Сила

Дано определение силы в механике. Описаны факторы, определяющие действие на тело силы: направление, точка приложения и численное значение. Сформулированы второй и третий Законы Ньютона. Дано понятие равнодействующей силы.

Сила в механике

Определение силы

Твердые тела могут вступать во взаимодействие, в результате которого изменяется характер их движения. Мерой этого взаимодействия является физическая величина, которую называют силой.

Сила – векторная величина, количественная мера механического взаимодействия физических тел, приводящего к изменению их скорости или к их деформациям.

Действие силы на тело определяется тремя факторами:

• направлением;
• точкой приложения;
• численным значением.

Это означает, что сила является векторной величиной (вектором).

Обозначение силы

На схемах вектор силы обозначается отрезком, на конце которого ставится стрелка. Начало отрезка указывает точку приложения силы, а стрелка указывает направление действия силы. Длина отрезка в выбранном масштабе соответствует численному значению силы (рис.1).

В тексте чаще всего сила обозначается латинской буквой F со стрелкой или чертой над ней. Чтобы различать силы, их обозначают посредством нижнего индекса, который ставится после буквы F. Например: F_тяж — сила тяжести; F_упр — сила упругости; F_тр — сила трения; F_м — сила тяги мышц. Иногда за конкретным видом силы стандартно закрепляется определенная буква латинского алфавита, например буква Р (со стрелкой сверху) обозначает вес тела.

Точка приложения силы

При расчетах очень важно знать точку приложения силы. В прикладной механике такие силы называют сосредоточенными.  Например, точкой приложения силы тяжести является центр масс (центр тяжести) тела. Также, зная направление и точку приложения силы, можно определить линию действия силы.

Прямая, вдоль которой направлена сила, проходящая через точку ее приложения называется линией действия силы.

Численное значение силы

Численное значение силы (модуль) измеряется в Ньютонах (Н).

С точки зрения механики, все силы возникают при взаимодействии двух или более тел, и у каждой силы есть противодействующая ей сила. Об этом говорит третий закон Ньютона.

Третий закон Ньютона

«Силы, с которыми действуют два тела друг на друга, равны по численному значению и противоположны по направлению. При этом одна сила приложена к одному телу, другая – к другому».

Третий закон Ньютона записывается в следующем виде: F1= — F2.

Второй закон Ньютона (основной закон динамики)

«Ускорения, которые силы сообщают телам, прямо пропорциональны величинам этих сил и обратно пропорциональны массам тел и направлены в сторону действия сил».

Это позволяет определить численное значение силы, если известна масса тела и его ускорение по формуле: F=m*a.

Равнодействующая сила

Если на тело действует несколько сил, приложенных к одной точке, можно найти равнодействующую (результирующую) силу, действие которой на тело эквивалентно воздействию на тела нескольких сил.

Равнодействующая сила – это сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил.

Так как сила – это векторная величина, к ней можно применять правила операции над векторами, например, сложение. Чтобы найти равнодействующую силу, необходимо сложить два или несколько векторов (рис.2).

Для анализа силовых упражнений, необходимо познакомится с некоторыми видами сил:

• силой тяжести,
• весом тела,
• силой реакции опоры,
• силой упругости,
• силой тяги мышц.

С уважением, А.В. Самсонова