Сила (физическа величина). Единици за мощност. Динамометър

Всички сме свикнали в живота да използваме думата сила в сравнително описание, казвайки, че мъжете са по-силни от жените, тракторът е по-силен от кола, лъвът е по-силен от антилопа.

Силата във физиката се определя като мярка за промяната в скоростта на тялото, която възниква, когато телата взаимодействат. Ако силата е мярка и можем да сравним прилагането на различни сили, тогава тя е физическа величина, която може да бъде измерена. В какви единици се измерва силата?

Силови единици

В чест на английския физик Исак Нютон, който е направил огромни изследвания в природата на съществуването и използването на различни видове сила, 1 нютон (1 N) е приет като единица за сила във физиката. Какво е сила от 1 N?Във физиката човек не просто избира мерни единици, но прави специално споразумение с онези единици, които вече са приети.

От опит и експерименти знаем, че ако едно тяло е в покой и върху него действа сила, то тялото под въздействието на тази сила променя скоростта си. Съответно, за измерване на силата беше избрана единица, която да характеризира промяната в скоростта на тялото. И не забравяйте, че има и маса на тялото, тъй като е известно, че при една и съща сила ударът върху различни обекти ще бъде различен. Можем да хвърлим топката надалеч, но калдъръмът ще отлети на много по-малко разстояние. Тоест, като вземем предвид всички фактори, стигаме до определението, че сила от 1 N ще бъде приложена към тялото, ако тяло с маса 1 kg под въздействието на тази сила промени скоростта си с 1 m / s за 1 секунда.

Гравитационна единица

Интересуваме се и от единицата за гравитация. Тъй като знаем, че Земята привлича към себе си всички тела на повърхността си, значи има сила на привличане и тя може да бъде измерена. И отново знаем, че силата на привличане зависи от масата на тялото. Колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-силно Земята го привлича. Експериментално е установено, че Силата на гравитацията, действаща върху тяло с маса 102 грама, е 1 N.А 102 грама са приблизително една десета от килограма. И за да бъдем по-точни, ако 1 кг се раздели на 9,8 части, тогава ще получим приблизително 102 грама.

Ако върху тяло с тегло 102 грама действа сила от 1 N, то върху тяло с тегло 1 kg действа сила от 9,8 N. Ускорението на свободното падане се обозначава с буквата g. И g е 9,8 N/kg. Това е силата, която действа върху тяло с маса 1 kg, ускорявайки го всяка секунда с 1 m / s. Оказва се, че падащо от голяма височина тяло набира много висока скорост по време на полета. Защо тогава снежинките и дъждовните капки падат съвсем спокойно? Те имат много малка маса и земята ги дърпа към себе си много слабо. И съпротивлението на въздуха за тях е доста голямо, така че те летят към Земята с не много висока, по-скоро същата скорост. Но метеоритите, например, когато се приближават до Земята, набират много голяма скорост и при кацане се образува прилична експлозия, която зависи съответно от размера и масата на метеорита.

Вече знаем, че физическото количество, наречено сила, се използва за описание на взаимодействието на телата. В този урок ще разгледаме по-отблизо свойствата на тази величина, мерните единици за сила и уреда, който се използва за нейното измерване – с динамометър.

Тема: Взаимодействие на телата

Урок: Единици за сила. Динамометър

Първо, нека си припомним какво е сила. Когато друго тяло действа върху едно тяло, физиците казват, че върху това тяло действа сила от другото тяло.

Силата е физична величина, която характеризира действието на едно тяло върху друго.

Силата се обозначава с латинска буква Е, а единицата за сила в чест на английския физик Исак Нютон се нарича нютон(пишем с малка буква!) и се обозначава с Н (пишем с главна буква, тъй като единицата носи името на учения). Така,

Заедно с нютона се използват кратни и подкратни единици за сила:

килонютон 1 kN = 1000 N;

меганютон 1 MN = 1000000 N;

милинютон 1 mN = 0,001 N;

микронютон 1 µN = 0,000001 N и т.н.

