Сила

Сила определяется как внешняя причина, которую тело испытывает в результате взаимодействия с другим телом. Всякий раз, когда два объекта взаимодействуют, на каждый объект действует сила. Взаимодействие или столкновение двух объектов заканчивается, когда два объекта перестают чувствовать друг к другу какую-либо силу. Таким образом, мы можем сказать, что силы существуют, когда есть взаимодействие между двумя объектами. Сила — это внешний фактор, способный изменить состояние покоя или движения определенного тела. Он имеет размер и движение. Сила прикладывается как в направлении, так и в точке, называемой соответственно направлением и приложением силы. Таким образом, силы делятся на две контактные и бесконтактные силы, как обсуждается ниже.

Что такое Сила?

Толчок или притяжение объекта в науке называется силой. Сила создается, когда две вещи соприкасаются. Величина и направление силы присутствуют. Величина силы используется для представления ее силы. Изменение направления или условия движения тела вызывается силой.

Any external element that has a tendency to change the state of motion or rest, when applied to an object is called force. Force is simply the push or pull upon an object resulting to the interaction between the two objects.

Сила может заставить объект перейти из состояния покоя в движение или наоборот. Две или более вещи должны взаимодействовать друг с другом, чтобы была создана сила. Например, сила приложена ветром, когда он толкает парусную лодку по воде. Сила также присутствует, когда гравитация тянет яблоко вниз. Вещи могут двигаться, изменять свою скорость или форму в ответ на воздействие сил.

Единица силы

• Сила является векторной величиной, это означает, что она имеет и массу, и величину. Сила, действующая на объект, обозначается символом F или .
• Единицей силы в системе СИ является Ньютон (Н). Сила в 1 Ньютон определяется как сила, необходимая для ускорения массы 1 кг на 1 м/с ² в направлении приложенной силы.
• В системе СГС единицей силы является дина, а другими единицами измерения являются фунт-сила, фунт-сила, кип, килограмм-понд.

Эффекты Сил

Когда сила приложена к объекту, она имеет разные эффекты, например, может изменить форму объекта или изменить состояние движения этого объекта. Давайте разберемся с эффектами силы:

1. Изменение формы: сила вызовет изменение формы, например, при ударе молотком по горячему железному стержню сила, прилагаемая молотком, изменит форму объекта, т. е. железный стержень будет согнут.
2. Изменение размера: Сила вызовет изменение размера, при растяжении резиновой ленты сила, приложенная при растяжении резиновой ленты, вызовет увеличение размера резиновой ленты.
3. Изменение направления: Сила вызовет изменение направления, например, удар по футбольному мячу, когда вы ударите по мячу, его направление изменится.
4. Изменение скорости: когда игрок с битой ударяет по движущемуся мячу с силой, скорость мяча увеличивается. Кроме того, скорость силы будет зависеть от того, в каком направлении она приложена, если мы приложим силу в направлении движущегося объекта, то это вызовет увеличение скорости, а когда она будет применена к движущемуся объекту, то скорость уменьшится. объект.
5. Изменение состояния движения - покой и движение: сила вызовет изменение движения, например, сила, действующая на двигатель автомобиля, позволит машине двигаться, а сила, действующая на тормоз, позволит машине остановиться. .

Формулы силы

Сила определяется векторным произведением массы m и ускорения a объекта. Это можно записать как,

F = ma

where, 

• F is the applied force,
• m is the mass of an object and 
• a is the acceleration of the object.

Также согласно второму закону движения Ньютона сила определяется скоростью изменения импульса во времени. Математически это дается как,

where,

•  is the change in momentum, and 
• dt is the change in time. 

Но, импульс определяется как произведение массы и скорости объекта как,

where

• m is the mass and
•  is the velocity of the object.

Следовательно, сила становится:

Величина и направление силы

Чтобы переместить большой вес, человек должен тянуть или толкать его в одном направлении. Когда два человека толкают или тянут вес в противоположных направлениях, результирующая сила является суммой двух сил. Величина силы выражает ее силу. Когда силы приложены в противоположном направлении, величина равнодействующей силы уменьшается.

Кроме того, равные и противоположные силы уравновешивают друг друга, поэтому результирующая сила равна нулю. Сила, приложенная к предмету, вызывает изменение скорости, а также изменение формы. Одни силы воздействуют на предмет, соприкасаясь с ним, в то время как другие действуют, не соприкасаясь с предметом. Силы касания — это силы, которые действуют, когда предмет вступает с ними в контакт.

Контактные силы включают мышечные силы и силы трения. Бесконтактные силы — это силы, которые могут действовать без соприкосновения с предметом. Гравитационная сила, электромагнитная сила, электростатическая сила и бесконтактные силы — все это примеры сил.

Типы силы

Сила может воздействовать на объект как с контактом, так и без него. Например, если вы толкаете или тянете дверь, вы должны иметь контакт с дверью, а если у вас есть стержневой магнит, вы можете легко притягивать железные гвозди без какого-либо контакта с гвоздем. Итак, в науке у нас есть два типа сил: одна — контактная сила, а другая — бесконтактная сила. Давайте посмотрим подробно, что они из себя представляют на своих примерах.

Контактная сила

The forces which are applied to other objects only through physical touching are called contact forces. 

Примерами контактных сил являются мускульные силы и силы трения.

1. Мышечная сила. Мышечная сила представляет собой контактную силу, при которой сила проявляется мышцами тела. Например, прыжки, удары ногами, бег, ходьба, лазание, поднятие тяжестей и толкание — все это осуществляется нашими мышцами.
2. Сила трения. Сила трения представляет собой контактную силу, которая всегда препятствует движению тела по отношению к другому телу. Например, если мы перестаем грести на велосипеде, постепенно он замедляется и останавливается, преодолев некоторое расстояние.

Бесконтактная сила

The forces which are applied to other objects without any physical touching are called non-contact forces. 

Примерами бесконтактных сил являются магнитная сила, электростатическая сила и гравитационная сила. Теперь давайте подробно обсудим виды силы:

1. Магнитная сила: Магнитная сила — это бесконтактная сила, действующая магнитом на любое другое магнитное вещество. Например, если мы поднесем магнит к железному гвоздю, то магнит притянет их к себе, поскольку магниты действуют с силой.
2. Электростатическая сила: Электростатическая сила — это бесконтактная сила, которую заряженный объект может воздействовать на другой объект на расстоянии. Например, если растереть пластмассовой расческой сухие волосы, электрически заряженная расческа притянет к себе крошечные кусочки бумаги.
3. Гравитационная сила: Гравитационная сила — это бесконтактная сила между двумя телами, имеющими некоторую массу. Это сила притяжения. Сила притяжения между Землей и любым объектом называется силой тяжести.

Линия действия силы

Галилей использовал эксперименты, чтобы показать, что когда на объект не действует внешняя сила, он движется с постоянной скоростью. Он мог заметить, что скорость сферы возрастает, когда она катится по наклонной плоскости из-за ее гравитационного притяжения.

Суммарная сила, действующая на объект, равна 0, когда все силы равны и уравновешены. Однако результирующая сила, действующая на тело, может изменить либо величину, либо направление его скорости, если все силы, действующие на него, приводят к неуравновешенной силе, что указывает на то, что неуравновешенная сила может ускорять тело. Например, когда на тело действует ряд сил и определяется, что оно находится в состоянии покоя, мы можем заключить, что на тело действует нулевая результирующая сила.

Линия действия силы — это путь, по которому она действует, когда действует сила на объект. Точка приложения силы — это место, где она воздействует на объект. Сила трения — это сила, противодействующая относительному движению между поверхностями двух соприкасающихся тел и действующая вдоль поверхностей.

Решенные примеры на силу

Пример 1: Определить силу тела массой 500 кг и ускорением 60 м/с ² .

Решение:

Given that,

The mass of the object, m is 500 kg.

The acceleration, a is 60 m/s²

According to the force formula,

F = ma

Substituting the given values,

F = 500 kg × 60 m/s²

= 3 × 10⁴ N

Пример 2: Какая результирующая сила требуется, чтобы разогнать ящик массой 20 кг со скоростью 5 м/с ² ?

Решение:

Given that,

The mass of the box, m is 20 kg.

The acceleration of the box, a is 5 m/s²

According to the force formula,

F = ma

Substituting the given values,

F = 20 kg × 5 m/s²

= 100 N

Часто задаваемые вопросы о силе

Вопрос 1: Какая сила вызывает притяжение заряженного шара к другому шару?

Отвечать:

Electrostatic Force

Вопрос 2: Какое самое слабое взаимодействие в природе?

Отвечать:

Gravitational Force is the weakest among all the four fundamental forces.

Вопрос 3: Всегда ли сила приводит в движение?

Отвечать:

No, force never has to reverse the direction of a motion. For instance, moving a wall won’t change how it moves, etc.

Вопрос 4: Является ли сила скалярной величиной?

Отвечать:

Force is not a scalar quantity. Since it has both direction and magnitude. Therefore, force is a vector quantity.

Вопрос 5: Яблоко падает с дерева, какая сила ответственна за эти явления? Определите это.

Отвечать:

Force of gravity is responsible for the fall of the apple. The Force of gravity is the force of attraction between the earth and any object.

Вопрос 6: Что такое чистая сила? Объясните с помощью примера.

Отвечать:

The total of all the forces acting on a body is called the net force. For example, if we are pushing a heavy box in the same the direction the resultant force will be added and the box will move easily, while if two-person pushing the same box in an opposite direction then it gets difficult as the resultant forces acting on the force will be the difference between the two forces. 

Mathematically we can write,

F_net = F₁+ F₂ (when force applying in the same direction).

F_net = F₁ – F₂ ( when force acts in a opposite direction)