Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.4: Інші приклади сил

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74739

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Вага

    Вага приймається як сила на предмет, обумовлена гравітацією, і відрізняється від маси предмета.

    навчальні цілі

    • Зробіть висновок, які фактори, крім гравітації, сприятимуть видимій вазі об'єкта.

    У фізиці важливо диференціювати вагу предмета від його маси. Маса предмета - це внутрішня величина, незалежна від місця розташування об'єкта. З іншого боку, вага предмета - це зовнішня величина. Він розглядається як сила на об'єкт, зумовлена гравітацією. Оскільки гравітаційне прискорення змінюється залежно від місця розташування у Всесвіті, вага також.

    Математично вага предмета (W) можна знайти, помноживши його масу (м) на прискорення за рахунок сили тяжіння (g):\(\mathrm{W=M⋅g}\). Сила тяжіння дуже мало змінюється над поверхнею Землі. Насправді найбільша відсоткова різниця в значенні прискорення за рахунок гравітації на Землі становить 0,5%.

    Для більшості розрахунків, пов'язаних з вагою об'єкта на Землі, досить припустити, що\(\mathrm{g=9.8\frac{m}{s^2}}\).

    Вага об'єкта має ту саму одиницю СІ, що і сила - Ньютон (\(\mathrm{1N=1kg⋅\frac{m}{s^2}}\)).

    У звичних одиницях США вага предмета може виражатися в фунтах. Майте на увазі, що в американських одиницях фунт є або одиницею сили, або маси. Якщо потрібно знайти вагу (на відміну від маси) об'єкта в одиницях США, його можна обчислити за кілограмами сили.

    Важливо зазначити, що видима вага об'єкта (тобто вага об'єкта, визначеного шкалою) буде змінюватися, якщо на об'єкт діють інші сили, крім гравітації. Наприклад, якщо ви зважите задану масу під водою, ви знайдете інший результат, ніж якщо ви зважите цю масу в повітрі. При цьому вага предмета змінюється через силу плавучості. Поки маса знаходиться у воді, вона витісняє рідину, що призводить до висхідної сили на неї. Ця висхідна сила впливає на чисту силу, яку маса чинить на шкалі, і, таким чином, змінює її «видиму» вагу.

    зображення

    Весняна шкала: Весняна шкала вимірює вагу, знаходячи ступінь стиснення пружини. Це пропорційно силі, яку маса чинить на шкалу завдяки своїй вазі.

    Нормальні сили

    Нормальна сила виникає, коли об'єкт контактує з поверхнею; результуюча сила завжди перпендикулярна поверхні контакту.

    навчальні цілі

    • Оцініть Другий і Третій закони Ньютона при визначенні нормальної сили на об'єкт

    Огляд

    Нормальна сила виникає\(\mathrm{F_N}\), коли об'єкт контактує з поверхнею. Відповідно до третього закону Ньютона, коли один об'єкт чинить силу на другий об'єкт, другий об'єкт завжди надає силу, рівну за величиною і протилежну в напрямку на перший об'єкт. Це і є причиною того, що нормальна сила існує.

    Поширена ситуація, при якій існує нормальна сила, - це коли людина стоїть на землі. Через третього закону Ньютона земля чинить на людину силу, яка за величиною дорівнює вазі людини. У цьому простому випадку вага людини і протилежна нормальна сила - це єдині дві сили, що розглядаються на людину. Людина залишається нерухомим, тому що сили, обумовлені вагою і нормальною силою, створюють на людину чисту силу нуля.

    Сили на похилих площинам

    Більш складним прикладом ситуації, при якій існує нормальна сила, є коли маса спирається на похилу площину. При цьому нормальна сила знаходиться не в точності протилежному напрямку, як сила, обумовлена вагою маси. Це пояснюється тим, що маса контактує з поверхнею під кутом. Враховуючи цей кут, величину нормальної сили (\(\mathrm{F_N}\)) можна знайти з:

    \[\mathrm{F_N=mg \cos ⁡(θ),}\]

    де:

    • \(\mathrm{m}\)це розглянута маса,
    • \(\mathrm{g}\)це прискорення за рахунок сили тяжіння,
    • і\(\mathrm{θ}\) являє собою кут між похилою поверхнею і горизонталлю.

    зображення

    Похила площина: Маса спирається на похилу площину, яка знаходиться під кутом\(\mathrm{θ}\) до горизонталі. На масу діють такі сили: вага маси (\(\mathrm{m⋅g}\)), сила внаслідок тертя (\(\mathrm{Fr}\)), і нормальна сила (\(\mathrm{Fn}\)).

    Ще один цікавий приклад із залученням нормальних сил - це коли людина стоїть в ліфті. Коли ліфт піднімається вгору, нормальна сила насправді більша за силу тяжіння. У цій ситуації діє тільки дві сили, що діють на людину. Перший - це сила тяжіння на людину, яка не змінюється. Друге - нормальна сила. Підсумовуючи сили і встановивши їх рівними m⋅am⋅a (використовуючи другий закон Ньютона), знаходимо:

    \[\mathrm{F_N−m⋅g=m⋅a}\]

    де:

    • \(\mathrm{F_N}\)є нормальною силою,
    • \(\mathrm{m⋅g}\)це сила, зумовлена гравітацією,
    • \(\mathrm{m}\)це маса людини,
    • і\(\mathrm{a}\) є прискорення.

    Оскільки прискорення позитивне, нормальна сила насправді повинна бути більшою за силу тяжіння (вага людини).

    Ключові моменти

    • Вага приймається за силу на предмет, обумовлену гравітацією.
    • Вага і маса - це не одне і те ж!
    • Вага даної маси буде різним, коли прискорення за рахунок сили тяжіння різне.
    • Видима вага може змінюватися через ефект плавучості.
    • Сила тяжіння практично однакова скрізь на поверхні Землі.
    • Нормальна сила виникає\(\mathrm{F_N}\), коли об'єкт контактує з поверхнею.
    • Нормальна сила існує тому, що для кожної сили завжди є рівна і протилежна сила.
    • Нормальна сила завжди перпендикулярна площині, з якою об'єкт контактує або спирається на.

    Ключові умови

    • Гравітаційне прискорення: Гравітаційне прискорення - це прискорення, яке зазнає об'єкт виключно за рахунок сили тяжіння
    • перпендикулярно: під або утворюючи прямий кут (до).
    • нормаль: лінія або вектор, перпендикулярний іншій лінії, поверхні або площині.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