Как найти ф в физике: ТОП-100 Важнейших формул по физике – Физика – Теория, тесты, формулы и задачи

Содержание

ТОП-100 Важнейших формул по физике - Физика - Теория, тесты, формулы и задачи

Знание формул по физике является основой для успешной подготовки и сдачи различных экзаменов, в том числе и ЦТ или ЕГЭ по физике. Формулы по физике, которые надежно хранятся в памяти ученика - это основной инструмент, которым он должен оперировать при решении физических задач. На этой странице сайта представлены 100 важнейших формул по физике.

 

Изучать ТОП-100 Важнейших формул по физике онлайн:

 

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

  1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен, где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
  2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике. На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
  3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию.
    Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов, позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

 

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (адрес электронной почты здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

Формула силы в физике

Содержание:

Определение и формула силы

Определение

Силой называют векторную величину, которая характеризует взаимодействия тел.

{n} \bar{F}_{i}=\frac{d \bar{p}}{d t}(1)$$

где $\bar{p}=m \bar{v}$ - импульс тела, m–масса рассматриваемого тела, $\bar{v}$ - скорость. Надо отметить, что уравнение (1) строго применимо только относительно материальной точки. Если рассматривается протяженное тело, то под скоростью понимают скорость движения центра масс тела.

Если масса материальной точки (m)не изменяется во времени, то формула, определяющая результирующую силу, приложенную к ней (второй закон Ньютона) можно представить в виде:

$$\bar{F}=m \frac{d \bar{v}}{d t}=m \bar{a}(2)$$

где $\bar{a}$ – ускорение, которое материальная точка приобретает в результате воздействия на нее силы. Выражение (2) показывает то, что если $\bar{F}$=0, то тело (материальная точка) движется равномерно и прямолинейно или покоится.

Если сила, приложенная к телу, является постоянной (по модулю и направлению), то формулу для нее можно представить в виде:

$$F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{m\left(v_{2}-v_{1}\right)}{t_{2}-t_{1}}$$

Единицы измерения силы

Основной единицей измерения момента силы в системе СИ является: [F]=Н=(кг•м)/с

2

В СГС: [F]=дин

1Н=105 дин

Примеры решения задач

Пример

Задание. {2}}(1.4)$$

то, учитывая выражения (1.2) и (1.3), получаем:

$a = 6 \alpha t (1.5)$

Так как ay=0, то получаем, что сила, которая действует на нашу точку, направлена по оси X, так как направление ускорение и силы совпадают, а мы получили:

$$\bar{a}=6 \alpha t \cdot \bar{i}(1.6)$$

где $\bar{i}$ – единичный вектор, направленный по оси X.

Исходя из второго закона Ньютона, имеем:

$$F=m \cdot 6 \alpha t, \bar{F}=m 6 \alpha t \cdot \bar{i}$$

Ответ. Так как $F=m \cdot 6 \alpha t$, то с течением времени сила увеличивается по модулю.

Слишком сложно?

Формула силы не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Два параллелепипеда лежат на горизонтальной поверхности. Они соприкасаются. Данные тела могут скользить по поверхности опоры без трения. Масса одного тела равна m1, второго - m2

. Первое тело толкнули с силой F0. {\prime}}=\left(m_{1}+m_{2}\right) \bar{a}(2.3)$$

В проекции на ось X уравнение (2.3) примет вид:

$$F_{0}=\left(m_{1}+m_{2}\right) a(2.4)$$

Из уравнения (2.4) выразим ускорение:

$$a=\frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$$

Подставим правую часть выражения (2.5) в (2.2) вместо ускорения:

$$F=F_{0}-m_{1} \cdot \frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$$

Ответ. $F=F_{0}-m_{1} \cdot \frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$

Читать дальше: Формула сопротивления.

Как решать 2 задание ЕГЭ по физике, примеры решения (Ростов-на-Дону)

Из последних КИМов ЕГЭ по физике следует, что задание 2 относится к разделу «Динамика» и может содержать расчетные задачи по следующим темам: «Законы Ньютона, закон всемирного тяготения, закон Гука, сила трения».

Основные формулы, которые необходимо знать для успешного решения задания 2.

Сила тяжести

m - масса тела

g=10 м/с2ускорение свободного падения

Сила упругости

Δx – удлинение пружины

k – коэффициент жесткости пружины

Сила трения

µ - коэффициент трения

N – сила реакции опоры

Сила Архимеда (выталкивающая сила)

Vобъём погруженной части тела

g=10 м/с2ускорение свободного падения

Сила притяжения между телами (закон Всемирного тяготения)

G = 6,67*10-11 Н*м2/кг2 – гравитационная постоянная

m1 и m2 - массы взаимодействующих тел

r – расстояние между телами

Второй закон Ньютона

m – масса тела

R – равнодействующая всех сил, действующих на тело

a – ускорение, с которым движется тело под действием этих сил

При решении задач из раздела «Динамика» желательно придерживаться следующего алгоритма решения:

1. Сделать рисунок, на котором указать вектора всех сил, действующих на тело.

2. Если тело двигается с ускорением, указать направление этого ускорения. Если тело покоится или двигается равномерно, его ускорение a=0.

3. Составить уравнение движения (второй закон Ньютона) для рассматриваемого тела в его векторном виде.

3. Выбрать систему координат и спроецировать полученное уравнение на выбранные оси координат.

4. Расшифровать неизвестные величины, вошедшие в уравнение движения.

5. Решить полученную систему уравнений.

Задание 2 – это расчётные задачи базового уровня сложности, и для решения некоторых из них этот алгоритм будет чересчур подробным и перегруженным, так как их можно решить и без вспомогательного рисунка или даже без записи второго закона Ньютона. Это касается, например, заданий, в которых на тело действует только одна сила. Но привычка решать задания по приведенному выше алгоритму поможет ученикам успешно справиться с расчетными задачами по разделу «Динамика» повышенного и высокого уровней сложности – такие задания могут стоять в ЕГЭ под номерами 25 и 29.

Ответом на задание 2 является число, именно его нужно вписать в бланк ответов 1, не указывая единицы измерения.

Примеры решения

1. (ЕГЭ-2019)

Пружина жёсткостью 2*104 Н/м одним концом закреплена в штативе. На какую величину она растянется под действием силы 400 Н?

Ответ: ___________________________ см.

Решение:

Сделаем чертёж

Пружина под действием силы F привели в растянутое состояние. Кроме растягивающей силы F и силы упругости , стремящейся вернуть пружину в нерастянутое состояние, больше никакие силы на нее не действуют.

Запишем проекции сил на вертикальную ось Oy

F=Fупр

По закону Гука, сила упругости Fупр = kx, следовательно,

k - коэффициент жёсткости пружины, Δxеё удлинение.

Выразим величину растяжения пружины

Ответ: 2

  1. (ЕГЭ – 2020. Вариант 1 досрочного ЕГЭ)

Тело движется по горизонтальной плоскости. Нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость равна 40 Н, сила трения равна 10 Н. Определите коэффициент трения скольжения.

Ответ: _______ .

Решение:

Силу трения можно найти по формуле

Fтр= µN,

где N – сила реакции опоры, или по-другому нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость.

Ответ: 0,25.

  1. (ЕГЭ – 2020. Демонстрационный вариант)

Два одинаковых маленьких шарика массой m каждый, расстояние между центрами которых равно r, притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю 0,2 пН. Каков модуль сил гравитационного притяжения двух других шариков, если масса каждого из них равна 2

m, а расстояние между их центрами равно 2r?

Ответ: _______ пН.

Решение:

По закону Всемирного тяготения шары массами m1и m2, находящиеся друг от друга на расстоянии r, притягиваются друг к другу с силой

.

В первом случае

Во втором случае

Ответ: 0,2

  1. (ЕГЭ – 2019. Демонстрационный вариант)

По горизонтальному полу по прямой равномерно тянут ящик, приложив к нему горизонтальную силу 35 Н. Коэффициент трения скольжения между полом и ящиком равен 0,25. Чему равна масса ящика?

Ответ _______ кг.

Решение:

Сделаем чертёж, на котором обозначим все силы, действующие на тело.

По второму закону Ньютона, равнодействующая всех сил, действующих на тело, будет равна нулю, так как по условию задачи тело движется равномерно, то есть ускорение тела a=0.

Запишем это в проекциях на оси Ox и Oy

Ox: Fтр – F = 0,

Oy: N - m g=0.

Откуда N = mg, следовательно,

Fтр = µ N = µ mg.

Масса тела

Ответ: 14

  1. (ЕГЭ – 2018)

К пружине подвесили груз массой 150 г, вследствие чего пружина удлинилась на 1 см. Чему будет равно удлинение этой пружины, если к ней подвесить груз 450 г?

Ответ: __________ см.

Решение:

Переведём единицы измерения физических величин в систему СИ

m1 = 150 г = 0,15 кг, m2 = 450 г = 0,45 кг, Δx=1 см = 0,01 м.

Сделаем чертёж, на котором обозначим все силы, действующие на тело.

На тело действует сила тяжести (Fт = mg), направленная вертикально вниз, и сила упругости со стороны пружины (Fупр = k Δx), направленная вертикально вверх.

В проекции на вертикальную ось Oy.

Fт =Fупр

mg = kΔx (1)

k - коэффициент жёсткости пружины, Δxеё удлинение.

Найдём, чему равен коэффициент жёсткости пружины

Выразим из выражения (1) удлинение пружины во втором случае

Ответ: 3

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТОВАРЫ

Все формулы по физике 10 класса

МЕХАНИКА
Вычисление перемещения АВ2 = АС2 + ВС2 Перемещение – вектор, соединяющий начальную точку движения тела с его конечной точкой.
Проекция вектора перемещения Sx = x2 – x1 x1 – начальная координата, [м]
x2 – конечная координата, [м]
Sx – перемещение, [м]
Формула расчета скорости движения тела v = s/t Скорость – физическая величина, равная отношению перемещения к промежутку времени, за которое это перемещение произошло. v – скорость, [м/с]
s – путь, [м]
t – время, [c]
Уравнение движения x = x0 + Vxt x0– начальная координата, [м]
x – конечная координата, [м]
v – скорость, [м/с]
t – время, [c]
Формула для вычисления ускорения движения тела a ⃗ = v ⃗- v0⃗ /t Ускорение – физическая величина, которая характеризует быстроту изменения скорости. a – ускорение, [м/с2]
v – конечная скорость, [м/с]
v0 – начальная скорость, [м/с]
t – время, [c]
Уравнение скорости v ⃗ = v0 ⃗ + a ⃗t v – конечная скорость, [м/с]
v0 – начальная скорость, [м/с]
a – ускорение, [м/с2]
t – время, [c]
Уравнение Галилея S = v0t + at2 / 2 S – перемещение, [м]
v – конечная скорость, [м/с]
v0 – начальная скорость, [м/с]
a – ускорение, [м/с2]
t – время, [c]
Закон изменения координаты тела при прямолинейном равноускоренном движении x = x0 + v0t + at2/2 x0 – начальная координата, [м]
x – конечная координата, [м]
v – конечная скорость, [м/с]
v0 – начальная скорость, [м/с]
a – ускорение, [м/с2]
t – время, [c]
Первый закон Ньютона Если на тело не действуют никакие тела либо их действие скомпенсировано, то это тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться равномерно и прямолинейно.
Второй закон Ньютона a= F ⃗ / m Ускорение, приобретаемое телом под действием силы, прямо пропорционально величине этой силы и обратно пропорционально массе тела. a – ускорение, [м/с2]
F – сила, [Н]
m – масса, [кг]
Третий закон Ньютона |F1⃗ |=|F2⃗|
F1⃗ = -F2
Сила, с которой первое тело действует на второе, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой второе тело действует на первое. F – сила, [Н]
Формула для вычисления высоты, с которой падает тело H = g*t2/2 Н – высота, [м]
t – время, [c]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
Формула для вычисления высоты при движении вертикально вверх h=v0t -gt2/2 h – высота, [м]
v0 – начальная скорость, [м/с]
t – время, [c]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
Формула для вычисления веса тела при движении вверх с ускорением P = m (g + a) P – вес тела, [Н]
m – масса тела, [кг]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
a – ускорение тела, [м/с2]
Формула для вычисления веса тела при движении вниз с ускорением P = m (g – a) P – вес тела, [Н]
m – масса тела, [кг]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
a – ускорение тела, [м/с2]
Формула закона всемирного тяготения F = Gm1m2/r2 Закон всемирного тяготения: два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. F – сила, [Н]
G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная
m – масса тела, [кг]
r – расстояние между телами, [м]
Формула расчета ускорения свободного падения на разных планетах g = GMпл/Rпл2 g – ускорение свободного падения, [м/с2]
G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная
M – масса планеты, [кг]
R – радиус планеты, [м]
Формула расчета ускорения свободного падения g = GMз/(Rз+H)2 g – ускорение свободного падения, [м/с2]
G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная
M – масса Земли, [кг]
R – радиус Земли, [м]
Н – высота тела над Землей, [м]
Формула расчета центростремительного ускорения а = υ2/r a – центростремительное ускорение, [м/с2]
v – скорость, [м/с]
r – радиус окружности, [м]
Формула периода движения по окружности T = 1/ν = 2πr/υ = t/N Т – период, [с]
ν – частота вращения, [с-1]
t – время, [с]
N – число оборотов
Формула расчета угловой скорости ω = 2π/T = 2πν =υr ω – угловая скорость, [рад/с]
υ – линейная скорость, [м/с]
Т – период, [с]
ν – частота вращения,[с-1]
r – радиус окружности, [м]
Формула импульса тела p = mv Импульсом называют произведение массы тела на его скорость. p – импульс тела, [кг·м/с]
m – масса тела, [кг]
υ – скорость, [м/с]
Формула закона сохранения импульса p1 + p2 =p1’ + p2
m1v + m2u = m1v’ + m1u’
Формула импульса силы P = Ft p – импульс тела, [кг·м/с]
F – сила, [Н]
t – время, [c]
Формула механической работы A = Fs Механическая работа – физическая величина, равная произведению модуля силы на величину перемещения тела в направлении действия силы. A – работа, [Дж]
F – сила, [Н]
s – пройденный путь, [м]
Формула расчета мощности N = A/t Мощность – физическая величина, характеризующая быстроту совершения механической работы. N – мощность, [Вт]
A – работа, [Дж]
t – время, [c]
Формула для нахождения коэффициента полезного действия (КПД) η = Aп/Aз∙ 100% КПД – отношение полезной работы к затраченной работе. Aп – полезная работа, [Дж]
Aз – затраченная работа, [Дж]
Формула расчета потенциальной энергии Eп = mgh Потенциальная энергия – это энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Eп – потенциальная энергия тела, [Дж]
m – масса тела, [кг]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
h – высота тела над поверхностью земли, [м]
Формула расчета кинетической энергии Ek= mv2/2 Кинетическая энергия – энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Ek – кинетическая энергия тела, [Дж]
m – масса тела, [кг]
v – скорость движения тела, [м/с]
Формула закона сохранения полной механической энергии mv12/2 + mgh1=mv22/2 + mgh2 Закон сохранения полной механической энергии: полная механическая энергия тела, на которое не действуют силы трения и сопротивления, в процессе его движения остается неизменной. m – масса тела, [кг]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
v1 – скорость тела в начальный момент времени, [м/с]
v2 – скорость тела в конечный момент времени, [м/с]
h1 – начальная высота, [м]
h2 – конечная высота, [м]
Формула силы трения Fтр = μ mg Сила трения – сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Fтр – сила трения, [Н]
μ – коэффициент трения
m – масса тела, [кг]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
Уравнение колебаний x = A cos (ωt + φ0) А – амплитуда колебаний, [м]
х – смещение, [м]
t – время, [c]
ω – циклическая частота, [рад/с]
φ0 – начальная фаза, [рад]
Формула периода T = 1/ν = 2πr/υ = t/N Т – период, [с]
ν – частота колебании, [с-1]
t – время колебании, [с]
N – число колебаний
Формула периода для математического маятника T= 2π √L/g Т – период, [с]
g ≈ 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
L – длина нити, [м]
Формула периода для пружинного маятника T= 2π √m/K Т – период, [с]
m – масса груза, [кг]
К – жесткость пружины, [Н/м]
Формула длины волны λ = υТ = υ/ν λ – длина волны, [м]
Т – период, [с]
ν – частота, [с-1]
υ – скорость волны, [м/с]
Формула полной механической энергии колебательного движения E = kA2/2 E – энергия, [Дж]
А – амплитуда колебаний, [м]
k – жесткость пружины, [Н/м]
Радиус Шварцшильда R = 2GM/c2 Радиус Шварцшильда – радиус «горизонта событий» черной дыры, из которого ничто не может вырваться. R – радиус Шварцшильда, [м]
G = 6,67 · 10-11 [Н·м2/кг2] – гравитационная постоянная
М – масса черной дыры, [кг]
Собственное время t = T/√1-v2/c2 Собственное время – время, измеренное наблюдателем, движущимся вместе с часами. t – собственное время, [с]
T – время в движущейся системе отсчета, [с]
v – скорость движущейся системы отсчета, [м/с]
c – скорость света, [м/с]
Масса покоя m = M/√1-v2/c22 Масса покоя – масса тела в СО, относительно которой оно покоится. m – масса тела в СО, относительно которой оно покоится, [кг]
M – масса тела в подвижной СО, [кг]
v – скорость движущейся системы отсчета, [м/с]
c – скорость света, [м/с]
Формула Эйнштейна E = mc2 E – энергия, [Дж]
m – масса, [кг]
c – скорость света, [м/с
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 10 класс
Массовое число M = Z + N M – массовое число
Z – число протонов (электронов), зарядовое число
N – число нейтронов
Формула массы ядра МЯ = МА – Z me MЯ – масса ядра, [кг]
МА – масса изотопа , [кг]
me – масса электрона, [кг]
Формула дефекта масс ∆m = Zmp + Nmn – MЯ Дефект масс – разность между суммой масс покоя нуклонов, составляющих ядро данного нуклида, и массой покоя атомного ядра этого нуклида. ∆m – дефект масс, [кг]
mp – масса протона, [кг]
mn – масса нейтрона, [кг]
Уравнение Менделеева-Клапейрона pV = m/M RT Уравнение состояния идеального газа p – давление, [Па]
V – объем, [м3]
m – масса, [кг]
M – молярная масса, [кг]
R = 8,31 [Дж/мольК] – молярная газовая постоянная
T – температура, [°С]
Формула давления газа p – давление, [Па]
n – концетрация молекул
E – средняя кинетическая энергия молекулы, [Дж]
T – температура, [°С]
k = 1,38 · 10-23, [Дж/К] – постоянная Больцмана
Закон Бойля-Мариотта p1V1 = p2V2 p – давление, [Па]
V – объем, [м3]
Закон Гей-Люссака V1/T1 = V2/T2 T – температура, [°С]
V – объем, [м3]
Закон Шарля p1/T1= p2/T2 T – температура, [°С]
p – давление, [Па]
Внутренняя энергия идеального газа U = i/2 pV U – энергия, [Дж]
p – давление, [Па]
V – объем, [м3]
i – число степеней свободы молекул газа
Работа, совершаемая газом A = pΔV p – давление, [Па]
V – объем, [м3]
А – работа, [Дж]
Первый закон термодинамики Q = ΔU + A Q – количество теплоты, [Дж]
А – работа, [Дж]
U – энергия, [Дж]
Формула для нахождения коэффициента полезного действия (КПД) теплового двигателя η = A/Q∙100% А – работа, [Дж]
Q – количество теплоты, полученное от нагревателя, [Дж]
Сила поверхностного натяжения F = ϭl F – сила поверхностного натяжения, [Н]
ϭ – поверхностное натяжение, [Н/м]
l – длина участка поверхности слоя, [м]
Закон Гука ϭ = Eε При упругой деформации тела напряжение пропорционально относительному удлинению тела. ϭ – механическое напряжение, [Па]
Е – модуль Юнга, [Па]
ε – относительное удлинение тела, [м]
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Закон Кулона F = kq1q1/r2 Определяет силу электростатического взаимодействия двух точечных зарядов F – сила Кулона, [Н]
k = 9·109 [Нм2/Кл2]
q – заряд, [Кл]
r – расстояние между зарядами, [м]
Напряженность поля E = F/q
E = kQ/r2
Е – напряженность поля, [Н/Кл]
q – пробный положительный заряд, [Кл]
F – сила Кулона, [Н]
k = 9·109 [Нм2/Кл2]
Потенциал электростатического поля φ = W/q
φ = Q/4πεr
φ – потенциал, [В]
W – энергия, [Дж]
q – заряд, [Кл]
Потенциальная энергия заряда W = qφ W – энергия, [Дж]
q – заряд, [Кл]
φ – потенциал, [В]
Работа силы электростатического поля A = qU А – работа сил, [Дж]
q – заряд, [Кл]
U – разность потенциалов, [В]
Разность потенциалов в однородном поле U = Ed U – разность потенциалов, [В]
Е – напряженность поля, [Н/Кл]
d – расстояние, [м]
Электроемкость уединенного проводника C = Q/φ C – электроемкость, [Ф]
φ – потенциал, [В]
Q – заряд, [Кл]
Электроемкость конденсатора C = Q/U C – электроемкость, [Ф]
U – разность потенциалов, [В]
Q – заряд, [Кл]
Энергия ЭСП W = CU2/2 C – электроемкость, [Ф]
U – разность потенциалов, [В]
W – энергия ЭСП, [Дж

формула, в чем измеряется, как определить работу

Что такое сила тяги

Сила тяги — сила, прикладываемая к телу для поддержания его в постоянном движении.

Действие силы тяги

Множество сил, действующих на движущийся объект, для упрощения вычислений делят на две группы: силу тяги и силы сопротивления.

Её прекращение

Когда действие силы тяги прекращается, движущееся тело замедляется и постепенно останавливается, так как на него воздействуют силы, мешающие продолжать двигаться, например, трение.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

1 закон Ньютона о действии

Согласно этому закону в формулировке самого Ньютона, любое тело остается в покое или равномерно движется по прямой, пока на него не воздействуют силы, заставляющие его изменить это состояние.

В современной физике в формулировку внесены уточнения:

  • закон применим только в системах отсчета, называемых инерциальными;
  • тело может вращаться на месте, не находясь под воздействием внешних сил, поэтому вместо термина «тело» следует использовать термин «материальная точка».

Чтобы переместить неподвижный предмет, на него должна воздействовать некая сила. Чтобы изменить скорость движения предмета, также необходимо воздействие силы, замедляющей его или ускоряющей. Так как предметы обладают разной массой и соответственно разной инертностью, силы, достаточные для эффективного воздействия, тоже будут различаться.

Состояние ускорения после воздействия силы тяги

Когда движение равномерное, сила тяги и сила трения совершают одинаковую работу, уравновешивая друг друга. Воздействие силы на тело в направлении движения придает ему ускорение. Если направить ту же силу в противоположном направлении, она замедлит движение тела, что можно назвать отрицательным ускорением.

Формулы для определения силы тяги

Согласно второму закону Ньютона, сумма сил, воздействующих на движущееся тело, равна массе \(m\), умноженной на ускорение \(a\). Универсальной формулы, подходящей для любого сочетания сил, не существует. Чаще всего силу тяги находят с помощью общей формулы\( F_т-\;F_{с}=m\;\times\;a\), где \(F_т\) — сила тяги, \(F_{с}\) — силы сопротивления.
При решении конкретной задачи силы, воздействующие на тело, схематически изображают в виде векторов. На схеме:

  • сила тяжести mg;
  • сила реакции опоры \(N\);
  • сила трения\( F_{тр}\);
  • сила тяги \(F\). 
 

При нахождении тела на горизонтальной поверхности сила тяжести и сила реакции опоры уравновесят друг друга. Но если транспортное средство движется в гору или под гору, придется учесть влияние уклона. Тогда формула может выглядеть так: \(F_т-\;F_с-\;mg\;\times\;\sin\alpha=m\;\times\;a.\)

Работа A, которую должна совершить сила тяги, сдвигая тело, связана с ней соотношением \(A\;=\;F\;\times\;s\). \(s\) здесь — расстояние, на которое тело переместилось.

Какое условие должно соблюдаться

Сила тяги всегда должна быть больше противодействующих ей сил.

Формула через мощность

Полезную механическую мощность \(N\) можно вычислить по формуле \(N=F_т\;\times\;v\), где \(v\) — скорость. Для определения силы тяги нужно разделить мощность на скорость: \(F_т\;=\;\frac N v.\)

Измерение и обозначение силы тяги

Силу тяги обозначают \(F_т\) или \(F\). Единица измерения — ньютон (\(Н\)).
Для решения задач недостаточно измерить усилие, приложенное к объекту, и выразить его конкретным числом, так как сила обладает еще и направлением. Чтобы подчеркнуть, что сила — векторная величина, к буквенному обозначению добавляют стрелку.

Как определить силу тяги двигателя. Примеры решения задач

Задача 1

Автомобиль может разгоняться до 216 км/ч. Максимальная мощность двигателя равна 96 кВт. Определите максимальную силу тяги двигателя.

Решение

Переведем киловатты в ватты, а километры в час — в метры в секунду:

\(96\;\times\;1000=96000\;Вт\)

\(\frac{216\times1000}{3600}=60\frac мс\)

\(F_т\;=\;\frac N v = \frac{96000}{60} = 1600 Н\)

Задача 2

Троллейбус весом 12 тонн за 5 секунд проезжает по горизонтальной дороге 10 метров.{}=\frac{20}{25}\;=\;0,8\)

\(F_т=\;12000\times0,8\;+\;2400\;=\;12000\;Н\;=\;12\;кН\)

Задача 3

Транспорт, весящий 4 тонны, едет в гору. Уклон — 1 метр на каждые 25 метров пути. \(\mu\) — 0,1 от силы тяжести, \(а = 0\). Определите силу тяги.

Решение

Начертим схему:

 

\(m\times g\;+\;N\;+\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;m\times a\)

Сделаем проекции на координатные оси:

\(OX: -\;mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;0\)

\(OY: N\;-\;mg\;\times\;\cos\alpha\;=\;0 => N\;=\;mg\;\times\;\cos\alpha\;\)

\(F_{тр}\;=\;\mu N\;=\;\mu mg\;\times\;\cos\alpha\)

Подставим значение \(F_{тр}\) в уравнение \(OX\) и определим \(F_т\):

\(-mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;\mu\)

\(mg\;\times\;\cos\alpha\;+\;F_т\;=\;0\)

\(=> F\;=\;mg\;\left(\sin\alpha\;+\;\mu\;\times\;\cos\alpha\right)\)

Найдем синус и косинус \(\alpha\), подставим их в общую формулу:

\(\sin\alpha\;=\;\frac hl\;=\;\frac1{25}\)

\(\cos\alpha\;=\;\frac{\sqrt{l^{2\;}-\;h^2}}l\;\)

\(F\;=\;\frac{4\;\times\;10^{3\;}\;\times\;9,8\;\times\left(1\;+\;0,1\;\sqrt{l^{2\;}-\;h^2}\right)}{25}\;=\;5,5\;\times\;10^3\;Н\;=\;5,5\;кН\)

Момент силы — как найти? В чем измеряется? Формулы

Сила: что это за величина

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.

  • Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.


Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.



Плечо силы

Для начала давайте разберемся, что такое плечо силы — оно нам сегодня очень пригодится.

Представьте человека. Совершенно обычного. Если он совершенно обычный, у него точно будут плечи — без них получится уже какой-то инопланетянин. Если мы прочертим прямую вдоль линии плеча, а потом еще одну — вдоль линии руки — мы получим две пересекающиеся прямые. Угол между такими прямыми будет равен 90 градусов, а значит эти линии перпендикулярны.

Как анатомическое плечо перпендикулярно руке, так и в физике плечо перпендикулярно, только уже линии действия силы.


То есть перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы —это плечо силы.

Рычаг

В каждом дворе есть качели, для которых нужны два качающихся (если в вашем дворе таких нет, посмотрите в соседнем). Большая доска ставится посередине на точку опоры. По сути своей, качели — это рычаг.

Рычаг — простейший механизм, представляющий собой балку, вращающуюся вокруг точки опоры.


Хорошо, теперь давайте найдем плечо этой конструкции. Возьмем правую часть качелей. На качели действует сила тяжести правого качающегося, проведем перпендикуляр от линии действия силы до точки опоры. Получилась, что плечо совпадает с рычагом, разве что рычаг — это вся конструкция, а плечо — половина.

Давайте попробуем опустить качели справа, тогда что получим: рычаг остался тем же самым по длине, но вот сместился на некоторый угол, а вот плечо осталось на том же месте. Если направление действия силы не меняется, как и точка опоры, то перпендикуляр между ними невозможно изменить.



Момент силы

При решении задач на различные силы нам обычно хватало просто сил. Сила действует всегда линейно (ну в худшем случае под углом), поэтому очень удобно пользоваться законами Ньютона, приравнивать разные силы. Это работало с материальными точками, но не будет так просто применяться к телам, у которых есть форма и размер.

Вот мы приложили силу к краю палки, но при этом не можем сказать, что на другом ее конце будут то же самое ускорение и та же самая сила. Для этого мы вводим такое понятие, как момент силы.

Момент силы — это векторное произведение силы на плечо. Для определения физического смысла можно сказать, что момент — это вращательное действие.

Момент силы

M = Fl

M — момент силы [Н*м]
F — сила [Н]
l — плечо [м]

Вернемся к примеру с дверями. Вот мы приложили силу к краю двери — туда, где самый длинный рычаг. Получаем некоторое значение момента силы.

Теперь ту же силу приложим ближе к креплению двери, там, где плечо намного короче. По формуле получим момент меньшей величины.

На себе мы это ощущаем таким образом: нам легче толкать дверь там, где момент больше. То есть, чем больше момент, тем легче идет вращение.


То же самое можно сказать про гаечный ключ. Чтобы закрутить гайку, нужно взяться за ручку дальше гайки.


В этом случае, прикладывая ту же силу, мы получаем большую величину момента за счет увеличения плеча.

Расчет момента силы

Сейчас рассмотрим несколько вариантов того, как момент может рассчитываться. По идее просто нужно умножить силу на плечо, но поскольку мы имеем дело с векторами, все не так просто.

Если сила расположена перпендикулярно оси стержня, мы просто умножаем модуль силы на плечо.

Расстояние между точками A и B — 3 метра.


Момент силы относительно точки A:

           МА=F×AB=F×3м

Если сила расположена под углом к оси стержня, умножаем проекцию силы на плечо.

Обратите внимание, что такие задания могут встретиться только у учеников не раньше 9 класса!


Момент силы относительно точки B:

           MB=F×cos30×AB=F×cos30×3м

Если известно расстояние от точки до линии действия силы, момент рассчитывается как произведение силы на это расстояние (плечо).


Момент силы относительно точки B:

           MB=F×3м

Правило моментов

Вернемся к нашим баранам качелям. Мы умудряемся на них качаться, потому что существует вращательное действие — момент. Силы, с которыми мы действуем на разные стороны этих качелей могут быть разными, но вот моменты должны быть одинаковыми.

Правило моментов говорит о том, что если рычаг не вращается, то сумма моментов сил, поворачивающих рычаг против часовой стрелки, равна сумме моментов сил, поворачивающих рычаг по часовой стрелке.

Это условие выполняется относительно любой точки.

Правило моментов

M1 + M2 +...+ Mn = M’1 + M’2 +...+ M’n

M1 + M2 +...+ Mn — сумма моментов сил, поворачивающих рычаг по часовой стрелке [Н*м]

Давайте рассмотрим этот закон на примере задач.

Задача 1

К левому концу невесомого стержня прикреплен груз массой 3 кг.


Стержень расположили на опоре, отстоящей от его левого конца на 0,2 длины стержня. Чему равна масса груза, который надо подвесить к правому концу стержня, чтобы он находился в равновесии?

Решение:

Одним из условий равновесия стержня является то, что полный момент всех внешних сил относительно любой точки равен нулю. Рассмотрим моменты сил относительно точки опоры. Момент, создаваемый левым грузом равен mgL5 он вращает стержень против часовой стрелки. Момент, создаваемый правым грузом:Mg4L5 — он вращает по часовой.


Приравнивая моменты, получаем, что для равновесия к правому концу стержня необходимо подвесить груз массой
M = m : 4 = 3 : 4 = 0,75 кг

Ответ: для равновесия к правому концу стержня необходимо подвесить груз массой 0,75 кг

Задача 2

Путешественник несёт мешок с вещами на лёгкой палке. Чтобы удержать в равновесии груз весом 80 Н, он прикладывает к концу B палки вертикальную силу 30 Н. OB = 80 см. Чему равно OA?


Решение:

По правилу рычага: FB/FA=|OA|/|OB| где FA и FB — силы, приложенные соответственно к точкам A и B. Выразим длину OA:

|OA|=FB/FA)*|OB|=30/80*80=30 см

Ответ: расстояние ОА равно 30 см

Задача 3

Тело массой 0,2 кг подвешено к правому плечу невесомого рычага (см. рисунок). Груз какой массы надо подвесить ко второму делению левого плеча рычага для достижения равновесия?


Решение:

По правилу рычага m1g*l1=m2g*l2

Отсюда m2=l1/l2*m1=3/2*0,2 = 0,3 кг

Ответ: Масса груза равна 0,3 кг

Задача 4

На железной дороге для натяжения проводов используется показанная на рисунке система, состоящая из легких блоков и тросов, натягиваемых тяжелым грузом. Чему равна сила натяжения провода?


Решение:


Система на рисунке состоит из трех блоков: двух подвижных и одного неподвижного. Назначение неподвижного блока заключается только в том, что он меняет направление действия силы, однако никакого выигрыша в силе при этом не возникает. Каждый подвижный блок, напротив, дает выигрыш в силе.

Определим силу, с которой натянута первая нить. Груз растягивает ее с силой:
T = mg = 10*10 = 100 Н

Рассмотрим теперь первый подвижный блок. Так как вся система статична, полная сила, действующая на этот блок, должна быть равна нулю. Первая нить тянет его направо с суммарной силой 2T, значит, натяжение второй нити тоже должно быть равно 2T (вот он — выигрыш в силе). Аналогичное рассмотрение для второго подвижного блока показывает, что натяжение провода должно быть равно

4T = 4*100= 400 Н

Ответ: натяжение провода равно 400 Н

Задача 5 — a.k.a самая сложная задачка

Под действием силы тяжести mg груза и силы F рычаг, представленный на рисунке, находится в равновесии. Вектор силы F перпендикулярен рычагу, груз на плоскость не давит. Расстояния между точками приложения сил и точкой опоры, а также проекции этих расстояний на вертикальную и горизонтальную оси указаны на рисунке.


Если модуль силы F равен 120 Н, то каков модуль силы тяжести, действующей на груз?

Решение:

Одним из условий равновесия рычага является то, что полный момент всех внешних сил относительно любой точки равен нулю. Рассмотрим моменты сил относительно опоры рычага. Момент, создаваемый силой F, равен F*5 м и он вращает рычаг по часовой стрелке. Момент, создаваемый грузом относительно этой точки — mg*0,8 м, он вращает против часовой. Приравнивая моменты, получаем выражение для модуля силы тяжести

mg=F*5/0,8=120*5/0,8=750Н

Ответ: модуль силы тяжести, действующей на груз равен 750 Н



 

Ловите момент! Запишите ребенка на бесплатный вводный урок в современную школу Skysmart: покажем, как у нас все устроено, определим план развития и влюбим в науку!


Открытая Физика. Импульс тела

Пусть на тело массой m в течение некоторого малого промежутка времени Δt действовала сила F→. Под действием этой силы скорость тела изменилась на Δυ→=υ→2-υ→1. Следовательно, в течение времени Δt тело двигалось с ускорением a→=Δυ→Δt=υ→2-υ→1Δt.

Из основного закона динамики (второго закона Ньютона) следует: F→=ma→=m(υ→2-υ→1)Δt  или  F→Δt=mυ→2-mυ→1=mΔυ→=Δ(mυ→).

Физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела (или количеством движения). Импульс тела – векторная величина. Единицей измерения импульса в СИ является килограмм-метр в секунду (кгċм/с).

Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Импульс силы также является векторной величиной.

В новых терминах второй закон Ньютона может быть сформулирован следующим образом: изменение импульса тела (количества движения) равно импульсу силы.

Обозначив импульс тела буквой p→, второй закон Ньютона можно записать в виде F→Δt=Δp→.

Именно в таком общем виде сформулировал второй закон сам Ньютон. Сила F→ в этом выражении представляет собой равнодействующую всех сил, приложенных к телу. Это векторное равенство может быть записано в проекциях на координатные оси: Fx Δt = Δpx; Fy Δt = Δpy; Fz Δt = Δpz.

Импульс тела

Таким образом, изменение проекции импульса тела на любую из трех взаимно перпендикулярных осей равно проекции импульса силы на эту же ось. Рассмотрим в качестве примера одномерное движение, т. е. движение тела по одной из координатных осей (например, оси OY). Пусть тело свободно падает с начальной скоростью υ0 под действием силы тяжести; время падения равно t. Направим ось OY вертикально вниз. Импульс силы тяжести Fт = mg за время t равен mgt. Этот импульс равен изменению импульса тела Fтt = mgt = Δp = m (υ – υ0), откуда υ = υ0 + gt.

Этот простой результат совпадает с кинематической формулой для скорости равноускоренного движения. В этом примере сила оставалась неизменной по модулю на всем интервале времени t. Если сила изменяется по величине, то в выражение для импульса силы нужно подставлять среднее значение силы Fср на промежутке времени ее действия. Рис. 1.16.1 иллюстрирует метод определения импульса силы, зависящей от времени.

Вычисление импульса силы по графику зависимости F(t)

Выберем на оси времени малый интервал Δt, в течение которого сила F (t) остается практически неизменной. Импульс силы F (t) Δt за время Δt будет равен площади заштрихованного столбика. Если всю ось времени на интервале от 0 до t разбить на малые интервалы Δti, а затем просуммировать импульсы силы на всех интервалах Δti, то суммарный импульс силы окажется равным площади, которую образует ступенчатая кривая с осью времени. В пределе (Δti → 0) эта площадь равна площади, ограниченной графиком F (t) и осью t. Этот метод определения импульса силы по графику F (t) является общим и применим для любых законов изменения силы со временем. Математически задача сводится к интегрированию функции F (t) на интервале [0; t].

Импульс силы, график которой представлен на рис. 1.16.1, на интервале от t1 = 0 с до t2 = 10 с равен: Fср (t2-t1)=12Fmax (t2-t1)=100 Нċс=100 кгċм/с.

В этом простом примере Fср=12Fmax=10 Н.

В некоторых случаях среднюю силу Fср можно определить, если известно время ее действия и сообщенный телу импульс. Например, сильный удар футболиста по мячу массой 0,415 кг может сообщить ему скорость υ = 30 м/с. Время удара приблизительно равно 8ċ10–3 с.

Импульс p, приобретенный мячом в результате удара есть: p = mυ = 12,5 кгċм/с.

Следовательно, средняя сила Fср, с которой нога футболиста действовала на мяч во время удара, есть: Fср=pΔt=1,56ċ103 Н.

Это очень большая сила. Она приблизительно равна весу тела массой 160 кг.

Если движение тела во время действия силы происходило по некоторой криволинейной траектории, то начальный p→1 и конечный p→2 импульсы тела могут отличаться не только по модулю, но и по направлению. В этом случае для определения изменения импульса Δp→ удобно использовать диаграмму импульсов, на которой изображаются вектора p→1 и p→2, а также вектор Δp→=p→2-p→1, построенный по правилу параллелограмма. В качестве примера на рис. 1.16.2 изображена диаграмма импульсов для мяча, отскакивающего от шероховатой стенки. Мяч массой m налетел на стенку со скоростью υ→1 под углом α к нормали (ось OX) и отскочил от нее со скоростью υ→2 под углом β. Во время контакта со стеной на мяч действовала некоторая сила F→, направление которой совпадает с направлением вектора Δp→.

Отскок мяча от шероховатой стенки и диаграмма импульсов

При нормальном падении мяча массой m на упругую стенку со скоростью υ→1=υ→ после отскока мяч будет иметь скорость υ→2=- υ→. Следовательно, изменение импульса мяча за время отскока равно Δp→=-2mυ→. В проекциях на ось OX этот результат можно записать в скалярной форме Δpx = –2mυx. Ось OX направлена от стенки (как на рис. 1.16.2), поэтому υx < 0 и Δpx > 0. Следовательно, модуль Δp изменения импульса связан с модулем υ скорости мяча соотношением Δp = 2mυ.

Определение индивидуальных значений силы

Как было показано ранее в Уроке 3 (а также в Уроке 2), результирующая сила - это векторная сумма всех индивидуальных сил. В Уроке 2 мы узнали, как определить чистую силу, если известны величины всех отдельных сил. В этом уроке мы узнаем, как определять величины всех индивидуальных сил, если известны масса и ускорение объекта. Три основных уравнения, которые будут полезны: уравнение для чистой силы (F net = m • a), уравнение для гравитационной силы (F grav = m • g) и уравнение для силы трения (F frict = μ • F norm ).

Процесс определения значения отдельных сил, действующих на объект, включает применение второго закона Ньютона (F net = m • a) и применение значения чистой силы. Если масса (м) и ускорение (а) известны, то чистая сила (F net ) может быть определена с использованием уравнения.

F net = m • a

Если числовое значение чистой силы и направление чистой силы известны, то можно определить значение всех индивидуальных сил.Таким образом, задача включает использование приведенных выше уравнений, данной информации и вашего понимания чистой силы для определения значения отдельных сил.

Ваша очередь практиковаться

Чтобы понять, как применяется этот метод, попробуйте выполнить следующие практические задачи. Проблемы прогрессируют от простых к более сложным. Решив проблему, нажмите кнопку, чтобы проверить свои ответы.

Практика №1

Диаграммы свободного тела для четырех ситуаций показаны ниже.Чистая сила известна для каждой ситуации. Однако величина некоторых отдельных сил неизвестна. Проанализируйте каждую ситуацию индивидуально и определите величину неизвестных сил.

Практика №2

К объекту весом 6 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.На объект действует сила трения 15 Н. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, чистую силу и приложенную силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)


Практика № 3

К объекту массой 10 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.Коэффициент трения между предметом и поверхностью 0,2. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)


Практика № 4

К объекту весом 5 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с ускорением вправо 2 м / с / с.Коэффициент трения между объектом и поверхностью 0,1. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Практика №5

К объекту весом 4 кг прикладывают направленную вправо силу 25 Н, чтобы переместить его по шероховатой поверхности с правым ускорением 2.5 м / с / с. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, силу трения, чистую силу и коэффициент трения между объектом и поверхностью. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Ниже представлены еще несколько практических задач. Вы должны постараться решить как можно больше проблем без помощи заметок, решений, учителей и других учеников.Примите решение индивидуально решать проблемы. А пока стоит упомянуть важное предостережение:

Избегайте принуждения проблемы к форме ранее решенной проблемы. Проблемы в физике редко выглядят одинаково. Вместо того чтобы решать проблемы наизусть или путем имитации ранее решенной проблемы, используйте свое концептуальное понимание законов Ньютона для поиска решений проблем. Используйте свое понимание веса и массы, чтобы найти m или Fgrav в проблеме.Используйте свое концептуальное понимание чистой силы (векторная сумма всех сил ), чтобы найти значение Fnet или значение отдельной силы. Не отделяйте решение физических задач от вашего понимания концепций физики. Если вы не можете решать физические задачи, подобные приведенным выше, это не обязательно означает, что у вас есть математические трудности. Вполне вероятно, что у вас проблемы с физическими концепциями.


Мы хотели бы предложить... Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Force Interactive. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Force Interactive позволяет учащемуся исследовать влияние изменений прилагаемой силы, чистой силы, массы и трения на ускорение объекта.

Проверьте свое понимание

1. Ли Милон катается на санях со своими друзьями, когда его раздражает один из комментариев друга. Он прилагает к своим 4,68 кг сани с силой 9,13 Н, направленной вправо, чтобы разогнать их по снегу. Если ускорение саней составляет 0,815 м / с / с, то каков коэффициент трения саней по снегу?

2.В лаборатории физики Эрнесто и Аманда прикладывают направленную вправо силу 34,5 Н к тележке массой 4,52 кг, чтобы разогнать ее по горизонтальной поверхности со скоростью 1,28 м / с / с. Определите силу трения, действующую на тележку.

Как рассчитать величину силы в физике

Обновлено 8 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Расчет величин сил - важная часть физики.Когда вы работаете в одном измерении, вам не нужно учитывать величину силы. Расчет величины является более сложной задачей в двух или более измерениях, потому что сила будет иметь «компоненты» по осям x- и y и, возможно, по оси z, если это трехмерная сила. Научиться делать это с помощью одной силы и результирующей силы двух или более отдельных сил - важный навык для любого начинающего физика или любого, кто работает над проблемами классической физики в школе.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Найдите результирующую силу из двух векторов, сначала сложив -компоненты x и y -компоненты, чтобы найти результирующий вектор, а затем использовать та же формула для его величины.

Основы: что такое вектор?

Первый шаг к пониманию того, что значит вычислить величину силы в физике, - это узнать, что такое вектор. «Скаляр» - это простая величина, которая просто имеет значение, например температуру или скорость.Когда вы читаете температуру 50 градусов по Фаренгейту, он сообщает вам все, что вам нужно знать о температуре объекта. Если вы читаете, что что-то движется со скоростью 10 миль в час, эта скорость говорит вам все, что вам нужно знать о том, как быстро оно движется.

Вектор отличается, потому что он имеет направление, а также величину. Если вы посмотрите прогноз погоды, вы узнаете, с какой скоростью дует ветер и в каком направлении. Это вектор, потому что он дает вам дополнительную информацию.Скорость - это векторный эквивалент скорости, в котором вы узнаете направление движения, а также его скорость. Итак, если что-то движется со скоростью 10 миль в час на северо-восток, скорость (10 миль в час) - это величина, северо-восток - направление, и обе части вместе составляют вектор скорости.

