила ньютон N м · кг · с -2
давление, напряжение паскаль Па Н / м 2 м -1 · кг · с -2
энергия, работа, количество тепла джоуль Дж Н · м м 2 · кг · с -2
мощность, лучистый поток ватт Вт Дж / с м 2 · кг · с -3
электрический заряд, количество электроэнергии кулон С с · A
разность электрических потенциалов,
электродвижущая сила
вольт В W / A м 2 · кг · с -3 · A -1
емкость фарад F C / V м -2 · кг -1 · с 4 · A 2
электрическое сопротивление Ом В / А м 2 · кг · с -3 · A -2
Электропроводность siemens S A / V м -2 · кг -1 · с 3 · A 2
магнитный поток Вебер Wb В · с м 2 · кг · с -2 · A -1
плотность магнитного потока тесла Т Вт / м 2 кг · с -2 · A -1
индуктивность генри H Wb / A м 2 · кг · с -2 · A -2
Температура Цельсия градусов Цельсия ° С К
световой поток люмен лм кд · SR (в) м 2 · м -2 · cd = cd
освещенность люкс лк лм / м 2 м 2 · м -4 · cd = m -2 · cd
активность (радионуклида) беккерель Бк с -1
поглощенная доза, удельная энергия (переданная), керма серый Гр Дж / кг м 2 · с -2
эквивалент дозы (г) зиверт Sv Дж / кг м 2 · с -2
каталитическая активность катал кат с -1 · моль
(а) Радиан и стерадиан можно выгодно использовать в выражениях для производных единиц, чтобы различать количества различной природы, но того же размера; некоторые примеры приведены в таблице 4.
(b) На практике символы rad и sr используются там, где уместно, но производная единица «1» обычно опускается.
(c) В фотометрии название единицы стерадиан и единица измерения символ sr обычно сохраняется в выражениях для производных единиц.
(d) Прочие величины, выраженные в зивертах, относятся к окружающей среде. эквивалент дозы, эквивалент направленной дозы, эквивалент индивидуальной дозы, и органная эквивалентная доза.

    Примечание о градусах Цельсия. Производная единица в таблице 3 со специальным названием градус Цельсия и специальный символ ° C заслуживает комментария. Из-за температуры шкалы, которые раньше определялись, остается обычной практикой выражать термодинамические температура, условное обозначение T , по отличию от эталонной температура Т 0 = 273,15 К, ледяная точка. Эта температура разница называется температурой по Цельсию, символом t , и составляет определяется количественным уравнением

    т = т т 0 .

    Единицей измерения температуры по Цельсию является градус Цельсия, символ ° C. В числовое значение температуры Цельсия t , выраженное в градусах Цельсия —

    t / ° C = T / K — 273,15.

    Из определения t следует, что градус Цельсия равен по величине до кельвина, что, в свою очередь, означает, что числовой значение заданной разницы температур или температурного интервала, значение выражается в единицах градуса Цельсия (° C) равно числовое значение той же разницы или интервала, когда его значение выражается в единицах кельвина (К).Таким образом, перепады температур или температура интервалы могут быть выражены либо в градусах Цельсия, либо в кельвинах. используя то же числовое значение. Например, температура по Цельсию разница т и термодинамический перепад температур Т между точкой плавления галлия и тройной точкой воды может записывается как t = 29,7546 ° C = T = 29,7546 К.

Специальные названия и символы 22 производных единиц СИ со специальными названиями и символами приведенные в таблице 3, сами могут быть включены в названия и символы другие производные единицы СИ, как показано в таблице 4.


Таблица 4. Примеры производных единиц СИ, названия и обозначения которых включать производные единицы СИ со специальными названиями и символами

Производная единица СИ
Полученное количество Имя Символ
динамическая вязкость паскаль-секунда Па · с
момент силы Ньютон-метр Н · м
поверхностное натяжение ньютон на метр Н / м
угловая скорость радиан в секунду рад / с
угловое ускорение радиан на секунду в квадрате рад / с 2
плотность теплового потока, энергетическая освещенность ватт на квадратный метр Вт / м 2
теплоемкость, энтропия джоуль на кельвин Дж / К
удельная теплоемкость, удельная энтропия джоуль на килограмм кельвина Дж / (кг · К)
удельная энергия джоуль на килограмм Дж / кг
теплопроводность ватт на метр кельвина Вт / (м · К)
плотность энергии джоуль на кубический метр Дж / м 3
Напряженность электрического поля вольт на метр В / м
плотность электрического заряда кулонов на кубический метр С / м 3
плотность электрического потока кулонов на квадратный метр С / м 2
диэлектрическая проницаемость фарад на метр Ф / м
проницаемость генри на метр Г / м
молярная энергия джоуль на моль Дж / моль
мольная энтропия, мольная теплоемкость джоуль на моль кельвина Дж / (моль · К)
экспозиция (x и лучи) кулонов на килограмм C / кг
Мощность поглощенной дозы серого в секунду Гр / с
интенсивность излучения Вт на стерадиан Вт / ср
сияние ватт на квадратный метр стерадиан Вт / (м 2 · ср)
каталитическая (активность) концентрация катал на кубический метр кат / м 3

Продолжить до префиксов SI

Что такое Ньютон? — Единицы и пояснения — Видео и стенограмма урока

Два уравнения силы

На уроке было введено уравнение силы тяжести.Единицы измерения — кг-м на секунду в квадрате. Второй закон Ньютона связывает силу, массу и ускорение:

F = ma

Единицей массы в системе СИ является килограмм. Ускорение выражается в метрах на секунду в квадрате. Следовательно, единицы силы в обоих уравнениях одинаковы. Урок показал вам, что сила притяжения на планете Земля составляет 9,8 м в секунду в квадрате. Давайте рассмотрим пару ситуаций, в которых используются эти уравнения.

Проблема всемирного закона тяготения

Найдите гравитационную силу на Луне Земли и сравните ее с гравитацией Земли.22. Подставляя эти значения в уравнение, получаем 1,62 кг-м / секунду в квадрате.

Сравнивая это с гравитацией Земли, мы обнаруживаем, что гравитация на Луне составляет примерно 1/6 от этой силы.

Второй закон Ньютона

Это уравнение пригодится в различных ситуациях. В случае свободного падения, когда единственной силой, действующей на объект, является сила тяжести, уравнение принимает следующий вид:

F = mg , где g — ускорение свободного падения.

Эта сила — сила объекта на Земле и вес объекта.

Какой вес у яблока, если его масса 100 грамм?

Преобразуйте 100 граммов в 0,100 кг и умножьте на силу тяжести (0,98 Н). Яблоко этой массы имеет вес около 1 Н.

Проверка на обучение

Выполните следующие расчеты силы. Найдите любую подходящую информацию в Интернете или других источниках.

1. Найдите силу притяжения двух планет ближе к Солнцу, чем Земля.

2. Каков вес (на Земле) следующих объектов: 100-килограммовый человек, 25-килограммовая собака, слон массой 6 000 кг.

Ответы

1. g на Меркурии = 3,70 м / сек в квадрате, g на Венере = 8,87 м / сек в квадрате

2. 980 N, 245 N, 58 800 N

6.2: Сила и масса — Physics LibreTexts

Force

Сила — это любое влияние, которое заставляет объект изменяться в отношении его движения, направления или геометрической конструкции.

цели обучения

  • Разработайте взаимосвязь между массой и ускорением при определении силы

Обзор сил

В физике сила — это любое влияние, которое заставляет объект претерпевать определенные изменения, касающиеся его движения, направления или геометрической конструкции.Он измеряется в системе СИ — Ньютон. Сила — это сила, которая может заставить объект с массой изменять свою скорость, то есть ускоряться, или которая может вызвать деформацию гибкого объекта. Сила также может быть описана интуитивно понятными понятиями, такими как толчок или тяга. Сила имеет как величину, так и направление, что делает ее векторной величиной.

Что такое сила? : Описывает, что такое силы и что они делают.

Качества силы

Первоначальная форма второго закона Ньютона гласит, что результирующая сила, действующая на объект, равна скорости, с которой изменяется его импульс.Этот закон также означает, что ускорение объекта прямо пропорционально чистой силе, действующей на объект, происходит в направлении чистой силы и обратно пропорционально массе объекта.

