"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Сила — физическая величина, которая показывает, как одно тело действует на другое. Под действием силы тело может начать двигаться, изменить скорость или направление движения, а также изменить форму. Сила возникает при взаимодействии тел и описывается не только числом: нужно учитывать направление и место приложения. Её обозначают буквой F, измеряют в ньютонах с помощью динамометра и изображают стрелкой. Понимание силы помогает объяснить движение, падение, трение и деформацию тел.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сила — физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое. Это действие может изменить скорость тела или вызвать его деформацию, то есть изменение формы. Например, толчок приводит мяч в движение, а сжатие пружины меняет её длину. Понятие силы нужно, чтобы описывать, как взаимодействуют тела и к каким изменениям это приводит.
Силу обозначают латинской буквой F. У силы есть числовое значение, которое называют модулем, и направление. Одного числа недостаточно: толчки одинаковой величины в разные стороны могут по-разному изменить движение. Обозначение F помогает записывать силу в формулах и различать её с другими физическими величинами.
Единица силы — ньютон, сокращённо Н. Один ньютон — это сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с². Такое определение связывает силу с изменением движения тела и позволяет сравнивать результаты измерений. Значение силы записывают вместе с единицей, например 4 Н.
Динамометр — прибор для измерения силы. Внутри него находится пружина: сила растягивает или сжимает её, а величина деформации связана с показанием шкалы. Прибор нужен, чтобы не оценивать силу на глаз, а получить её измеренное значение. Шкалу динамометра обычно размечают в ньютонах.
Сила возникает при взаимодействии тел: если одно тело действует на другое, то и второе действует на первое. При непосредственном контакте это происходит, например, когда рука толкает дверь или ракетка ударяет по мячу. Взаимодействие возможно и без соприкосновения: Земля притягивает падающий предмет, а магнит действует на железный гвоздь на расстоянии. Понятие силы позволяет описывать результат такого взаимодействия, даже если тела не касаются друг друга.
Действие силы может изменить движение тела или его форму. Если неподвижный мяч толкнуть, он начнёт двигаться; если движущийся мяч поймать, его скорость уменьшится до нуля. Сила также может изменить направление движения, например при ударе по летящему мячу сбоку. Когда на тело нажимают или его растягивают, возникает деформация: причина изменения формы — действие силы.
Чтобы описать силу полностью, указывают её модуль, направление и точку приложения — место, где сила действует на тело. Модуль показывает, насколько велика сила, направление помогает понять, в какую сторону она действует, а точка приложения влияет на результат. Например, дверь легче открыть, если толкнуть её за ручку, а не возле петель. Поэтому запись только числом не сообщает всей информации о действии силы.
На рисунке силу изображают отрезком со стрелкой. Сначала выбирают масштаб, например 1 см соответствует 2 Н: тогда сила 4 Н изображается отрезком длиной 2 см. Стрелка показывает направление силы, а начало отрезка отмечает точку приложения. Чтобы прочитать рисунок, измеряют длину отрезка, переводят её по масштабу в ньютоны и отдельно определяют направление стрелки.
Для измерения силы используют динамометр. Когда к нему прикладывают силу, пружина растягивается или сжимается; чем больше деформация, тем больше показание прибора. Шкала заранее соотнесена с деформацией пружины, поэтому по ней можно определить модуль силы. Результат читают в ньютонах, не забывая, что направление и точка приложения описываются отдельно от показания шкалы.
| Что указывают | Как обозначают или определяют | Что это показывает |
|---|---|---|
| Физическая величина и обозначение | Сила, латинская буква F | Действие одного тела на другое |
| Модуль силы | Числовое значение в ньютонах; по длине стрелки с учётом масштаба или по динамометру | Величину силы |
| Направление силы | Стрелка на изображении | В какую сторону действует сила |
| Точка приложения | Начало отрезка, изображающего силу | Место действия силы на тело |
| Единица измерения | Ньютон (Н) | В каких единицах выражен модуль силы |
| Прибор для измерения | Динамометр | Модуль силы по шкале прибора |
Таблица помогает проверить, какие сведения о силе уже известны, а каких не хватает. По шкале динамометра определяют модуль, а направление и точку приложения рассматривают отдельно. Для изображения силы сначала выбирают масштаб и только потом строят отрезок со стрелкой.
Задача 1. Изобразите силу 4 Н, направленную вправо, если 1 см на рисунке соответствует 2 Н. Нужно связать значение силы с длиной отрезка по заданному масштабу. Направление нельзя получить из вычисления, поэтому его показывают стрелкой.
Ответ: отрезок длиной 2 см со стрелкой вправо.
Задача 2. Динамометр показывает 3,5 Н. Запишите модуль силы и укажите единицу измерения. Здесь не требуется пересчитывать показание: шкала прибора уже выражена в единицах силы. Нужно лишь записать число вместе с единицей.
Ответ: модуль силы равен 3,5 Н.
Задача 3. Стрелка силы на рисунке имеет длину 6 см, а 1 см соответствует 0,5 Н. Найдите модуль силы и опишите её направление. Сначала по масштабу определяем значение силы, а затем читаем направление самой стрелки. Длина сообщает модуль, но не заменяет направление.
Ответ: модуль силы равен 3 Н; направление определяется остриём стрелки на рисунке.
Ошибка: считать силу свойством самого тела. Так думают, потому что привыкли описывать предметы их собственными характеристиками, например массой или размером. Но сила характеризует взаимодействие тел, поэтому проверь себя вопросом: какое тело на какое действует?
Ошибка: указывать только модуль и забывать направление. Число кажется достаточным, если сравнивают величины, но при описании действия важно знать, куда направлена сила. Проверь запись: кроме числа и ньютона, можешь ли ты показать стрелкой направление?
Ошибка: считать, что сила всегда направлена туда же, куда движется тело. Это происходит из-за смешения двух разных понятий: движение описывает скорость, а сила может менять её. Например, при торможении сила направлена против движения; проверь себя, отдельно назвав направление скорости и силы.
Ошибка: записывать значение без единицы или путать ньютон с единицами массы и длины. Причина — похожие числовые записи и привычка опускать обозначения в ответе. Проверь, что после числа стоит Н: килограмм измеряет массу, метр — длину, а ньютон — силу.
Для понимания силы нужно знать, что взаимодействие тел способно менять их движение и вызывать деформацию. Это связывает тему с описанием скорости и изменений формы. Далее понятие силы понадобится при изучении силы тяжести, веса тела, трения и упругости. Умение изображать и измерять силу пригодится, когда на одно тело действуют сразу несколько сил и нужно учитывать каждую из них.
Почему силу нельзя описать только числом?
Одного числа недостаточно, потому что сила действует в определённом направлении и приложена к конкретному месту тела. Например, толчок вправо и такой же по величине толчок влево могут изменить движение по-разному. Поэтому указывают модуль, направление и точку приложения силы.
Что показывает стрелка на изображении силы?
Стрелка показывает направление силы, а её начало указывает точку приложения. Длина отрезка, если выбран масштаб, передаёт модуль силы. Чем длиннее отрезок, тем больше изображённая сила.
В каких единицах измеряют силу?
Основная единица силы — ньютон, сокращённо Н. Например, запись 3 Н означает, что модуль силы равен трём ньютонам. Не путай ньютон с килограммом: килограмм — единица массы.
Как работает динамометр?
При действии силы пружина внутри динамометра растягивается или сжимается. Чем сильнее она деформирована, тем больше сила. Шкала прибора показывает её модуль в ньютонах.
Может ли сила изменить форму тела, не изменив заметно его движение?
Да. Например, при нажатии на губку её форма меняется, хотя она может оставаться почти на месте. Сила способна вызвать деформацию, даже если изменение движения незаметно.
§ 19. Сила