Во многих случаях векторы разбиваются на «компоненты». Скорость может быть задана как комбинация скорости в северном направлении и скорости в восточном направлении, так что результирующее движение будет в направлении северо-востока, но вам нужны оба бита информации, чтобы определить, насколько быстро он движется и куда он движется.В задачах физики восток и север обычно заменяются координатами x и y соответственно.

Величина вектора одиночной силы

Чтобы вычислить величину векторов силы, вы используете компоненты вместе с теоремой Пифагора. 2}

Проще говоря, результирующая сила представляет собой квадратный корень из x 2 плюс y 2 .2}

Направление вектора одиночной силы

Направление силы не является предметом внимания в этом вопросе, но его легко вычислить на основе треугольника компонентов и результирующей силы из последнего раздела. Определить направление можно с помощью тригонометрии. Идентификатор, наиболее подходящий для решения большинства задач:

\ tan {\ theta} = \ frac {y} {x}

Здесь θ обозначает угол между вектором и ось x .{-1} (3/4) = 36,9 \ text {градусы}

Итак, вектор составляет около 37 градусов с осью x.

Результирующая сила и величина двух или более векторов

Если у вас есть две или более сил, вычислите величину результирующей силы, сначала найдя результирующий вектор, а затем применив тот же подход, что и выше. Единственный дополнительный навык, который вам понадобится, - это найти результирующий вектор, и это довольно просто. Хитрость заключается в том, что вы складываете вместе соответствующие компоненты x и y .Использование примера должно прояснить это.

Представьте себе парусник на воде, движущийся вместе с силой ветра и течением воды. Вода передает силу 4 Н в направлении x и 1 Н в направлении y, а ветер добавляет силу 5 Н в направлении x и 3 Н в направлении y. Результирующий вектор представляет собой сложенные вместе компоненты x (4 + 5 = 9 N) и компоненты y , сложенные вместе (3 + 1 = 4 N). Таким образом, вы получите 9 N в направлении x и 4 N в направлении y.2} \\ & = \ sqrt {81 + 16} \\ & = \ sqrt {97} \\ & = 9.85 \ text {N} \ end {align}

Калькулятор силы

| Как найти силу?

Калькулятор силы поможет вам рассчитать силу на основе второго закона движения Ньютона. Прочтите , чтобы узнать, что такое сила и , какие типы сил существуют в классической механике . Мы также объясним , как найти силу в упражнениях, используя формулу силы . В конце мы также проиллюстрируем , что такое чистая сила , на простом примере.

Если вам нужно найти определенную силу, возможно, вам поможет один из этих калькуляторов:

Определение силы и уравнение силы

Что такое сила?

Сила - это любое взаимодействие, которое, если не встретить сопротивления, может изменить движение объекта .

Если спросят: «Что такое сила?» нефизик, вероятно, подумает о том, чтобы толкать и тянуть. Физик подумал бы об изменении скорости объекта. Чтобы понять, почему, давайте посмотрим на уравнение силы:

а = м / ж ,

где:

  • a - ускорение объекта, выраженное в метрах в секунду в квадрате [м / с 2 ];
  • м - масса объекта в килограммах [кг]; и
  • F - сила, измеряемая в Ньютонах [Н].

Ускорение - это изменение скорости во времени . И, как видно из формулы силы, чем больше сила, тем больше ускорение. Итак, если что-то ускоряется, например, автомобиль, оно может передать значительную силу, если столкнется с другой машиной. Эта сила пропорциональна массе автомобиля и его (тормозящему) ускорению.

Чтобы использовать калькулятор силы, введите две из этих переменных: массу, ускорение или силу в любых единицах и получите недостающее число в мгновение ока.

Если вы рассчитываете силу самостоятельно, всегда используйте систему СИ, чтобы избежать ошибок. Что такое единица силы в системе СИ? Это Ньютон [N] - назван в честь Исаака Ньютона - математика, физика и первооткрывателя гравитации. В основных единицах СИ один Ньютон равен:

1 Н = 1 кг * м / с 2

Чтобы узнать больше о единицах силы, перейдите в наш конвертер силы.

Законы движения Ньютона

Ньютон предложил три закона движения, которые объясняют движение всех физических объектов.Они являются основой всей классической механики , которая также известна как ньютоновская механика .

  1. Первый закон движения Ньютона

Объект будет оставаться в покое или продолжать двигаться равномерно, если на него не действует внешняя сила.

  1. Второй закон движения Ньютона

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m * a .

  1. Третий закон движения Ньютона

Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению (для каждого действия всегда существует равная, но противоположная реакция).

Виды сил

Все силы в классической механике подчиняются трем законам движения Ньютона.

  • Гравитационная сила - это притяжение между любыми двумя объектами ненулевой массы .Вы идете по земле вместо того, чтобы плыть из-за этой силы - силы тяжести. Его проявляет все, что вас окружает, как экран, на котором вы это читаете. Он такой маленький; это незаметно.

  • Нормальная сила - это реакция на силу тяжести - прекрасный пример третьего закона Ньютона. Когда вы стоите, вы прикладываете к полу силу (равную силе гравитации). Пол оказывает на вас такую ​​же ценность.

  • Трение - это сила, противодействующая движению .Он пропорционален нормальной силе, действующей между объектом и землей. Зимой вы наносите песок на обледеневшие поверхности, чтобы увеличить трение и предотвратить скольжение.

  • Натяжение - это осевая сила, которая проходит через тросы, цепи, пружины и другие объекты при внешнем растяжении . Например, если вы выгуливаете собаку, и она тянет вас вперед, это создает напряжение на ее поводке.

  • Центробежная сила - это сила, действующая на вращающийся объект .Вы когда-нибудь были на карусели? Вы помните, как вас выталкивали наружу? Это чувство вызывала центробежная сила.

  • Давление - это мера силы, приложенной к поверхности . Если вы надуете воздушный шар, частицы воздуха внутри будут давить на баллон. Все частицы ощущают одинаковую силу, поэтому воздушный шар надувается равномерно.

Как обрести силу?

Давайте рассмотрим несколько упражнений, чтобы на уроке физики вас ничто не удивило.

1. Найдите ускоряющую и тормозящую (останавливающую) силу:

Гепард имеет массу 50 кг. Он разгоняется из состояния покоя до 50 км / ч за 3 секунды. Затем он начинает постепенно замедляться и останавливается через 8 секунд.

  • Ускоряющая сила:

    Сначала найдите ускорение:

    50 км / ч равно 13,89 м / с (мы рассчитали это с помощью преобразователя скорости).

    Ускорение равно разнице скорости во времени:

    a = (13.89 м / с - 0) / 3 с = 4,63 м / с 2

    Рассчитать ускоряющую силу:

    F a = м * a = 50 кг * 4,63 м / с 2 = 231,5 Н

  • Сила торможения:

    a = (0-13,89 м / с) / 8 с = -1,74 м / с 2

    F r = 50 кг * -1,74 м / с 2 = -87 Н

    Сила торможения отрицательна, поскольку она имеет направление, противоположное ускоряющей силе.

2. Какое усилие необходимо для ускорения объекта (м = 2 кг) на 8 м / с 2 ? А если объект в три раза тяжелее? Как это влияет на силу?

Если масса в три раза больше, сила должна быть в три раза больше.

Что такое чистая сила?

Сила - вектор . Значит, имеет значение и направление. Вот почему вы не можете складывать его как обычные числа (скаляры).

Чистая сила (F N ) - это сумма векторов всех отдельных сил, действующих на объект .Например, давайте посмотрим на падающий мяч. На него влияют сила тяжести (F G = 5 Н), сопротивление воздуха (F R = 1 Н) и боковая сила, вызванная ветром (F W = 2 Н).

  1. Сначала найдите чистую силу горизонтальных сил. У них противоположное направление, поэтому они частично компенсируют друг друга:

    • F H = F G - F R = 5N - 1 N = 4N
  1. Теперь найдите чистую силу двух оставшихся сил.

    Здесь вы можете вычислить его по теореме Пифагора (в прямоугольном треугольнике: a 2 + b 2 = c 2 ). Чтобы узнать больше о сложении векторов, перейдите к калькулятору сложения векторов.

    F H 2 + F W 2 = F N 2 4 2 + 2 2 = F N 2 16 + 4 = F N 2 F N 2 = 20 F N = √20 F N = 2√5

    Чистая сила, действующая на шар, равна 2√5 Н.

Теперь, когда вы знаете три закона движения Ньютона и определение силы, взгляните на один из калькуляторов, перечисленных в начале. Там мы подробно объясняем все типы сил. Мы также недавно провели забавный эксперимент, в котором мы проверили, что принесет победу в гонке - туалетную бумагу или бутылку ?. Проверьте это, чтобы узнать что-нибудь о моменте инерции массы и ускорении!

FAQ

Как найти ускорение с помощью силы и массы?

  1. Разделите силу на массу .
  2. Не забудьте использовать базовые единицы СИ. Это означает, что ньютонов, силы и килограммов, массы.
  3. Наслаждайтесь ускорением в метров в секунду в квадрате .

Вес - это сила?

Вес - другое название силы тяжести . В физике масса и вес не одно и то же. Масса - это свойство объекта. Он сопротивляется любому изменению движения. Вес - это сила, действующая на массу под действием силы тяжести .На Земле, если ваша масса составляет 70 килограммов, ваш вес составляет около 700 Ньютонов (точнее, 686,5 Ньютонов).

Сила - это вектор?

Сила - вектор . Это означает, что она определяется как величиной звездной величины , так и направлением . Скаляры, как и масса или длина, определяются только величиной. Итак, если вы примените к объекту две силы, вы не сможете добавить их как скаляры. Вам нужно принять во внимание направление и найти чистую силу - векторную сумму сил.

Какова формула силы?

Формула силы определяется вторым законом движения Ньютона :

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m ⨉ a.

Чтобы использовать эту формулу, необходимо использовать единицы СИ: ньютонов, для силы, килограммов, для массы и метров в секунду в квадрате, для ускорения.

Что происходит, когда две силы действуют в одном направлении?

Когда две силы действуют в одном направлении, они складывают и создают чистую силу, равную их сумме.

Как связаны сила и движение?

Сила - это любое взаимодействие, которое, если ему не противостоять, может изменить движение объекта. Без внешней силы движущийся объект будет продолжать двигаться с постоянной скоростью и направлением, а неподвижный объект останется неподвижным. Если приложить внешнюю несбалансированную силу, объект изменит движение, изменив свою скорость и / или направление.

Взаимосвязь между силой и движением определяется законами движения Ньютона .

Какие виды сил?

Виды сил в физике:

  • Контактные силы : Нормальная сила, приложенная сила, сила трения, сила натяжения, сила сопротивления воздуха
  • Бесконтактные силы : гравитационная сила, электрическая сила, магнитная сила

Ускорение - это сила?

Ускорение не сила . Ускорение - это изменение скорости во времени. Как и сила, ускорение - это вектор, поэтому он имеет как величину, так и направление.Согласно второму закону движения Ньютона, ускорение пропорционально силе: F = m ⨉ a. Направление ускорения объекта определяется направлением чистой силы, действующей на этот объект.

Может ли чистая сила быть отрицательной?

Сила нетто может быть как положительной, так и отрицательной . Чистая сила - это сумма векторов всех индивидуальных сил, действующих на объект. Силы всегда положительны по величине. Но чтобы упростить расчет чистой силы, мы предполагаем, что силы, направленные в противоположных направлениях, имеют разные знаки.Обычно мы говорим, что силы, направленные вправо, положительны, а налево - отрицательны. Итак, если у вас есть две противоположные по направлению силы, действующие на объект, а результирующая сила направлена ​​влево, вы можете сказать, что результирующая сила отрицательна.

В чем разница между уравновешенными и несбалансированными силами?

Уравновешенные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление . Они уравновешивают друг друга, и поэтому отменяют друг друга . Классическим примером уравновешенных сил могут быть гравитационная сила и нормальная сила, действующие на объект, расположенный на горизонтальной поверхности.Уравновешенные силы не изменяют направление или скорость объекта.

Неуравновешенные силы не имеют одинаковой величины . Если на объект действует неуравновешенная сила, она влияет на движение объекта. Например, если что-то падает, это происходит из-за силы тяжести. Сила сопротивления воздуха противодействует гравитации, но не уравновешивает ее, если объект достаточно тяжелый.

Уравновешенные силы вызывают изменение движения?

Уравновешенные силы не вызывают изменения движения .Две силы уравновешены, когда они имеют одинаковую величину и противоположное направление, поэтому они нейтрализуют друг друга. Вместе они не влияют на скорость или направление движения объекта.

Что такое контактная сила?

Контактная сила - это любая сила, которая требует контакта. И трение, и нормальная сила являются контактными силами, потому что они возникают, когда объект контактирует с поверхностью. С другой стороны, неконтактная сила, как и сила тяжести, действует без контакта с объектом.

Калькулятор второго закона Ньютона

Калькулятор второго закона Ньютона - идеальный инструмент, который поможет вам понять второй закон движения Исаака Ньютона. Вы когда-нибудь задумывались, что такое второй закон движения Ньютона или как рассчитать силу, действующую на объект? В следующей короткой статье собраны все ответы.

Исаак Ньютон был английским математиком, физиком и астрономом, наиболее известным своим законом всемирного тяготения.Легенда гласит, что Ньютон сидел под яблоней, когда внезапно почувствованное на его голове яблоко заставило его понять, что падение тел на Землю и движение небесных тел вызвано одной и той же силой - гравитацией и .

Ньютон заложил также основу классической механики своими тремя законами движения, которые описывают результирующее движение объекта под действием действующих на него сил:

  • Первый закон движения - объект будет оставаться в покое или в равномерном движении по прямой, если на него не действует ненулевая чистая сила,
  • Второй закон движения - это наш калькулятор второго закона Ньютона.Например, этот закон объясняет, как рассчитать силу, зная ускорение тела.
  • Третий закон движения - когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению (каждому действию всегда противопоставляется сила. равная реакция).

Что такое второй закон движения Ньютона?

Второй закон движения Ньютона гласит, что ускорение объекта пропорционально действующей на него чистой силе F и обратно пропорционально его массе m .Это выражается следующим уравнением

a = Ф / м ,

где

  • a [м / с²] - ускорение объекта;
  • F [Н] - сила, действующая на объект;
  • м [кг] - масса объекта.

Вышеупомянутый закон гласит, что объектов ускоряются за счет силы, действующей на них . Действие силы, ускорение, зависит от инерции объектов: нежелания изменять скорость.Чем больше масса, тем больше инерция.

Как рассчитать силу?

Теперь, когда вы знаете второй закон движения Ньютона, мы можем легко найти силу, действующую на тело. Обращаясь к этому закону, мы находим выражение для силы. На практике напрямую определить ускорение сложно. Вместо этого мы можем обратиться к его определению. Ускорение - это отношение изменения скорости ко времени, которое потребовалось для ускорения. Используя эту информацию, мы можем переписать формулу силы как

F = m * (v f - v i ) / dt .

Новые символы:

  • v f [м / с] - конечная скорость;
  • v i [м / с] - начальная скорость пули;
  • dt [s] - время, необходимое для изменения скорости.

С помощью этой формулы вы можете вычислить искомую силу. Вы также можете перевернуть уравнение и спросить , как изменится скорость , если вы подвергнете объект массой м силе F в течение dt секунд.

С силой связано понятие импульса. Проверьте калькулятор импульса и импульса, чтобы узнать об этом больше!

Калькулятор второго закона Ньютона

Вычислить силу очень просто с помощью нашего калькулятора второго закона Ньютона. Рассчитаем силу, необходимую для остановки движущегося автомобиля. Автомобиль весит 3500 фунтов ( 1586 кг ) и движется со скоростью 60 миль в час ( 97 км / ч ). Чтобы остановить его за 20 с , вам потребуется усилие -2129 Н (проверьте преобразователь силы для различных мер силы).Знак минус означает, что сила действует противоположно движению автомобиля: она останавливает автомобиль.

Если вас интересует физика автомобилей, узнайте, что происходит во время автокатастрофы. Хотите знать, где может быть центр масс автомобиля? Вам больше не нужно удивляться! Есть наш автоцентр из калькулятора масс.

Вычислительная сила - Физика средней школы

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или несколько ваших авторских прав, сообщите нам об этом, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса - изображению, ссылке, тексту и т. д. - относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Давление | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите давление.
  • Объясните взаимосвязь между давлением и силой.
  • Рассчитайте силу с учетом давления и площади.

Вы, несомненно, слышали, что слово давление используется в отношении крови (высокое или низкое кровяное давление) и погоды (погодные системы высокого и низкого давления). Это только два из многих примеров давления в жидкости. Давление P определяется как

[латекс] P = \ frac {F} {A} \\ [/ latex]

, где F - сила, приложенная к области A , которая перпендикулярна силе.{5} {\ text {Pa}} \\ [/ latex].

фунтов на квадратный дюйм (фунт / дюйм 2 или фунт / кв. Дюйм) все еще иногда используется в качестве меры давления в шинах, а миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) Все еще часто используются для измерения кровяного давления. Давление определяется для всех состояний вещества, но особенно важно при обсуждении жидкостей.

Рис. 1. (a) Хотя человек, которого тыкают пальцем, может раздражаться, сила не имеет длительного эффекта. (б) Напротив, та же сила, приложенная к области размером с острый конец иглы, достаточно велика, чтобы повредить кожу.

Пример 1. Какую силу оказывает давление?

Астронавт работает за пределами Международной космической станции, где атмосферное давление практически равно нулю. Манометр на ее баллоне с воздухом показывает 6,90 × 10 6 Па. Какую силу воздух внутри баллона оказывает на плоский конец цилиндрического баллона - диск диаметром 0,150 м?

Стратегия

Мы можем найти прилагаемую силу из определения давления, приведенного в [латексе] P = \ frac {F} {A} \\ [/ latex], при условии, что мы можем найти область действия A .{5} \ text {N} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение

Вау! Неудивительно, что танк должен быть сильным. Поскольку мы нашли F = PA , мы видим, что сила давления прямо пропорциональна площади воздействия, а также самому давлению.

Сила, действующая на конец резервуара, перпендикулярна его внутренней поверхности. Это направление обусловлено тем, что сила создается статической или неподвижной жидкостью. Мы уже видели, что жидкости не могут выдерживать поперечные (боковые) силы ; они также не могут оказывать усилие сдвига .Давление жидкости не имеет направления, будучи скалярной величиной. Силы давления имеют четко определенные направления: они всегда действуют перпендикулярно любой поверхности. (См., Например, шину на рисунке 2.) Наконец, обратите внимание, что давление действует на все поверхности. Пловцы, как и покрышка, ощущают давление со всех сторон. (См. Рисунок 3.)

Рис. 2. Давление внутри этой шины оказывает силы, перпендикулярные всем поверхностям, с которыми она контактирует. Стрелки показывают характерные направления и величины сил, действующих в различных точках.Обратите внимание на то, что статические жидкости не вызывают сдвиговых усилий.

Рис. 3. На этого пловца оказывается давление со всех сторон, так как вода текла бы в пространство, которое он занимает, если бы его там не было. Стрелки показывают направления и величины сил, действующих на пловца в различных точках. Обратите внимание, что силы снизу больше из-за большей глубины, что дает чистую восходящую или выталкивающую силу, которая уравновешивается весом пловца.

Исследование PhET: свойства газа

Закачивайте молекулы газа в ящик и смотрите, что происходит, когда вы меняете объем, добавляете или убираете тепло, меняете гравитацию и многое другое.Измерьте температуру и давление и узнайте, как свойства газа меняются по отношению друг к другу.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

1. Как давление связано с остротой ножа и его режущей способностью?

2. Почему тупая игла для подкожных инъекций болит больше, чем острая?

3. Внешняя сила на одном конце воздушного резервуара была рассчитана в Пример 1: Расчет силы, прилагаемой воздухом .Как уравновешивается эта сила? (Танк не ускоряется, поэтому сила должна быть сбалансирована.)

4. Почему статические жидкости всегда действуют перпендикулярно поверхности?

5. В отдаленном месте недалеко от Северного полюса в озере плавает айсберг. Рядом с озером (предположим, что оно не замерзло) на суше находится ледник сопоставимых размеров. Если оба куска льда растают из-за повышения глобальной температуры (и весь растаявший лед уйдет в озеро), какой кусок льда даст наибольшее повышение уровня воды в озере, если таковое имеется?

6.Как бег по мягкому грунту и ношение мягкой обуви снижают нагрузку на ступни и ноги?

7. Танцы на пальцах ног (как в балете) намного тяжелее воздействуют на пальцы ног, чем при обычном танце или ходьбе. Объясните с точки зрения давления.

8. Как преобразовать единицы давления, такие как миллиметры ртутного столба, сантиметры водяного столба и дюймы ртутного столба, в такие единицы, как ньютоны на квадратный метр, не прибегая к таблице коэффициентов преобразования давления?

Задачи и упражнения

1.Когда женщина идет, весь ее вес на мгновение ложится на пятку ее туфель на высоком каблуке. Рассчитайте давление, оказываемое пяткой на пол, если ее площадь составляет 1,50 см 2 , а масса женщины - 55,0 кг. Выразите давление в Па. (На заре коммерческих рейсов женщинам не разрешалось носить обувь на высоком каблуке, потому что полы самолетов были слишком тонкими, чтобы выдерживать такое большое давление).

2. Давление, которое игла фонографа оказывает на пластинку, на удивление велико.Если эквивалент 1,00 г поддерживается иглой, острие которой представляет собой круг радиусом 0,200 мм, какое давление будет оказано на запись в Н / м 2 ?

3. Кончики гвоздей оказывают огромное давление, когда по ним ударяют молотком, потому что они оказывают большую силу на небольшой площади. Какую силу необходимо приложить к гвоздю с круглым наконечником диаметром 1,00 мм, чтобы создать давление 3,00 × 10 9 Н / м 2 (Это высокое давление возможно, потому что молоток, ударяющий по гвоздю, останавливается в такое короткое расстояние.)

Глоссарий

давление:
сила на единицу площади, перпендикулярная силе, на которую действует сила

Избранные решения проблем и упражнения

1. 3,59 × 10 6 Па; или 521 фунт / дюйм 2

3. 2.36 × 10 3 N

Что такое формула силы? - Определение и объяснение - Видео и стенограмма урока

Формула силы

Формула силы утверждает, что сила равна массе, умноженной на ускорение.Итак, если вы знаете массу и ускорение, просто умножьте их вместе, и теперь вы знаете силу! Единицами измерения ускорения являются метры на секунду в квадрате (м / с2), а единицей измерения массы - килограммы (кг).

Давайте посмотрим на пример:

Мэри пытается поднять ящик с пола на полку. Она разгоняет коробку массой 2 кг со скоростью 2 м / с2. Какую силу Мэри прилагает к коробке?

Чтобы решить эту проблему, просто умножьте массу (2 кг) на ускорение (2 м / с2), чтобы получить окончательный ответ: на коробку была приложена сила 4 Н.Помните, что в физике всегда включайте все единицы как в вашу задачу, когда вы показываете свою математику, так и когда вы пишете свой окончательный ответ.

Решение для других переменных

Вы также можете вычислить любую другую переменную в уравнении, если у вас есть две из трех. Например, если у вас есть масса и сила, вы можете рассчитать ускорение.

Если вы немного не уверены в алгебраических уравнениях, вот вам ярлык!

Используя круг, проведите горизонтальную линию через середину.Затем разделите нижнюю половину круга на две части. Вверху напишите F для силы, а внизу положите м для массы в одной секции и a для ускорения в другой. Горизонтальная линия будет использоваться для деления, а вертикальные линии - для умножения. Затем закройте пальцем любую переменную, которую вы хотите найти. Например, предположим, что мы хотим найти ускорение. Накройте круг и . Теперь у вас осталось F , разделенное на м. Это математика, которую вы используете для вычисления силы! Довольно просто, да?

Давайте посмотрим на пример:

Джордан пытается подтолкнуть через комнату большой стул для своей тети. Она хочет, чтобы это было на солнце, чтобы она могла читать днем. Джордан использует 300 Н силы на стуле 300 кг. Насколько быстро Джордан должен разогнаться, чтобы передвинуть стул?

Давайте снова воспользуемся кругом. Закройте переменную, которую вы хотите найти, a. Теперь у нас осталось F , разделенное на м. Теперь мы можем подставить наши числа. Сила (300 Н), разделенная на массу (300 кг), равна 1 м / с2 - ускорению, которое Джордан должен использовать для перемещения кресла.

Net Force

Обычно на объекты одновременно действует множество сил, а не одна, как мы видели до сих пор. Чтобы вычислить другие переменные, нам нужно сложить силы, чтобы увидеть, что такое чистая сила или сумма сил, действующих на объект. Сила считается вектором , что означает, что она имеет величину и направление.Обычно мы обозначаем силы, которые направлены вниз, как отрицательные, а силы, направленные вверх, как положительные. Точно так же силы, идущие влево, отрицательны, а силы, идущие вправо, положительны.

Ученые придумали отличный способ систематизировать совокупные силы, действующие на объект, который называется диаграммой свободного тела. Схемы свободного тела - это изображения, на которых изображены все силы, действующие на объект. Вы начинаете с точки, представляющей объект. Затем вы рисуете силы, действующие на объект, выходящий из точки, со стрелками на конце.Так, например, если я толкну коробку вправо с 10 Н, я нарисовал бы линию на диаграмме свободного тела справа, обозначенную 10 Н. После того, как вы записали все свои силы, пора их сложить! Мы добавляем силы только в одном направлении за раз.

Когда у вас есть более одной силы в задаче, вам нужно сначала нарисовать диаграмму свободного тела, вычислить чистую силу, а затем использовать круг или алгебру для решения.

Давайте посмотрим на пример:

Керри хочет повесить новую причудливую лампу весом 150 кг, которую она нашла в комиссионном магазине.Она знает, что Fg лампы или ее вес составляет 200 Н. Кабель, который она должна его подвесить, имеет только натяжение (FT) 150 Н. Каково ускорение лампы?

Сначала мы рисуем диаграмму свободного тела, где F g идет вниз, поскольку это связано с силой тяжести, и F T идет вверх, поскольку веревка тянет лампу к потолку.

Затем, поскольку F g понижается, эта сила будет отрицательной, а поскольку F T возрастает, это число будет положительным.Когда мы добавляем -200 Н плюс положительные 150 Н, мы получаем -50 Н. Это означает, что общая сила, действующая на нашу лампу, уменьшается, что означает, что лампа тоже гаснет. Не похоже, что этот кабель подойдет Керри! Но давайте продолжим решать эту проблему, потому что нам нужно было найти ускорение.

Теперь, когда у нас есть чистая сила, мы можем использовать круг или алгебру. Когда мы подставляем числа, мы получаем -50 Н (сила), разделенную на 150 кг (масса), что дает нам ускорение -0,33 м / с2.

Резюме урока

Формула для силы говорит, что сила равна массе ( м ), умноженной на ускорение ( a ).Если у вас есть две любые из трех переменных, вы можете решить третью. Сила измеряется в Ньютонах (Н), масса - в килограммах (кг), а ускорение - в метрах в секунду в квадрате (м / с2). Если у вас более одной силы в задаче, сначала нарисуйте диаграмму свободного тела, затем добавьте свои силы, чтобы получить чистую силу, и, наконец, решите свою проблему.

Что следует помнить

  • Сила равна массе, умноженной на ускорение.
  • Сила измеряется в Ньютонах.
  • Вы можете использовать уравнение силы, чтобы также найти массу или ускорение объекта.
  • Чтобы рассчитать чистую силу, действующую на объект, можно нарисовать диаграмму свободного тела.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *