Back to the topics list

сила

Коли ми штовхаємо, тягнемо, б’ємо ногами, піднімаємо, кидаємо, кидаємо, б’ємо, вибираємо, стискаємо, тиснемо, роздуваємо, відкриваємо та закриваємо об’єкт, ми кажемо, що до об’єкта прикладено силу. Ці дії є нічим іншим, як застосуванням сили. Яким би не був метод застосування сили, вони бувають лише двох типів –

• Поштовх
• Потягнути

Зовнішній агент, який викликає рух у тілі або змінює існуючий стан руху в тілі, називається силою.

Приклади поштовху

• Ми штовхаємо двері, щоб закрити або відкрити їх
• Штовхаємо візок в магазині
• Ми штовхаємо коробку через кімнату

Приклади тяги

• Піднімаємо відро з водою
• Тягнемо дверцята холодильника, щоб відкрити їх
• Тягнемо стілець, щоб сісти

Ми використовуємо силу, щоб ходити, піднімати будь-який предмет, кидати будь-що, рухати предмет з місця тощо. Коротше кажучи, сила присутня в кожній нашій діяльності. Застосовуючи силу, ми зазвичай приводимо будь-що в рух або в стан спокою, але не завжди. Наприклад, якщо ми прикладаємо силу до стіни, вона не рухається.

Точка на тілі, де діє сила, називається точкою прикладання сили.

Пряму, проведену через точку прикладання сили в напрямку дії сили, називають лінією дії сили.

Ефекти сили

Сила має багато впливів на об’єкти, до яких вона застосована. Про силу можна судити за різними ефектами, які вона може спричинити на об’єкт, до якого її застосовують.

1. Сила викликає рух – сила може привести нерухомий об’єкт у рух, якщо немає іншої сили, яка перешкоджає руху. Це означає, що коли до нерухомого об’єкта прикладається достатня сила, він починає рухатися в напрямку дії сили. Зміна положення предмета називається рухом. Наприклад, коли ми штовхаємо будь-яку іграшкову машинку, вона рухається, або коробку, що лежить на підлозі, можна зрушити, штовхаючи її, тобто прикладаючи до неї силу. Отже, при застосуванні сили нерухомий об’єкт починає рухатися або сила змінює положення нерухомого об’єкта.
2. Сила змінює швидкість – Швидкість тіла, що рухається, можна змінити, прикладаючи до нього силу – прикладаючи силу до акселератора, швидкість автомобіля, що рухається, можна збільшити, а за допомогою гальм швидкість можна зменшити або зрештою навіть зупинити автомобіль, що рухається. Коли ми прикладаємо силу в тому ж напрямку, що й рух, швидкість збільшується. Коли ми прикладаємо силу в напрямку, протилежному руху, швидкість зменшується.
3. Сила зупинити рух – це означає, що коли ми прикладаємо силу в протилежному напрямку руху, вона може перевести рухомий об’єкт у стан спокою. Наприклад, автомобіль, що рухається, можна зупинити, застосувавши до нього гальма. Коли ми намагаємося утримати м'яч, кинутий нам із силою, що перевищує силу, з якою він йде, він зупиняється.
4. Сила змінює напрямок – коли сила прикладена під кутом до рухомого об’єкта, вона змінює напрямок рухомого об’єкта. Наприклад, під час гри в теніс, коли гравець повертає м’яч до гравця з протилежного боку, сила, прикладена до м’яча, змінює свій напрямок. Автомобіль, що рухається, змінює свій напрямок, коли до його керма прикладається сила, щоб повернути його. У грі у футбол гравці змінюють напрямок руху футболу, вдаряючи по м’ячу ногою під кутом.
5. Сила змінює форму – коли до предмета прикладається сила, його форма та розмір змінюються. Наприклад, коли на надуту повітряну кульку натискають, прикладена сила змінює її форму. Коли твердий камінь забивають молотком, сила, прикладена молотком, змінює його форму, утворюючи статую. Коли ми стискаємо пластикову пляшку з водою, прикладена сила змінює її форму та розмір.

Характеристика сили

• Сила виникає внаслідок взаємодії принаймні двох об’єктів
• Це може змінити стан руху об'єкта
• Це може змінити форму предмета
• Сили, прикладені до об’єкта в одному напрямку, складаються одна з одною, і в результаті відбувається той самий напрямок
• Коли сили прикладені до об’єкта в протилежному напрямку, тоді їх результуюча або сумарна сила є різницею між цими протилежними силами, а її кінцевий напрямок такий самий, як і більшої сили.
• Якщо дві сили, що діють на об’єкт, однакові за величиною, але протилежні за напрямком, тоді сумарна сила, що діє на тіло, дорівнює нулю.
• Це векторна величина, отже, її слід уточнювати, вказуючи її величину та напрямок.
• Якщо змінюється величина, або напрямок, або те й інше, змінюється і дія сили.
  

Види сил:

• Збалансовані проти незбалансованих сил
• Сили, що діють на об'єкт, можуть бути врівноваженими або неврівноваженими.
• Зрівноважені сили
  

Урівноважені сили – це сили, при яких результат прикладених сил дорівнює нулю. Вони не викликають жодних змін у стані об’єкта, до якого вони застосовані, тобто стан об’єкта, до якого застосована сила, не змінюється з руху на стан спокою або навпаки, однак збалансовані сили можуть змінити форму та розмір об’єкта. об'єкт. Зрівноважені сили рівні за величиною, але протилежні за напрямками. Урівноважені сили вважаються такими, що знаходяться в стані рівноваги.

Наприклад, в армрестлінгу, де немає переможця, сила, яку докладає кожна людина, однакова, але вони штовхаються в протилежному напрямку. Результуюча сила (результатна сила) дорівнює нулю. Або під час перетягування канату, якщо мотузка не рухається, дві команди застосовують однакові, але протилежні сили, які збалансовані. Знову результуюча сила (результатна сила) дорівнює нулю.

Коли сили збалансовані, напрямок не змінюється.

• Сукупність зрівноважених сил завжди дорівнює нулю.
• Зрівноважені сили не можуть змінити рух або напрямок об’єкта.
• Збалансована сила підтримує рух об’єкта з постійною швидкістю

Книжка на столі — приклад урівноваженої сили. Силі ваги книги протидіє нормальна сила (сила опори) столу. Ці дві сили абсолютно рівні й протилежні.

Прикладом збалансованої сили, яка підтримує рух об’єкта з постійною швидкістю, є круїз-контроль автомобіля, який намагається зрівняти сили тертя з силою, що рухається вперед. Після досягнення постійної швидкості два набори сил повністю рівні й протилежні.

Неврівноважені сили

На відміну від урівноважених сил, неврівноважені сили — це сили, результуюча прикладена сила яких більша за нуль. Сили, що діють на об’єкт, неоднакові, і вони завжди змушують рух об’єкта змінювати швидкість і/або напрямок, у якому він рухається.

Коли дві неврівноважені сили діють у протилежних напрямках, їх сукупна сила дорівнює різниці між двома силами. Величина та напрям сумарної сили впливають на результуючий рух. Ця сукупна сила діє в напрямку більшої сили. Наприклад, якщо під час перетягування канату одна команда тягне сильніше, ніж інша, результуюча дія (результатна сила) полягатиме в тому, що мотузка змінить свій рух у напрямку сили з більшою силою/величиною.

Коли неврівноважені сили діють в одному напрямку, результуюча сила (результатна сила) буде сумою сил у напрямку, у якому вони прикладені. Наприклад, якщо двоє людей тягнуть об’єкт одночасно в одному напрямку, сила, прикладена до об’єкта, буде результатом їхніх спільних сил.

Коли сили діють в одному напрямку, їх сили додаються. Коли сили діють у протилежних напрямках, їх сили віднімаються одна від одної.

Незбалансовані сили також змушують нерухомий об’єкт змінювати свій рух

Якщо на об’єкт не діє результуюча сила, рух не змінюється. Якщо на об’єкт діє сумарна сила, швидкість об’єкта змінюватиметься в напрямку сумарної сили.

Контактні проти безконтактних сил

Залежно від взаємодії між силою та об’єктом, сили класифікуються як контактні та безконтактні.

Контактні сили: Сила, яку можна застосувати лише тоді, коли вона контактує з об’єктом, називається контактною силою. Усі механічні сили є контактними, наприклад м’язовими та силами тертя.

Види контактних сил:

• Прикладена сила – Сила, спричинена дією м’язів, називається прикладеною силою. Її також називають м'язовою силою. Ми застосовуємо м’язову силу під час основної повсякденної роботи нашого життя, такої як дихання, травлення, підняття відра, тягнення або штовхання якогось предмета.
• Нормальна сила – це сила контактної взаємодії між поверхнями. Він завжди діє перпендикулярно до поверхонь і поза поверхнею.
• Сила тертя – коли два предмети ковзають один по одному, вони труться і штовхаються один об одного. Цю силу штовхання називають силою тертя. Наприклад, запалювання сірника або зупинка м’яча, що рухається, відбувається під дією сили тертя.
• Сила натягу – прикладена сила, коли сила прикладається через мотузку, трос, мотузку тощо. Сила натягу може лише тягнути, але не може штовхати. Зазвичай ми припускаємо, що сила натягу троса однакова всюди на тросі.
• Сила опору повітря – це особливий тип сили тертя, яка діє на об’єкти, коли вони рухаються в повітрі. Часто спостерігається сила опору повітря, яка протидіє руху об’єкта. Силою зазвичай нехтують через її незначну величину. Це найбільш помітно для об’єктів, які рухаються з високою швидкістю (наприклад, парашутист або катається на гірських лижах).
• Сила пружини. Сила, яку чинить стиснута або розтягнута пружина, називається «силою пружини». Створена сила може бути поштовхом або тягою залежно від того, як прикріплена пружина.

Безконтактні сили: сила, яка може бути застосована без будь-якого контакту з двома тілами, називається безконтактною силою, наприклад магнітна сила, електростатична сила, гравітаційна сила.

Види безконтактних сил

• Гравітаційна сила — це сила, яка намагається притягнути два об’єкти один до одного. Все, що має масу, також має гравітаційне тяжіння. Чим масивніше об'єкт, тим сильніше його гравітаційне тяжіння. Земне тяжіння – це те, що утримує вас на землі та змушує об’єкти падати. Краплі води, що падають з неба, є прикладом сили тяжіння. Яблуко, що падає з дерева, є найкращим і найпопулярнішим прикладом безконтактної сили.
• Магнітна сила — сила, з якою магніт діє на магнітні об’єкти. Вони існують без будь-якого контакту між двома об'єктами. Наприклад, залізні шпильки притягуються, коли знаходяться поблизу магніту без будь-якого фізичного контакту.
• Електростатична сила — сила, з якою всі електрично заряджені тіла діють на інші заряджені тіла. Він може бути як привабливим, так і відразливим за своєю природою залежно від заряду тіла. Наприклад, заряджання волосся і притягання до нього шматочків паперу.
• Ядерна сила — це сила, яка утримує атоми та їх частинки разом.

Силове поле

• Область або простір, у якому діють безконтактні сили, такі як магнітна сила, сила тяжіння та електростатична сила, називається силовим полем.
• Область навколо магніту, де магнітна речовина відчуває силу, називається магнітним полем.
• Область навколо електричного заряду, де електрична речовина відчуває силу, називається електричним полем.
• Таким чином, силове поле є сферою впливу безконтактних сил.

Сила = Маса × Прискорення

Прискорення - зміна швидкості об'єкта називається прискоренням. Коли об’єкт набирає швидкість, його прискорення позитивне; при втраті швидкості прискорення від'ємне.

Маса - кожен об'єкт складається з матерії. Чим більше речовини має об’єкт, тим він більший і тим більшу масу має.

Відповідно до другого закону руху Ньютона, натисніть на об’єкт певної маси, і він прискориться залежно від кількості сили та маси. Мала сила з великою масою призводить до повільного прискорення, а велика сила з малою масою дає швидке прискорення. Це означає, що нульова сила на будь-яку масу дає нульове прискорення. Якщо предмет стоїть нерухомо, він залишається нерухомим; якщо він рухається, він продовжує рухатися з тією ж швидкістю та напрямком.