Рівнодійна сил - малюнок

Рівнодійна сил — поняття, формули, приклади



Для розгляду терміна “рівнодійна сил” доведеться скористатися якимись абстрактними поняттями фізики та теоретичної механіки, спрощеннями, що умовно показують реальний світ.

Отже, візьмемо до уваги, що:

  • Під об’єктом розуміється не фізичне тіло з об’ємом, формою і внутрішньою структурою. Мається на увазі «матеріальна точка», що характеризується тільки масою. Тобто величиною, що визначає інерцію (прагнення зберігати нерухомість) і гравітаційні взаємодії (тяжіння предметів). Не варто плутати з вагою. Остання є проявом гравітації і змінюється в залежності від місця вимірювання (географічної широти).
  • Події та спостереження відбуваються в інерціальній системі відліку, де простір і час однорідні (ідентичні в будь-якій точці). Поворот системи відліку не впливає на вимірювання.
  • Міркування коректні для швидкостей, що істотно нижче швидкості світла і не поширюються на субатомний рівень.
Ілюстрація додавання сил
Ілюстрація додавання сил

Поняття сили

Виникло це поняття ще в працях давньогрецьких вчених. Воно мало скоріше філософський характер і було досить заплутаним і неоднозначним, що не заважало при цьому античним інженерам-практикам виробляти досить точні розрахунки, оскільки розуміння сили як причини руху було для них безумовним.

Пізніше проблемою займалися такі титани як Роджер Бекон і Вільям Оккам (англійські філософи і натуралісти). Знову-таки без суворого фізичного підходу, але з глибоким розумінням теми (теорія «далекодії»).

Бекман, Декарт, Галілей аргументовано оскаржили архаїчні теорії. Класична механіка пробивала свою дорогу у світі фізики.

Йоганн Кеплер також спочатку надавав силі езотеричні властивості. Але спостереження за закономірностями переміщення небесних тіл вбили поганого теолога і породили вченого. Логічно з’явилася ідея загальної сили тяжіння. Це було ще до Ньютона, всупереч поширеній помилці.

Сила - визначення

Ньютон підсумував і об’єднав раніше накопичені знання.

Він встановив формулу залежності діючої на тіло сили з його рухом (II-ий закон).

Сила2

де:

  • F – вектор (також є напрямок прикладання) сили. У прийнятій в Україні системі СІ (ISQ) вимірюється в Ньютонах (Н, N в міжнародному написанні);
  • m – маса матеріальної точки (кг);
  • a – вектор одержуваного прискорення (м/с²).

При цьому визначення сили дано не було. Воно й зрозуміло: явище не існує саме по собі. Термін з’явився тільки для зручності розрахунків і має на увазі міру впливу стороннього тіла або поля на спостережуваний об’єкт.

Можливо, що гравітація є дією поля. Закон всесвітнього тяжіння був введений також Ньютоном.

Сила2

де:

  • G – гравітаційна постійна;
  • m1, m2 – маси матеріальних точок (кг);
  • R – дистанція між об’єктами (м).

Тяжіння Землі розраховується за традиційною формулою II-го закону Ньютона. Тільки “a” змінюється на прискорення вільного падіння “g”.

Для зразкових розрахунків G беруть рівним 9,81 м/с², що відповідає середній широті 45,5°. Для точних користуються відповідними таблицями.

Одиниці сили

Як виміряти силу

Відповідно до I-го закону Ньютона, в інерційних системах відліку тіло рухається рівномірно і прямолінійно або спочиває при відсутності прикладених до нього сил. Або ці сили чимось скомпенсовані.

Врівноважити зусилля можна каліброваною пружиною, динамометром. Це статичний спосіб. Типовий приклад – вимірювання сили тяжіння за допомогою ваг.

Розрахувати силу можна, знаючи масу предмета і його прискорення. II-ий закон Ньютона може в цьому допомогти. У цьому полягає динамічний метод.

Якщо діють кілька факторів одночасно, то результуюча сил можна знайти за геометричними правилами складання.

Результат буде називатися “вектор рівнодійної всіх сил”.

Вектор рівнодіючих сил

Або так:

Вектор рівнодіючих сил 2

Об’єкт, що лежить нерухомо на горизонтальній поверхні, піддається дії двох сил – тяжіння і реакції опори. Вони рівні по модулю і протилежно спрямовані: адже об’єкт спочиває і рівнодійна сил дорівнює нулю.

Приклади розв’язання задач

Машина масою 1 тонна рухається по рівній горизонтальній поверхні з прискоренням 1 м/с². Тяга силового агрегату становить 1500 Н. Вкажіть діючі на транспортний засіб сили.

Рішення.

Сили, що діють на автомобіль

Сила тяжіння спрямована вертикально вниз. Модуль визначається наступним чином:

Fт = mg = 1000 (кг) * 9,81 (м/с2) = 9810 (Н).

Пружна реакція дороги спрямована протилежно і дорівнює тяжінню, оскільки рух в даній площині відсутній і рівнодійна дорівнює нулю.

Горизонтальна рівнодійна:

F = ma = 1000 (кг) х 1 (м/с2) = 1000 (Н).

Опору:

Fоп = Fтяги – F = 1500 (Н) – 1000 (Н) = 500 (Н).

Сила - векторна величина

Кілька висновків наостанок:

  • Стан спокою і прямолінійний рівномірний рух механічно аналогічні.
  • Сила надає тілу прискорення, залежне від маси об’єкта.
  • Рівнодійна сил утворюється геометричним підсумовуванням прикладених до матеріальної точки векторів сил.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *