Масса и сила в физике кратко

Обновлено: 02.07.2024

Сила — это векторная физическая величина, имеющая направление и численное значение. Как же определить ее численное значение?

Как вы уже знаете, для этого нам необходимо определить единицу измерения — некий эталон, принятый за единицу. За такую единицу можно принять любую силу. Например, силу тяжести, которая действует на какое-то определенное тело.

Также можно принять и силу упругости выбранной пружины, растянутой до некоторой длины. В данном уроке вы узнаете, какую силу приняли за единицу, получите формулу для определения силы тяжести и научитесь ею пользоваться для решения задач.

Единицы силы

Если изменяется скорость тела, то мы можем сказать, что на него действует сила. Итак,

За единицу силы принята сила, которая за время $1 \space c$ изменяет скорость тела массой $1 кг$ на $1 \frac$.

Данная единица называется ньютоном ($1 \space Н$). Она была названа в честь знаменитого английского физика, механика и астронома Исаака Ньютона (рисунок 1).

Рисунок 1. Исаак Ньютон (1642-1727). Портрет сделан в 1689 году.

Часто используются и другие единицы — килоньютон ($кН$) и миллиньютон ($мН$):

$1 \space кН = 1000 \space Н$
$1 \space Н = 0,001 \space кН$,

$1 \space Н = 1000 \space мН$
$1 \space мН = 0,001 \space Н$

Связь между силой тяжести и массой тела. Формула для силы тяжести

Теперь мы знаем единицу измерения силы. Но как ее представить? С чем сравнить? Что это за сила в $1 Н$?

Рассмотрим силу тяжести, равную $1 \space Н$.

Доказано, что с такой силой притягивается к Земле тело массой приблизительно $\frac кг$. Если быть более точными, эта масса составляет $\frac кг$ (около $102 г$). Но чему будет равна сила тяжести, действующая на тело другой массы?

Нам известно, что сила тяжести прямо пропорциональна массе рассматриваемого тела. Если мы возьмем два тела с разными массами, то во сколько раз отличаются друг от друга массы двух тел, во столько же раз будут отличаться силы тяжести, действующие на них.

Теперь используем новую информацию:

На тело массой $\frac кг$ действует сила тяжести в $1 Н$.

Возьмем тело с массой в 2 раза большей — $\frac кг$. Тогда сила тяжести тоже будет в 2 раза больше — $2 Н$.

Очевидно, что на тело с массой $\frac кг$ будет действовать сила тяжести, равная $7 Н$, на тело с массой $\frac кг$ — $7,5 Н$ и т.д.

А теперь возьмем тело с массой $\frac кг$. На него будет действовать сила тяжести, равная $9,8 Н$. Посмотрите внимательнее на массу данного тело: $\frac кг = 1 кг$. Значит,

На тело массой $1 \space кг$ действует сила тяжести, равная $9,8 \space Н$

Значение данной силы, действующей на тело массой $1 \space кг$, можно записать как: $9,8 \space \frac$.

Давайте снова используем свойство прямопропорциональности массы и силы тяжести:

если мы возьмем тело с массой $2 кг$ (а это в 2 раза больше, чем масса $1 кг$), то сила тяжести будет равна $19,6 Н$ ($9,8 Н \cdot 2$)
если мы возьмем тело с массой $3 кг$ (а это в 3 раза больше, чем масса $1 кг$), то сила тяжести будет равна $29,4 Н$ ($9,8 Н \cdot 3$)

Так мы можем продолжать бесконечно, рассматривая тела различных масс. Таким образом,

Чтобы определить силу тяжести, действующую на тело любой массы, нужно $9,8 \frac$ умножить на массу выбранного тела:

$$F_ = 9,8 \frac \cdot m$$

Величину $9,8 \frac$ обозначают буквой $g$ и называют ускорением свободного падения.