Как мы уже упоминали, сила — это векторная величина. Вектор — это одномерный массив с элементами как величины, так и направления. В векторе силы масса \ (\ mathrm {m} \) является составляющей величины, а ускорение \ (\ mathrm {a} \) — составляющей направления.Уравнение силы записано:

\ [\ mathrm {F = m⋅a} \]

Понятия, связанные с силой, включают тягу, которая увеличивает скорость объекта; сопротивление, уменьшающее скорость объекта; и крутящий момент, который вызывает изменения скорости вращения объекта. Силы, которые не действуют равномерно на все части тела, также вызывают механические напряжения — технический термин для обозначения воздействий, вызывающих деформацию материи. В то время как механическое напряжение может оставаться внутри твердого объекта, постепенно деформируя его, механическое напряжение в жидкости определяет изменения ее давления и объема.

Динамика

Динамика — это изучение сил, которые заставляют объекты и системы двигаться. Чтобы понять это, нам нужно рабочее определение силы. Наше интуитивное определение силы, то есть толчка или тяги, — хорошее место для начала. Мы знаем, что толчок или притяжение имеют как величину, так и направление (следовательно, это векторная величина) и могут значительно различаться в каждом отношении.

показывает несколько примеров «тяни-толкай» природы силы. Верхний левый пример — это система шкивов.Сила, которую кто-то должен был бы потянуть за кабель, должна была бы равняться и превышать силу, создаваемую массой объекта и действием силы тяжести на этот объект, чтобы система двигалась вверх. Правый верхний пример показывает, что любой объект, лежащий на поверхности, по-прежнему будет оказывать на эту поверхность силу. Нижний пример — это два магнита, притягивающиеся друг к другу под действием магнитной силы.

Примеры силы : Некоторые ситуации, в которых действуют силы.

Масса

Масса — это физическое свойство материи, которое зависит от размера и формы материи и выражается в килограммах в системе СИ.

цели обучения

  • Обоснуйте значение понимания массы в физике

Что такое масса?

Все элементы обладают физическими свойствами, значения которых могут помочь описать физическое состояние элемента. Изменения этих свойств могут описывать элементные преобразования.Физические свойства не меняют химическую природу вещества. Физическое свойство, которое мы покрываем в этом атоме, называется массой.

Масса определяется как количественная мера сопротивления объекта ускорению. Термины «масса» и «вес» часто меняют местами, но это неверно. Вес — это другое свойство материи, которое, хотя и связано с массой, является не массой, а, скорее, величиной гравитационной силы, действующей на данное тело материи. Масса — это внутреннее свойство, которое никогда не меняется.

Единицы массы

Чтобы что-то измерить, необходимо установить стандартное значение, которое будет использоваться по отношению к объекту измерения. Это отношение называется единицей. Международная система единиц (СИ) измеряет массу в килограммах или кг. Существуют и другие единицы массы, в том числе следующие (в системе СИ принимаются только первые две):

  • т — Тонна; 1т = 1000кг
  • u — атомная единица массы; 1u ~ = 1,66 × 10 -27 кг
  • sl — пуля
  • фунт —
  • фунта

Массовые концепции

  • Вес — см.
  • Ньютон Второй закон — масса играет центральную роль в определении поведения тел.2 |} \)

Масса, вес, плотность

Вес объекта определяется как сила тяжести на объекте и может быть рассчитана как масса, умноженная на ускорение свободного падения, w = mg. Поскольку вес — это сила, ее единицей СИ является ньютон.

Для объекта, находящегося в свободном падении, когда на него действует только сила тяжести, выражение для веса следует из второго закона Ньютона.

Вы можете спросить, как и многие, «Почему вы умножаете массу на ускорение свободного падения, когда масса покоится на столе?».Значение g позволяет определить чистую силу тяжести, если было в свободном падении, а чистая сила тяжести равна весу. Другой подход состоит в том, чтобы считать «g» мерой интенсивности гравитационного поля в Ньютонах / кг в вашем местоположении. Вы можете рассматривать вес как меру массы в кг, умноженную на интенсивность гравитационного поля, 9,8 Н / кг при стандартных условиях.

Данные можно ввести в любое из полей ниже. Затем щелкните за пределами поля, чтобы обновить другие количества.

У поверхности Земли, где g = 9,8 м / с 2 :


Килограмм — это единица массы в системе СИ и почти повсеместно используемая стандартная единица массы. Соответствующая единица измерения силы и веса в системе СИ — это Ньютон, при этом 1 килограмм весит 9,8 Ньютона при стандартных условиях на поверхности Земли. Однако в обычных единицах США фунт является единицей силы (и, следовательно, веса). Фунт — широко используемая единица измерения в торговле.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *