Единица силы. Измерение силы

Сила характеризуется числовым значением (модулем), направлением и точкой приложения. Чтобы определить числовое значение силы, нужно измерить силу, т. е. сравнить ее с другой силой, принятой в качестве единицы силы. Что принято за единицу силы?

Главный результат действия силы - изменение скорости движения тела, которая сама по себе никогда не изменяется. Исходя из этого, была выбрана в СИ единица силы - 1 ньютон (1 Н), названная в честь английского ученого Исаака Ньютона. Существуют кратные и дольные единицы силы: \(1\:кН = 1000\:Н\), \(1\:мН = 0,001\:Н\).

Сила, как вы знаете, может не только изменить скорость, но и вызвать деформацию тела. Пружина растягивается, потому что на нее действует вес груза, который притягивает Земля.

Какой массой должно обладать тело, чтобы действующая на него сила тяжести равнялась \(1,0\:Н\)? Исследования показали, что с силой \(F = 1,0\:Н\) Земля притягивает тело массой \(m = 0,102\:кг\).

Определим значение коэффициента \(g\), входящего в формулу силы тяжести \(F = gm\). Из формулы видно, что \(g = \frac{m}{F}\). Так как на тело массой \(0,102\:кг\) Земля действует с силой \(F ≈ 1,0\:Н\), то: \[g= \frac{1,0\:Н}{0,102\:кг} ≈ 9,8 \frac{Н}{кг}.\]

Значит, если масса тела равна \(1,0\:кг\), то действующая на него сила тяжести \(F = gm = 9,8\:Н\). Следовательно, и вес этого тела (если оно находится в состоянии покоя или движется равномерно) \(P = 9,8\:Н\). Ни в коем случае нельзя приравнивать вес и массу, что, к сожалению, часто встречается в быту. Это разные физические величины, и единицы у них разные. Масса измеряется в килограммах, вес - в ньютонах. Если ваша масса \(m = 50\:кг\),то ваш вес \(P ≈ 500\:Н\).

Как измерить силу? Для этого нужно создать измерительный прибор. Будем подвешивать к пружине сначала одну гирю массой \(m = 102\:г = 0,102\:кг\), затем две, три и т. д. Отметим метками положения указателя, напротив которых ставим значения \(1\:Н\), \(2\:Н\), \(3\:Н\) и т. д.

Пружина с указателем и шкалой представляет собой прибор для измерения сил - динамометр (от греч. dynamis - сила и metreo - измеряю). Динамометром можно измерять не только вес тела, но и любые силы.

Динамометры бывают различных типов и размеров в зависимости от того, для измерения больших или малых сил они предназначены. Для измерения мускульной силы руки используют динамометр-силомер. Определить силу тяги трактора позволяет тяговый динамометр.

Для проведения различных исследований удобен динамометр с реечной передачей. Он позволяет измерять не только силу, направленную вниз, например создаваемую лежащим на опоре А телом, или вес подвешенного к подвесу Б тела. Таким динамометром можно измерить и силу, направленную вверх.

Значение коэффициента \(g\), равное \(9,8 \frac{Н}{кг}\), характерно только для Земли (оно несколько изменяется в зависимости от географической широты места и от высоты подъема тела над поверхностью Земли; с увеличением высоты значение \(g\) уменьшается).

Для Луны этот коэффициент в 6 раз меньше, т. е. \(g_{Л} ≈ 1,6 \frac{Н}{кг}\), для Юпитера \(g_{Ю} ≈ 23 \frac{Н}{кг}\). Для Солнца \(g_{С} ≈ 274 \frac{Н}{кг}\) (почти в 30 раз больше, чем для Земли).

Главные выводы:

  1. В СИ единицей силы является 1 ньютон.
  2. Силу измеряют с помощью динамометра.
  3. С силой \(F = 1\:Н\) Земля притягивает тело массой \(m = 0,102\:кг\).
  4. В формуле \(F_{т} = gm\) силы тяжести, с которой Земля действует на тело, постоянный коэффициент \(g ≈ 9,8 \frac{Н}{кг}\).

Читать далее