Под действието на сила скоростта на тялото се променя. С други думи, тялото започва да се движи не равномерно, а ускорено. По-точно, равномерно ускорено: за равни интервали от време скоростта на тялото се променя еднакво. Точно промяна на скоросттафизиците използват тела под въздействието на сила, за да определят единицата за сила в 1 N.

Мерните единици на новите физични величини се изразяват чрез така наречените основни единици - единици за маса, дължина, време. В системата SI това е килограм, метър и секунда.

Нека, под действието на някаква сила, скоростта на тялото с тегло 1 кгпроменя скоростта си 1 m/s за всяка секунда. Именно тази сила се приема за 1 нютон.

един нютон (1 N) е силата, под която телесната маса 1 кг променя скоростта си на 1 m/s всяка секунда.

Експериментално е установено, че силата на гравитацията, действаща близо до повърхността на Земята върху тяло с маса 102 g, е 1 N. Масата на 102 g е приблизително 1/10 kg, или по-точно,

Но това означава, че тяло с маса 1 kg, тоест тяло 9,8 пъти по-голямо по маса, ще има гравитационна сила от 9,8 N в близост до повърхността на Земята.Така, за да намерим силата на гравитацията, действаща върху тяло с всякаква маса, трябва да умножите стойността на масата (в kg) по коефициента, който обикновено се обозначава с буквата ж:

Виждаме, че този коефициент е числено равен на силата на гравитацията, която действа върху тяло с маса 1 kg. Носи името ускорение на гравитацията . Произходът на името е тясно свързан с определението за сила от 1 нютон. В крайна сметка, ако върху тяло с маса 1 kg действа сила от 9,8 N, а не 1 N, тогава под въздействието на тази сила тялото ще промени скоростта си (ускори) не с 1 m / s, а с 9,8 m/s всяка секунда. В гимназията този въпрос ще бъде разгледан по-подробно.

Сега можете да напишете формула, която ви позволява да изчислите силата на гравитацията, действаща върху тяло с произволна маса м(Фиг. 1).

Ориз. 1. Формула за изчисляване на гравитацията

Трябва да знаете, че ускорението на свободното падане е равно на 9,8 N/kg само на повърхността на Земята и намалява с височината. Например на височина от 6400 км над Земята е 4 пъти по-малко. Въпреки това, когато решаваме проблеми, ние ще пренебрегнем тази зависимост. Освен това гравитацията действа и върху Луната и други небесни тела, а за всяко небесно тяло ускорението на свободното падане има своя собствена стойност.

На практика често се налага измерване на сила. За това се използва устройство, наречено динамометър. Основата на динамометъра е пружина, към която се прилага измерима сила. Всеки динамометър, в допълнение към пружината, има скала, върху която са нанесени стойностите на силата. Един от краищата на пружината е снабден със стрелка, която показва върху скалата каква сила е приложена към динамометъра (фиг. 2).

Ориз. 2. Динамометърно устройство

В зависимост от еластичните свойства на пружината, използвана в динамометъра (от нейната твърдост), под действието на същата сила, пружината може да се удължи повече или по-малко. Това позволява производството на динамометри с различни граници на измерване (фиг. 3).

Ориз. 3. Динамометри с граници на измерване 2 N и 1 N

Има динамометри с граница на измерване от няколко килонютона и повече. Те използват пружина с много голяма твърдост (фиг. 4).

Ориз. 4. Динамометър с граница на измерване 2 kN

Ако товар е окачен на динамометър, тогава масата на товара може да се определи от показанията на динамометъра. Например, ако динамометър с окачен на него товар показва сила от 1 N, тогава масата на товара е 102 g.

Нека обърнем внимание на факта, че силата има не само числова стойност, но и посока. Такива величини се наричат векторни величини. Например, скоростта е векторна величина. Силата също е векторна величина (те също казват, че силата е вектор).

Разгледайте следния пример:

Тяло с маса 2 kg е окачено на пружина. Необходимо е да се изобрази силата на гравитацията, с която Земята привлича това тяло, и теглото на тялото.

Припомнете си, че гравитацията действа върху тялото, а теглото е силата, с която тялото действа върху окачването. Ако окачването е неподвижно, тогава числената стойност и посоката на тежестта са същите като тези на гравитацията. Теглото, подобно на гравитацията, се изчислява по формулата, показана на фиг. 1. Маса от 2 kg трябва да се умножи по ускорението на свободното падане от 9,8 N/kg. При не твърде точни изчисления ускорението на свободното падане често се приема за 10 N / kg. Тогава силата на гравитацията и теглото ще бъдат приблизително равни на 20 N.

За да се покажат векторите на гравитацията и теглото на фигурата, е необходимо да изберете и покажете на фигурата мащаба под формата на сегмент, съответстващ на определена стойност на силата (например 10 N).

Тялото на фигурата е изобразено като топка. Точката на приложение на гравитацията е центърът на тази топка. Изобразяваме силата като стрелка, чието начало се намира в точката на приложение на силата. Нека насочим стрелката вертикално надолу, тъй като гравитацията е насочена към центъра на Земята. Дължината на стрелката, в съответствие с избрания мащаб, е равна на два сегмента. До стрелката изобразяваме буквата , която обозначава силата на гравитацията. Тъй като посочихме посоката на силата на чертежа, над буквата е поставена малка стрелка, за да подчертае това, което изобразяваме. векторразмер.

Тъй като тежестта на тялото е приложена към кардана, ние поставяме началото на стрелката, представляваща тежестта, в долната част на кардана. При рисуване спазваме и мащаба. След това поставяме буквата, обозначаваща теглото, като не забравяме да поставим малка стрелка над буквата.

Пълното решение на задачата ще изглежда така (фиг. 5).

Ориз. 5. Формализирано решение на проблема

Още веднъж обърнете внимание на факта, че в проблема, разгледан по-горе, числовите стойности и посоките на гравитацията и теглото се оказаха еднакви, но точките на приложение бяха различни.

Има три фактора, които трябва да се вземат предвид при изчисляване и показване на сила:

числената стойност (модул) на силата;

посоката на силата

точка на прилагане на сила.

Силата е физическа величина, която описва действието на едно тяло върху друго. Обикновено се обозначава с буквата Е. Единицата за сила е нютон. За да се изчисли стойността на гравитацията, е необходимо да се знае ускорението на свободното падане, което на повърхността на Земята е 9,8 N/kg. С такава сила Земята привлича тяло с маса 1 кг. При изобразяване на сила е необходимо да се вземе предвид нейната числена стойност, посока и точка на приложение.

Библиография

Перишкин А. В. Физика. 7 клетки - 14-то изд., стереотип. - М.: Дропла, 2010.
Перишкин А. В. Сборник задачи по физика, 7-9 клетки: 5-то издание, стереотип. - М: Изпитно издателство, 2010 г.
Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задачи по физика за 7-9 клас на учебните заведения. - 17-то изд. - М.: Просвещение, 2004.

Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().
Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().
Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().

Домашна работа

Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задачи по физика за 7-9 клас № 327, 335-338, 351.

Билети за изпит по физика

9 клас

Билет номер 1

механично движение. Пътека. Скорост, ускорение.

Измерване на тока през резистор и напрежението върху него, изчисляване на съпротивлението на жичен резистор.

Задачата е да се изчисли количеството топлина, необходимо за загряване на тялото.

механично движение- промяна на положението на тялото в пространството спрямо други тела във времето.

Пътека- дължината на траекторията, по която тялото се движи за известно време. Означава се с буквата s и се измерва в метри (m). Изчислява се по формулата

Скоросте векторна величина, равна на отношението на пътя към времето, за което този път е изминат. Определя както скоростта на движение, така и посоката му в даден момент. Означава се с буква ʋ или

и се измерва в метри в секунда (). Изчислява се по формулата

Ускорение с равномерно ускорено движениее векторна величина, равна на отношението на промяната в скоростта към интервала от време, през който е настъпила тази промяна. Определя скоростта на промяна на скоростта по големина и посока. Означава се с буква аили

и се измерва в метри в секунда на квадрат (). Изчислява се по формулата

Билет номер 2

Феноменът на инерцията. Първият закон на Нютон. Сила и състав на силите. Втори закон на Нютон.

Измерване на ток и напрежение в различни части на веригата с последователно (паралелно) свързване на проводници, анализ на резултатите.

Задача за изчисляване на влажността на въздуха.

Явлението на запазване на скоростта на тялото при липса на действие на други тела се нарича инерция.

Първи закон на Нютон: има референтни системи, по отношение на които телата запазват скоростта си непроменена, ако върху тях не действат други тела.

Наричат се референтни системи, при които се изпълнява законът на инерцията инертен.

Референтни системи, при които законът за инерцията не е изпълнен - неинертен.

Сила- векторно количество. И това е мярка за взаимодействието на телата. Означава се с буква Еили

и се измерва в нютони (N)

Нарича се сила, която оказва същото въздействие върху тялото като няколко едновременно действащи сили резултат от тези сили .

Резултатът от силите, насочени по една права линия в една посока, е насочен в същата посока и нейният модул е равен на сумата от модулите на съставните сили.

Резултатът от силите, насочени по една права линия в противоположни посоки, е насочен към по-голямата сила по абсолютна стойност, а нейният модул е равен на разликата между модулите на компонентните сили.

Колкото по-голяма е резултатната от силите, приложени към тялото, толкова по-голямо е ускорението на тялото. При намаляване на силата наполовина се намалява и ускорението, т.е.

означава, ускорението, с което се движи тяло с постоянна маса, е правопропорционално на силата, приложена към това тяло, в резултат на което възниква ускорението.

При удвояване на телесното тегло ускорението намалява наполовина, т.е.

. означава, ускорението, с което едно тяло се движи с постоянна сила, е обратно пропорционално на масата на това тяло.

Количествената връзка между масата на тялото, ускорението и резултата от силите, приложени към тялото, се нарича Втори закон на Нютон.

Втори закон на Нютон: ускорението на тялото е правопропорционално на резултата сили, приложени към тялото и обратно пропорционални на масата му.

Математически вторият закон на Нютон се изразява с формулата:

Билет номер 3

Третият закон на Нютон. Пулс. Закон за запазване на импулса. Обяснение на реактивното задвижване въз основа на закона за запазване на импулса.

Измерване на силата на тока, преминаващ през електрическата крушка, и напрежението върху нея, изчисляване на мощността на електрическия ток.

Задача за съставяне на уравнението на ядрена реакция.

Трети закон на Нютон: силите, с които две тела действат едно върху друго, са еднакви по големина и противоположни по посока.

Математически третият закон на Нютон се изразява по следния начин:

инерция на тялото- векторна величина, равна на произведението на масата на тялото и неговата скорост. Означава се с буква

и се измерва в килограми на метър в секунда (). Изчислява се по формулата -

закон за запазване на импулса: сумата от импулсите на телата преди взаимодействието е равна на сумата след взаимодействието.

Нека разгледаме реактивното задвижване, базирано на движението на балон с въздушна струя, излизаща от него.

Съгласно закона за запазване на импулса, общият импулс на система, състояща се от две тела, трябва да остане същият, какъвто е бил преди началото на изтичането на въздух, т.е. равно на нула. Следователно топката започва да се движи в посока, обратна на въздушната струя, със същата скорост, при която нейният импулс е равен на модула на импулса на въздушната струя.

Билет номер 4

Земно притегляне. Свободно падане. Ускорение на гравитацията. Законът за всемирното притегляне.

Измерване на силата на тока, преминаващ през резистора, и напрежението върху него, начертаване на зависимостта на силата на тока от напрежението.

Задачата е да се определи крайната температура при смесване на топла и студена вода.

Земно притегляне- силата, с която Земята привлича тялото към себе си. Означено

или

Свободно падане- движението на телата под въздействието на гравитацията.

, ,

На дадено място на Земята всички тела, независимо от техните маси и други физически характеристики, свободно падат с еднакво ускорение.

Това ускорение се нарича ускорение на свободно паданеи се отбелязва с буквата

или . То

Закон на гравитацията: всеки две тела се привличат едно към друго със сила, право пропорционална на масата на всяко от тях и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.

G - Гравитационна константа

G \u003d 6,67 10 -11 N m 2 / kg 2

Билет номер 5

Еластична сила. Обяснение на устройството и принципа на действие на динамометъра. Сила на триене.

Триене в природата и техниката.

Наблюдение на магнитното действие на постоянен ток. Поставяне на качествени експерименти за изследване на зависимостта на посоката на магнитното поле от посоката и големината на тока.

Задача за изчисляване на масата на тялото по неговата плътност.

Силата, която възниква в тялото в резултат на неговата деформация и се стреми да върне тялото в първоначалното му положение, се нарича еластична сила. Означено

. Намира се по формулата. .

Динамометър- уред за измерване на сила.

Основната част на динамометъра е стоманена пружина, на която се придава различна форма в зависимост от предназначението на уреда. Устройството на най-простия динамометър се основава на сравнението на всяка сила с еластичната сила на пружината.

Когато едно тяло влезе в контакт с друго, възниква взаимодействие, което предотвратява тяхното относително движение, което се нарича триене.И силата, която характеризира това взаимодействие, се нарича сила на триене.Има статично триене, триене при плъзгане и триене при търкаляне.

Без триенето на покой нито хората, нито животните биха могли да ходят по земята, т.к. Когато ходим, ние се отблъскваме от земята с краката си. Ако нямаше триене, предметите щяха да се изплъзват от ръцете. Силата на триене спира колата при спиране, но без статично триене тя не би могла да започне да се движи. В много случаи триенето е вредно и трябва да се справим с него. За да се намали триенето, контактните повърхности са направени гладки и между тях е въведена смазка. За да се намали триенето на въртящите се валове на машини и металорежещи машини, те се поддържат на лагери.

Билет номер 6

налягане. Атмосферно налягане. Закон на Паскал. Закон на Архимед.

Наблюдение на различни начини за получаване на индукционен ток. Поставяне на качествени експерименти, но промяна на големината и посоката на индукционния ток.

Задача за изчисляване на механична работа.

Тема: Взаимодействие на телата

Урок: Единици за сила. Динамометър

Силата е физична величина, която характеризира действието на едно тяло върху друго.

Заедно с нютона се използват кратни и подкратни единици за сила:

килонютон 1 kN = 1000 N;

меганютон 1 MN = 1000000 N;

милинютон 1 mN = 0,001 N;

микронютон 1 µN = 0,000001 N и т.н.

един нютон (1 N) е силата, под която телесната маса 1 кг променя скоростта си на 1 m/s всяка секунда.

Ориз. 1. Формула за изчисляване на гравитацията

Ориз. 2. Динамометърно устройство

Ориз. 3. Динамометри с граници на измерване 2 N и 1 N

Ориз. 4. Динамометър с граница на измерване 2 kN

Разгледайте следния пример:

Пълното решение на задачата ще изглежда така (фиг. 5).

Ориз. 5. Формализирано решение на проблема

Има три фактора, които трябва да се вземат предвид при изчисляване и показване на сила:

числената стойност (модул) на силата;

посоката на силата

точка на прилагане на сила.

Библиография

Перишкин А. В. Физика. 7 клетки - 14-то изд., стереотип. - М.: Дропла, 2010.
Перишкин А. В. Сборник задачи по физика, 7-9 клетки: 5-то издание, стереотип. - М: Изпитно издателство, 2010 г.
Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задачи по физика за 7-9 клас на учебните заведения. - 17-то изд. - М.: Просвещение, 2004.

Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().
Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().
Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().

Домашна работа

Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задачи по физика за 7-9 клас № 327, 335-338, 351.

Инструкция

Мускулната сила може да се определи с помощта на динамометри с различни конструкции. Силата на мускулите на ръката се определя от динамометъра Collen. Динамометърът се поставя върху дланта и се стиска с пръсти с максимално усилие. Резултатът върху и е показател за сила. При различни позиции на лакътната става силата на мускулите на ръката се променя. Тя ще бъде по-висока при свободно положение на лакътната става с ъгъл 160-170 градуса спрямо рамото. В огънато състояние (10-15 градуса) индикаторът за якост ще намалее, а в максимално разтегнато (190-200 градуса) ще стане минимален. Според множество изследвания щангистите имат най-високи показатели за сила. Силата на екстензорите на тялото се измерва с настолен динамометър. Комплексните настройки на динамометъра могат да се използват за измерване на почти всички големи човешки мускули: бедрени флексори и екстензори, раменни мускули, флексори на тялото и др. Спортните диспансери са оборудвани с динамометри за проследяване на динамиката на растеж на физическите показатели.

Във фитнеса динамичната сила на мускулите се определя от максималното представяне в дадено упражнение. В тежка категория силата се разкрива в две състезателни упражнения - изтръгване и чист и удар. В силовия трибой - лежанка, клек и мъртва тяга. Натоварването на мускулите в два вида е различно, тъй като за да се извърши дръпване, е необходимо също да се даде ускорение на снаряда, да се покаже експлозивна сила.

Ако не сте нов във вдигането на тежести и редовно посещавате поне фитнес залата, тогава можете сами да измерите динамичната сила на мускулите. Първо загрейте добре с празна лента (направете 10-12 повторения), след това постепенно добавяйте тежест и намалете броя на повторенията. Когато почувствате, че теглото на щангата е близо до границата, направете 1 повторение и добавяйте малко повече дискове с всеки нов подход. Не забравяйте да използвате застраховка за упражнения като клек и лежанка. Застраховката се извършва от обучени състезатели от двете страни. Когато правите клекове и мъртва тяга, не забравяйте да носите колан и да държите гърба си изправен.

Полезни съвети

В зависимост от времето на деня и физическото състояние на човек, показателите за сила могат да варират, така че тестването се извършва най-добре през деня след 2-3 дни почивка от физическо натоварване.

Теглото човеке една от най-важните му физически характеристики. В крайна сметка както поднорменото, така и наднорменото тегло водят до здравословни проблеми с течение на времето. За да изчислите правилно оптималното тегло човектрябва да се вземат предвид много различни фактори. Най-важното е възможно най-бързо да започнете да "работите върху грешките" в храненето и начина на живот.

Ще имаш нужда

Везни, стадиомер

Инструкция

Традиционният подход за изчисляване на теглото е да се използват общоприети съотношения между височина и тегло. Има един, който ви казва какво тегло е оптимално за определена височина. Удобството на това е, че правилното тегло може да бъде изчислено много. Има още по-опростен подход за изчисляване на нормалното тегло за човекот него. Това е така нареченият Лоренц.

Първо се нуждаете от растеж (трябва да направите това възможно най-точно, за предпочитане с помощта на медицински ръстомер). Изчисляването на оптималното тегло по формулата на Лоренц е най-простото. Трябва да се отнеме човексто в сантиметри и извадете разликата от тази стойност (височина в сантиметри "минус" 150), разделена на 2. За да опростите изчисляването на оптималното тегло и да не правите грешки в изчисленията, можете да използвате специални програми. Интерфейсът на един от тях е показан на фигурата.