Измерение силы

Определения и обозначения

Сила — величина, которая показывает, как одно тело действует на другое; её обозначают буквой F. Например, рука может толкать дверь или тянуть санки. Понятие силы помогает описывать такое действие и сравнивать его с другими воздействиями.

Динамометр — прибор для измерения силы. В школьных опытах обычно используют пружинный динамометр: его пружина растягивается, когда к прибору приложена сила. Благодаря прибору можно получить числовое значение, а не только сказать, что действие сильное или слабое.

Ньютон — единица измерения силы, её обозначают Н. Поэтому результат записывают, например, так: 4 Н. Единица нужна, чтобы было понятно, что число показывает именно силу, а не массу или длину.

Цена деления шкалы — значение, соответствующее одному промежутку между соседними отметками шкалы динамометра. Если указатель остановился между числами, цена деления помогает определить показание точнее. Для этого нужно знать расстояние по значениям между подписанными отметками и посчитать промежутки между ними.

Как это устроено

Силу измеряют специальным прибором, потому что на глаз трудно точно сравнить, насколько сильно одно тело тянет или толкает другое. Динамометр показывает результат по шкале, поэтому измерение можно повторить и сравнить с другим. Число записывают в ньютонах: так у результата есть понятная единица измерения силы.

В пружинном динамометре сила растягивает пружину. Чем сильнее тянут прибор, тем заметнее её удлинение; вместе с пружиной перемещается указатель. Поэтому растяжение позволяет судить о величине силы: положение указателя сопоставляют со шкалой, заранее размеченной для измерений.

На шкале есть отметки и числа, а указатель показывает текущее положение пружины. Подписанные значения помогают ориентироваться, а короткие штрихи между ними позволяют считывать промежуточные результаты. Шкала связана с растяжением пружины так, что каждому её положению соответствует значение силы, выраженное в ньютонах.

Перед работой проверь, стоит ли указатель на нуле, когда сила не приложена. Если он смещён, показание может быть неверным; сообщи об этом учителю или используй исправный прибор. Выбери динамометр, шкала которого подходит для предполагаемой силы: нельзя превышать предел измерения, иначе прибор можно повредить.

При измерении дождись, пока указатель перестанет двигаться: если читать его во время колебаний, можно ошибиться. Затем определи, напротив какой отметки он остановился. Когда указатель находится между числами, сначала найди цену деления, а потом посчитай промежутки до него. Запиши полученное значение в ньютонах.

Как измерить силу динамометром

Пользуйся этапами по порядку: сначала подготовь прибор и выбери подходящий предел, а потом прикладывай силу. Если показание расположено между подписанными числами, не угадывай его, а вычисли по делениям шкалы. В записи обязательно оставь обозначение Н.

Разбор задач

Задача 1

На шкале динамометра указатель стоит напротив отметки 2 Н. Нужно определить измеренную силу. Поскольку значение уже подписано на шкале, дополнительные вычисления не требуются.

1. Найди отметку, напротив которой находится указатель: это 2 Н.
2. Прочитай число и единицу измерения вместе, поскольку число без единицы не показывает, что именно измерено.

Ответ: измеренная сила равна 2 Н.

Задача 2

Между отметками 0 Н и 1 Н расположены пять одинаковых промежутков. Указатель прошёл от нуля три промежутка. Чтобы найти силу, сначала выясни, сколько ньютонов приходится на один промежуток, а затем учти три таких промежутка.

1. Разность значений отметок равна 1 Н − 0 Н = 1 Н.
2. Раздели эту разность на пять промежутков: 1 Н ÷ 5 = 0,2 Н. Это цена деления шкалы.
3. Умножь цену деления на три пройденных промежутка: 0,2 Н × 3 = 0,6 Н.

Ответ: динамометр показывает 0,6 Н. Проверка: три деления меньше пяти, значит показание должно быть меньше 1 Н.

Задача 3

Груз тянет динамометр вниз, его шкала рассчитана на измерение до 5 Н, а указатель вышел за последнюю отметку. Такое положение означает, что прибор не может правильно показать силу в допустимом диапазоне. Продолжать тянуть этим динамометром нельзя.

1. Останови измерение и не прикладывай к прибору дополнительную силу.
2. Выбери динамометр с большим пределом измерения, чтобы ожидаемое показание помещалось на его шкале.
3. Проведи измерение подходящим прибором, соблюдая его предел.

Ответ: нужно прекратить измерение и взять динамометр с большим пределом. Это защитит прибор от повреждения и позволит получить подходящее показание.

Типичные ошибки

Ошибка — путать силу с массой и считать, что это одна и та же величина. Так бывает, потому что обе величины связаны с телами, но они описывают разное. Массу выражают в килограммах, а силу — в ньютонах; проверь себя по вопросу «что измеряю?» и выбери соответствующую единицу.

Иногда показание записывают без единицы или ставят килограммы вместо ньютонов. Число без единицы неполно, а килограмм обозначает массу, не силу. Перечитай запись и убедись, что рядом с результатом измерения стоит Н.

Можно неверно посчитать промежутки между отметками, приняв сами штрихи за деления. Это происходит, когда считают линии, а не расстояния от одной линии до следующей. Проверь себя на простом отрезке шкалы: между двумя соседними штрихами один промежуток.

Ещё одна ошибка — использовать прибор с неподходящим пределом или тянуть слишком сильно. Указатель может выйти за шкалу, а динамометр — испортиться; кроме того, значение будет нельзя надёжно прочитать. До опыта проверь предел прибора, а при выходе указателя за последнюю отметку сразу прекрати измерение.

Связь с другими темами

Чтобы понять измерение силы, нужно знать, что тела взаимодействуют: они могут тянуть или толкать друг друга. Именно такое действие описывают силой. Поэтому примеры взаимодействия помогают представить, что именно показывает динамометр.

Перед измерением полезно уметь читать шкалы приборов и считать промежутки между делениями. Эти навыки нужны, чтобы получить точное значение, если указатель остановился не напротив подписанного числа. Похожий способ чтения встречается и у других измерительных приборов.

Измерение силы пригодится при изучении тяжести, трения, упругости и других видов взаимодействия тел. Во всех этих случаях важно понимать, какое действие испытывает тело и как его можно измерить. Динамометр помогает перейти от наблюдения к числовому результату.

Что запомнить

• Силу обозначают буквой F.
• Силу измеряют динамометром.
• Единица силы — ньютон, обозначение — Н.
• Перед измерением проверь нулевое положение указателя.
• Сначала определи цену деления, если показание не совпадает с подписанной отметкой.
• Записывай показание вместе с единицей измерения.
• Не превышай предел измерения динамометра.