Так мы получили формулу для силы тяжести:

$$F_ = gm$$

Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то мы получим формулу для веса тела:

$$P = F_ = gm$$

Примеры задач

Если для решения задачи не требуется особой точности, $g = 9,8 \frac$ округляют до $g = 10 \frac$. Если в тексте задачи нет информации о точности или используемой величине ускорения свободного падения, то используется $g = 9,8 \frac$.

На столе лежит книга массой $700 г$. Определите силу тяжести и вес книги. Покажите эти силы на рисунке. При рассчетах используйте скорение свободного падение равное $10 \frac$.

Дано:

СИ:
$0,7 кг$

Показать решение и ответ

Решение:

Используем формулы: $F_ = gm$ и $P = gm$.

$F_ = P \approx 10 \frac \cdot 0,7 кг = 7 Н$.

Чтобы изобразить эти силы графически, нужно выбрать масштаб (рисунок 2). Пусть $1 Н$ будет равен отрезку $0,5 см$. Тогда сила в $7 Н$ будет изображаться отрезком длиной $3,5 см$. Сила тяжести у нас приложена к телу и направлена вертикально вниз, а вес — к опоре и направлен перпендикулярно ей (в данном случае вертикально вниз).

Рисунок 2. Графическое изображение найденных силы тяжести и веса книги на столе (одно деление на отрезке силы тяжести/веса равно $1 см$).

Ответ: $F_ = P = 7 Н$.

Найдите вес воды объемом $4 дм^3$. Вода находится в неподвижном сосуде.

Для решения этой задачи найдем табличное значение плотности воды — $1000 \frac$.

Переведем объем, выраженный в $дм^3$, в $м^3$:

$4 дм^3 = 4 \cdot 1 дм \cdot 1 дм \cdot 1 дм = 4 \cdot 0,1 м \cdot 0,1 м \cdot 0,1 м = 4 \cdot 0,001 м^3 = 0,004 м^3$.

Теперь можно записать условия задачи и решить ее.

Дано:

СИ:

Показать решение и ответ

Решение:

Формула для определения весы имеет вид: $P = gm$.

Массу воды мы можем определить, зная ее плотность и объем: $m = \rho V$.

Подставим в формулу для определения веса: $P = gm = g \rho V$.

$P = 9,8 \frac \cdot 1000 \frac \cdot 0,004 м^3 = 39,2 Н$.

Люстра, подвешенная к потолку, действует на него с силой $63,7 Н$. Найдите массу люстры.

Для того чтобы верно записать условия задачи, нужно понимать как люстра действует на потолок. Люстра неподвижна, значит, речь идет о весе.

Дано:

Показать решение и ответ

Решение:

Итак, люстра действует на потолок своим весом. На люстру же действует сила тяжести, численно равная весу люстры.

Си́ла — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций и напряжений.

Если понравился мой ответ, то нажми "лучший ответ" :)

Масса это характеристика тела . одна из
А сила это импульс движения переданный телу со стороны другого тела (или их кучи) за единицу времени.

сила - результат взаимодействия между телами, масса - мера инертности тела. сила равна массе умноженной на ускорение - это закон Ньтона

Масса - выдуманная и навязанная всем величина. Чтобы любое тело перемещалось, нужно чтобы на него действовала сила. И чем плотней тело, тем больше взаимодействие с силой и больше отклоняется стрелка весов. Притяжение никак не объясняет ничего. А если рассмотреть придавливание неким потоком, пронизывающем все насквозь, но все же оказывающем механическое воздействие на тела, то тогда многое объясняется.

Мы знаем, что тело может двигаться равномерно и прямолинейно. В таком случае его скорость постоянна и не меняется по величине и направлению. Если же скорость тела меняет величину или величину и направление, то тело движется с определенным ускорением a → .

С точки зрения кинематики нас не интересует, почему тело движется тем или иным образом. Динамика в физике, наоборот, рассматривает взаимодействие тел как причину, которая определяет характер движения.

Взаимодействие тел определяет характер движения.

Динамика - раздел механики, в котором изучаются законы взаимодействия тел.

1 закон Ньютона

Законы динамики были сформулированы Исааком Ньютоном и опубликованы в 1687 году. Три закона Ньютона составляют основу классической механики, которая на протяжении нескольких столетий (вплоть до 20 века) главенствовала, как основная научная парадигма.

Классическая механика справедлива для тел, движущихся с малыми скоростями (скоростями, которые значительно меньше скорости света). Вообще законы Ньютона были выведены путем эмпирических наблюдений и обобщения опытных фактов.

Представим изолированное тело, на которое не действуют никакие другие тела. Это самая простая механическая система. Для описания движения тела необходима система отсчета.

Напомним, что система отсчета - это тело отсчета и связанные с ним системы координат и часов (отсчета времени). Причем в разных системах отсчета движение тела будет разным.

Сформулируем первый закон Ньютона. Он говорит о существовании так называемых инерциальных систем отсчета (ИСО) и называете также законом инерции. Существуют разные определения первого закона Ньютона.

Первый закон Ньютона

Существуют системы отсчета, называемые инерциальными. В таких системах отсчета тела движутся равномерно и прямолинейно или покоятся, если на них не действуют другие тела или если их действие скомпенсировано.

Инерция - это свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии на него воздействий со стороны других тел. Именно поэтому второе название первого закона Ньютона - закон инерции.

Первая формулировка закона инерции была выведена еще Галилео Галилеем в 1632 году. Ньютон лишь обобщил его выводы.

В классической механике законы движения формулируются для инерциальных систем отсчета.

При описании движения тел у поверхности Земли системы отсчета, связанные с Землей, можно приблизительно считать и инерциальными. Отклонения от закона инерции обнаруживаются при повышении точности экспериментов и обусловлены вращением Земли вокруг своей оси.

Приведем пример, иллюстрирующий неинерциальность системы отсчета, связанной с Землей. Рассмотрим колебания маятника Фуко. Это массивный шар, подвешенный на длинной нити и совершающий малые колебания относительно положения равновесия.

Плоскость колебаний маятника Фуко относительно Земли не остается неизменной вследствие вращения Земли. Проекция траектории маятника на поверхность Земли имеет вид розетки. Будь система инерциальной, плоскость качения маятника относительно Земли оставалась бы неизменной.

Еще одна система, которую можно приближенно принять за инерциальную - гелиоцентрическая система отсчета. Начало координат в ней помещено в центр Солнца, а оси направлены на отдаленные звезды. Эта система отсчета еще называется системой Коперника. Именно ее использовал Ньютон при выводе закона Всемирного тяготения (1682 г.).

Система отсчета, связанная с поездом, который с постоянной скоростью движется по прямым рельсам, также может считаться инерциальной. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно.

Что является причиной изменения скорости тела в инерциальной системе отсчета? Согласно первому закону Ньютона, это взаимодействие с другими телами. Чтобы количественно описать движение тела и взаимодействие его с другими телами, необходимо ввести понятия массы и силы.

Масса

Масса - физическая величина, мера инертности тела. Чем больше масса, тем больше инертность.

Единица измерения массы в международной системе СИ - килограмм (кг).

Масса в физике - скалярная и аддитивная величина.

Это значит, что если тело состоит из нескольких частей массами m 1 , т 2 , т 3 , . . , т n , то его общая масса будет равна сумме масс составных частей: m = m 1 + т 2 + т 3 + . . + т n .

Вы наверняка замечали, что разные тела по-разному меняют свою скорость. Тяжелый грузовик остановить гораздо сложнее, чем игрушечную машинку, так как он обладает большей массой и, соответственно, инертностью.

В результате взаимодействия двух тел меняются их скорости. Это значит, что в процессе взаимодействия тела приобретают ускорения. При любых воздействиях отношение ускорений двух тел остается постоянным. При этом, массы тел обратно пропорциональны ускорениям, которые они приобретают.

m 1 m 2 = - a 2 a 1

Здесь a 1 и a 2 - проекции векторов ускорений a 1 → и a 2 → на ось OX. Знак минус означает, что ускорения тел направлены в противоположные стороны.

Какие есть способы измерения массы тела? Самый простой и очевидный - сравнить массу тела с массой эталона. В системе СИ, как уже говорилось, m э т = 1 к г .

Сила - векторная физическая величина, количественная мера взаимодействия тел.

В системе СИ сила измеряется в Ньютонах (Н).

Именно сила - причина изменения движения тела. На тело может действовать несколько сил, которые имеют различную физическую природу. Например, сила тяжести, сила трения скольжения и сила трения качения, сила упругости и т.д.

Равнодействующая сила - векторная сумма всех сил, действующих на тело.

Как измерить силу? Необходимо установить эталон силы и найти способ сравнить другие силы с этим эталоном.

В качестве эталона можно использовать, например, силу, с которой растянутая до определенной величины пружина действует на прикрепленное к ней тело. Способ сравнения сил очень прост: если под действием двух сил (измеряемой F → и эталонной F → 0 ) тело движется равномерно или покоится, то эти силы равны по модулю.

Если измеряемая сила больше эталонной, то можно добавить еще одну эталонную пружину. При соблюдении условий, указанных выше, можно сказать, что в таком случае

Для сравнения сил, меньших чем 2 F 0 , можно использовать схему, приведенную ниже.

Эталон силы (единица измерения)

За эталон силы в международной системе СИ принята сила в 1 Ньютон. Это такая сила, которая сообщает телу массой 1 килограмм ускорение, равное 1 м с 2 .

Прибор для измерения силы - динамометр. По сути, это пружина, откалиброванная специальным образом. При растяжении пружины приложенная сила указывается на шкале динамометра.

Сила- векторная физическая величина, являющаяся мерой воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций и напряжений.

Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и точкой приложения силы. Также используется понятие линия действия силы, обозначающее проходящую через точку приложения силы прямую, вдоль которой направлена сила.

Масса — это свойство физических тел противостоять ускорению. Масса, в отличие от веса, не изменяется в зависимости от окружающей среды и не зависит от силы притяжения планеты, на которой находится это тело. Массу m определяют при помощи второго закона Ньютона, по формуле: F = ma, где F — это сила, а a — ускорение.

В СТО масса тела m определяется из уравнения релятивистской динамики:

где E — полная энергия свободного тела, p— его импульс, c—скорость света.

Определённая выше масса является релятивистским инвариантом, то есть она одна и та же во всех системах отсчёта. Если перейти в систему отсчёта, где тело покоится, то — масса определяется энергией покоя.

Вес— это сила, действующая на тело благодаря притяжению между телами и планетами. Вес также можно вычислить по второму закону Ньютона: P= mg, где m — это масса, а g — ускорение свободного падения. Это ускорение возникает благодаря силе притяжения планеты, вблизи которой находится тело, и его величина также зависит от этой силы.

14.Основные единицы системы СИ.

семь единиц измерения основных величин Международной системы величин, принятые Генеральной конференцией по мерам и весам. Основными величинами Международной системы величин являются длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Единицы измерения для них — основные единицы СИ — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела, соответственно

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся ускорением этой точки. Второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта.

Масса материальной точки при этом полагается величиной постоянной во времени и независящей от каких-либо особенностей её движения и взаимодействия с другими телами.

Современная формулировка: В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.

1 Н (ньютон) – сила, которая массе 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 2 в направлении действия силы:

1 Н = 1 кг*м/с 2

В СТО масса тела m определяется из уравнения релятивистской динамики:

где E — полная энергия свободного тела, p— его импульс, c—скорость света.

14.Основные единицы системы СИ.

Второй закон Ньютона

1 Н (ньютон) – сила, которая массе 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 2 в направлении действия силы:

1 Н = 1 кг*м/с 2

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Читайте также: