Законы ньютона для «чайников»: объяснение 1, 2, 3 закона, пример с формулами

Закон силы тяжести

Замечание 1 Сила тяжести является одним из случаев проявления действия гравитационных сил.

Силу тяжести представляют в виде такой силы, которая действует на тело со стороны планеты и придает ему ускорение свободного падения.

Свободное падение можно рассмотреть в виде $mg = G\frac{mM}{r^2}$, откуда получаем формулу ускорения свободного падения:

$g = G\frac{M}{r^2}$.

Формула определения силы тяжести будет выглядеть следующим образом:

${\overline{F}}_g = m\overline{g}$

Сила тяжести имеет определенный вектор распространения. Он всегда направлен вертикально вниз, то есть по направлению к центру планеты. На тело действует силы тяжести постоянно и это означает, что оно совершает свободное падение.

Траектория движения при действии силы тяжести зависит от:

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Законы силы, формулы 450 руб.
• Реферат Законы силы, формулы 270 руб.
• Контрольная работа Законы силы, формулы 230 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

• модуля начальной скорости объекта;
• направления скорости движения тела.

С этим физическим явлением человек сталкивается ежедневно.

Силу тяжести можно также представить в виде формулы $P = mg$. При ускорении свободного падения учитываются также дополнительные величины.

Если рассматривать закон всемирного тяготения, который сформулировал Исаак Ньютон, все тела обладают определенной массой. Они притягиваются друг к другу с силой. Ее назовут гравитационной силой.

$F = G\frac{m_1m_2}{r^2}$

Эта сила прямо пропорциональна произведению масс двух тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

$G = 6,7\cdot {10}^{-11}\ {H\cdot m^2}/{{kg}^2\ }$, где $G$ — это гравитационная постоянная и она имеет по международной системе измерений СИ постоянное значение.

Определение 1

Весом называют силу, с которой тело действует на поверхность планеты после возникновения силы тяжести.

В случаях, когда тело находится в состоянии покоя или равномерно движется по горизонтальной поверхности, тогда вес будет равен силе реакции опоры и совпадать по значению с величиной силы тяжести:

Лень читать?

Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!

Задать вопрос

$Р = тg$

При равноускоренном движении вертикально вес будет отличаться от силы тяжести, исходя из вектора ускорения. При направлении вектора ускорения в противоположную сторону возникает состояние перегрузки. В случаях, когда тело вместе с опорой двигаются с ускорением $а = g$, тогда вес будет равен нулю. Состояние с нулевым весом называют невесомостью.

Напряженность поля тяготения высчитывается следующим образом:

$g = \frac{F}{m}$

Величина $F$ — сила тяготения, которая действует на материальную точку массой $m$.

Тело помещается в определенную точку поля.

Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия двух материальных точек, имеющих массы $m_1$ и $m_2$, должны находиться на расстоянии $r$ друг от друга.

Потенциал поля тяготения можно найти по формуле:

$\varphi = \Pi / m$

Здесь $П$ — потенциальная энергия материальной точки с массой $m$. Она помещена в определенную точку поля.

Ньютоновская механика

Исаак Ньютон задался целью описать движение объектов, используя понятия инерции и силы. Сделав это, он попутно установил, что всякое механическое движение подчиняется общим законам сохранения . В г. Ньютон опубликовал свой знаменитый труд « », в котором изложил три основополагающих закона классической механики (знаменитые законы Ньютона).

Первый закон Ньютона

Например, законы механики абсолютно одинаково выполняются в кузове грузовика, когда тот едет по прямому участку дороги с постоянной скоростью и когда стоит на месте. Человек может подбросить мячик вертикально вверх и поймать его через некоторое время на том же самом месте вне зависимости от того движется ли грузовик равномерно и прямолинейно или покоится. Для него мячик летит по прямой. Однако для стороннего наблюдателя, находящегося на земле, траектория движения мячика имеет вид параболы . Это связано с тем, что мячик относительно земли движется во время полета не только вертикально, но и горизонтально по инерции в сторону движения грузовика. Для человека, находящегося в кузове грузовика не имеет значения движется ли последний по дороге, или окружающий мир перемещается с постоянной скоростью в противоположном направлении, а грузовик стоит на месте. Таким образом, состояние покоя и равномерного прямолинейного движения физически неотличимы друг от друга.

Второй закон Ньютона

По определению импульса:

где − масса, − скорость .

Если масса материальной точки остается неизменной, то производная по времени от массы равна нулю, и уравнение принимает вид:

Третий закон Ньютона

Для любых двух тел (назовем их тело 1 и тело 2) третий закон Ньютона утверждает, что сила действия тела 1 на тело 2, сопровождается появлением равной по модулю, но противоположной по направлению силы, действующей на тело 1 со стороны тела 2. Математически закон записывается так:

Этот закон означает, что силы всегда возникают парами «действие-противодействие». Если тело 1 и тело 2 находятся в одной системе, то суммарная сила в системе, обусловленная взаимодействием этих тел равна нулю:

Это означает, что в замкнутой системе не существует несбалансированных внутренних сил. Это приводит к тому, что центр масс замкнутой системы (то есть той, на которую не действуют внешние силы) не может двигаться с ускорением . Отдельные части системы могут ускоряться, но лишь таким образом, что система в целом остается в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Однако в том случае, если внешние силы подействуют на систему, то ее центр масс начнет двигаться с ускорением, пропорциональным внешней результирующей силе и обратно пропорциональным массе системы.

Первый и второй законы Ньютона

Обратимся к законам Ньютона, которые хорошо описывают механическое движение тел. Из школьной программы мы знаем, что есть первый закон Ньютона, который описывает закон инерции. Он гласит, что любое тело, если на него не действуют силы, или если их равнодействующая равна нулю, движется прямолинейно и равномерно, или же находится в состоянии покоя. Это означает, что тело, пока на него ничто не действует, будет двигаться с постоянной скоростью v=const или пребывать в состоянии покоя сколько угодно долго, пока какое-то внешнее воздействие не выведет тело из этого состояния. Это и есть движение по инерции.

Надо сказать, что этот закон справедлив лишь в так называемых инерциальных системах отсчёта. В неинерциальных системах отсчёта этот закон не действует и нужно использовать второй закон Ньютона. В таких системах отсчёта тело тоже будет двигаться по инерции, но оно будет двигаться с ускорением, стремясь сохранять своё движение, т.е. на него также не будут действовать никакие внешние силы, кроме силы инерции, стремящейся двигать тело в том направлении, в каком оно двигалось до воздействия. Тут мы приходим к рассмотрению второго закона Ньютона, который также справедлив в инерциальных системах отсчёта, т. е. в таких системах отсчёта, в которых тело движется с постоянной скоростью либо находится в покое.

Этот закон утверждает, что для того, чтобы вывести тело из состояния покоя или равномерного движения, к нему необходимо приложить силу, равную F=m•a, где m — это масса тела, a — ускорение, сообщаемое телу. Зная эти законы, можно рассчитать силу тяги (двигателя автомобиля, ракетного двигателя или, например, лошади, тянущей нагруженную повозку).

Силы упругости и трения в классической механике

Рисунок 3. Сила трения в механике. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 2

Сила упругости в классической механике считается силой, которая появляется в процессе деформации тела, в то же время она оказывает этому непосредственное противодействие.

Деформация проявляется в изменении формы, размеров и объемов тела и может быть спровоцирована воздействием на тело внешних сил, приложенных к нему. Различают такие виды деформации:

• растяжения (сжатия) — существует односторонняя и двусторонняя;
• изгиба;
• кручения;
• сдвига.

Силы трения появляются в моменты относительного перемещения соприкасающихся поверхностей твердых тел, газа и слоев жидкости. Существуют внутренние (сопутствующие и противодействующие относительному перемещению частей в отношении одного тела, что относится к слоям газа или жидкости) и внешние (речь идет о перемещении двух тел, пребывающих в соприкосновении друг с другом) трения.

В процессе движения в отношении друг друга двух сухих поверхностей твердых тел формируются силы сухого трения, при котором имеет место трение покоя. Причиной возникновения таких сил физики называют шероховатости соприкасающихся поверхностей микро- и макро- типа.

В случае относительного перемещения одной поверхности по другой, их неровности ударяются друг о друга и ломаются, что провоцирует возникновение дополнительного сопротивления. Максимальное значение силы трения покоя равнозначно по величине и противоположно по своему направлению силе, побуждающей тело к движению.

Законы, которым подчиняется сухое трение, установили в рамках экспериментов французские физики Ш. Кулон и Г. Амонтон:

• первый закон заключается в силе трения, зависящей от качества обработки поверхности;
• второй закон характеризует пропорциональность величины максимальной силы трения покоя силе нормального давления;
• третий закон описывает силу трения, не зависящую в определенных пределах от относительной скорости движения тел.

При сухом трении возникают существенные по своему воздействию силы, и по этой причине оно применяется исключительно в случаях, когда требуется значительное торможение (тормозные колодки и баллоны у автомобилей, например).

Уменьшить силу сухого трения возможно до определенных пределов, однако данные возможности ограничены, поэтому в случаях, где требуется уменьшить силу сухого трения, его стараются заменить либо трением качением, либо жидким трением.

Наличие смазки предусматривает два режима. При первом режиме слой смазки настолько мал, что приходится брать в учет силы межмолекулярного взаимодействия, трущихся друг о друга поверхностей (ограниченная смазка).

Второй режим предполагает такой толстый слой смазки, что это существенно превышает сферу действия сил между атомами соприкасающихся поверхностей. Данный слой при этом заполняет собой все неровности взаимодействующих друг с другом тел.

Сухое трение в этом случае заменяется трением внутри жидкости, сила которого становится зависимой от скорости. С повышением скорости сила трения начинает возрастать линейным образом, а впоследствии она становится пропорциональной квадрату скорости.

В чем она измеряется и как посчитать

Сила тока измеряется в амперах – обозначение А. Ампер – одна из семи основных единиц.

1А = 1Кл/c, где Кл (или С) – это кулон, единица измерения количества электрического заряда.

Сила тока обозначается символом I (согласно первой букве французского Intensite´ du courant).

Величина ее определяется по формуле I=qn Vср S cos a, где:

• q – сумма зарядов;
• n – концентрация частиц;
• Vср – средняя скорость их упорядоченного движения;
• S – площадь проводника;
• a – угол между вектором направления движения и вектором нормали (перпендикуляра) к поверхности проводника.

Ампер – единица измерения силы электрического тока.

Для участка цепи величина I рассчитывается по формуле немецкого физика Георга Ома, открывшего в 1926 г. закон взаимосвязи между силой тока, напряжением и сопротивлением проводника:

I=U/R,

• U – напряжение (или падение напряжения, или разность потенциалов), измеряется в вольтах – обозначение В или V;
• R – сопротивление проводника, измеряется в омах – обозначение Ом или W.

Или по формуле I=UG, где обозначение G – это проводимость или электропроводность (величина, обратная сопротивлению, измеряется в сименсах, обозначение – См или S).

Расчет для полной цепи происходит по формуле I=e/R+r, где:

• e – ЭДС или электро-движущая сила в цепи, измеряется в вольтах;
• R – суммарное сопротивление всех приборов, включенных в цепь;
• r – внутреннее сопротивление источника напряжения.

Сила тока зависит от электрического напряжения (или разности потенциалов, или ЭДС). В случаях, когда r<>R, можно считать, что она обратно пропорциональна либо сопротивлению цепи, либо сопротивлению источника.

Закон Ома для полной цепи.

Значение I связано с показателем скорости преобразования электрической энергии – мощностью P (единицы измерения ватты -обозначение Вт или W). Для линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, расчет P производится по формуле:

P=IU или P=I2R=U2/R.

В словаре Ожегова

СИЛА, -ы, ж. 1. Величина, являющаяся мерой механического взаимодействия тел, вызывающего их ускорение или деформа-цию; характеристика интенсивности физических процессов (спец.). Единица силы. Центробежная с. С. тяжести. С. тока. С. света. С. инерции. С. ветра. Землетрясение силой в шесть баллов. 2. Способность живых существ напряжением мышц про- изводить физические действия, движения;вообще — физическая или моральная возможность активно действовать. Большая с. в руках. Толкнуть с силой. Нет больше сил. Это свыше моих сил. Лишиться сил. Выбиться из сил. Собраться с силами. Приняться за работу со свежими силами. Применить силу (физическое воздействие). Силой заставили (насильно). Действовать убеждением, а не силой. Политика с позиции силы (об агрессивной политике). 3. обычно мн. Материальное или духовное начало как источник энергии, деятельности. Силы природы. Творческие силы народа.4. чего. Способность проявления какой-н. деятельности, состояния, отличающаяся определенной степенью напряженности, устремленности. С. воли. С. воображения.5. Могущество, влияние, власть. Могучая с.слова. С. убеждения. Непобедимая с. народа. 6. Сущность, смысл (разг.). Вся с. в том, что он знает это лучше меня. 7. Действенность, правомочность (закона; решения, правила). Закон вступил в силу. Закон обратной силы не имеет. Старое решение потеряло (утратило) силу. 8. ли. Общественная группа, общественный слой, а также вообще люди, обладающие каки-ми-н. характерными для них признаками. Соотношение классовых сил. Лучшие артистические силы. 9. мн. Вооруженные силы, а также различные их виды. Военно-морские силы. Военно-воздушные силы. Главные силы (основная часть воюющих войск). 10. ед. Большое количество, множество (прост.). Народу там — с. ||. силами кого-чего, в знач. предлога с род. п. Используя кого-что-н., при помощи кого-че-го-н. Построено силами студентов. 12. сила!, в знач. сказ. О чем-н. очень хорошем, впечатляющем (прост.). Фильм — с. — В силах — 1) в состоянии, может что-н. делать, активно действовать. Пока в силах, буду трудиться; 2) с неопр., мочь, располагать возможностью. Никто не в силах повлиять на него. В силе (разг.) — в таком состоянии, когда есть власть, влияние. Этот человек сейчас в большой силе. В силу чего, предлог с род. п. (книжн.) — по причине чего-н., из-за чего-н. Не смог явиться в силу сложившихся обстоятельств. В силу того что, союз (книжн.) — из-за того что, по причине того что. Ответ задерживается, в силу того что отсутствуют необходимые сведения. Изо всей силы или изо всех сил — применяя всю свою силу, энергию. Старался из всех сил. От силы (разг.) — самое большее. Отсюда до города от силы тридцать километров. Весит от силы десять килограмм. По силам, по силе или под силу кому — соответствует чьим-н. возможностям, силам. По силе возможности (прост.) — по мере возможности. Помогает по силе возможности. Своими силами — самостоятельно, без посторонней помощи. Сил нет (разг.) — очень, чрезвычайно. Сил нет, как он мне надоел. Силою в (до, от… до…), в знач. предлога с вин. и род. л. — в количестве, численностью. Отряд силою в пятьсот штыков (до пятисот штыков, от четырехсот до пятисот штыков). Силою вещей — по причине сложившихся обстоятельств. Так подучилось силою вещей. Через силу — сверх имеющихся возможностей, сил. Делать что-и. через силу. Что есть силы (разг.) — применяя всю свою физическую силу. Толкнул что есть силы. || уменьш. силенка, -и, ж. (ко 2 знач.). Силенки не хватает! || увел. силища, -и, ж. (ко 2,10 и 12 знач.). || прил. силовой, -ая, -ое (к 1 и 2 значЛ. Силовое поле (спец.). С. прием. Силовая борьба. Силовое решение (волевое). Силовые министерства (уполномоченные в необходимых случаях на силовые воздействия, на применение оружия).

Реакция опорной поверхности

Почему человек, дома и другие объекты не проваливается под землю? Почему книга, положенная на стол, не падает? Эти и другие подобные факты объясняются существованием силы реакции опоры, которую часто обозначают буквой N. Уже по названию понятно, что она является характеристикой воздействия на тело поверхности, на которой оно находится.

Исходя из отмеченного факта равновесия, можно записать выражение:

То есть сила опоры равна по модулю весу тела, если оно находится на горизонтальной поверхности, и противоположна ему по направлению. Если тело расположено на наклонной плоскости, то расчет N осуществляется уже с использованием тригонометрической функции (sin(x) или cos(x)), поскольку P направлен всегда к центру Земли (вниз), а N направлена перпендикулярно плоскости поверхности (вверх).

Понимание причины возникновения силы N выходит за рамки классической механики. В двух словах скажем, что она является прямым следствием так называемого принципа запрета Паули. Согласно нему два электрона не могут находиться в одном состоянии. Этот факт приводит к тому, что если сближать два атома, то, несмотря на их 99% пустоту, электронные оболочки не смогут проникнуть друг в друга, и появляется сильное отталкивание между ними.

Сила Лоренца 1

В статье представлены “начальные” задачи: самые простые, для того, чтобы “попробовать” тему. Более продвинутые задачи вы найдете в этой же рубрике.

Задача 1. Точечный заряд Кл влетает со скоростью м/с в однородное магнитное поле (рис. 1). Вектор скорости заряда и вектор индукции магнитного поля взаимно перпендикулярны. Найти величину и направление силы, действующей на заряд. Индукция магнитного поля Тл.

К задаче 1

По формуле вычисляем:

Ответ: 0,1 мН

Задача 2. Точечный заряд Кл влетает со скоростью м/с в однородное магнитное поле. На заряд действует сила Н, направленная вертикально вверх (рис. к задаче 2 ). Определить модуль и направление индукции магнитного поля.

К задаче 2

По формуле вычисляем:

Направление определяем с помощью левой руки: расположим руку так, чтобы большой палец совпадал с вектором силы, а остальные пальцы – с направлением полета частицы. Вектор магнитной индукции втыкался бы прямо нам в ладонь, будь частица положительно заряженная, но, так как заряд частицы отрицателен, то и выберем противоположное направление.

Ответ: 1,25 Тл, направлена из плоскости рисунка на наблюдателя.

Задача 3. Точечный заряд Кл влетает со скоростью м/с в однородное магнитное поле с индукцией Тл. Векторы скорости и магнитной индукции составляют угол (рис. к задаче 3). Определить модуль и направление силы, действующей на заряд.

К задаче 3

По формуле вычисляем:

Направление определяем с помощью левой руки: расположим руку так, чтобы пальцы указывали направление полета частицы (так как она положительно заряжена). Вектор магнитной индукции должен при этом втыкаться прямо нам в ладонь. Так как частица положительно заряженная, то выберем направление, которое указывает большой палец.

Ответ: 0,141 мН Задача 4. Протон движется со скоростью м/с перпендикулярно однородному магнитному полю с индукцией Тл. Найти силу, действующую на протон, и радиус окружности, по которой он движется.

Силу определим по формуле:

Теперь определим радиус. Сила все время направлена перпендикулярно скорости, следовательно, она и будет «заворачивать» траекторию полета частицы в окружность. Противостоять этой силе будет сила инерции, природа которой – центростремительная сила.

Тогда:

Ответ: , см. Задача 5. Электрон описывает в магнитном поле окружность радиусом мм. Скорость электрона м/с. Найти индукцию магнитного поля.

Как и в предыдущей задаче, приравниваем силу Лоренца и силу инерции (центростремительную):

Ответ: 5 мТл.

Упражнения

Упражнение №1

Человек, масса которого $70 \space кг$, держит на плечах ящик массой $20 \space кг$. С какой силой человек давит на землю?

Дано:$m_1 = 70 \space кг$$m_2 = 20 \space кг$$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$

$P$ — ?

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Без ящика на плечах человек давит на землю с весом $P_1$, а ящик (если его поставить на землю) — с весом $P_2$.

Вес направлен вертикально вниз. В данной задаче мы применим понятие равнодействующей сил к их общему весу $P$:$R = P = P_1 + P_2$

Человек с ящиком на плечах стоит на месте. Значит его вес будет равен силе тяжести, действующей на него:$P_1 = F_{тяж1} = gm_1$.

Вес ящика тоже будет равен силе тяжести, действующей на него:$P_2 = F_{тяж2} = gm_2$.

Тогда общий вес, с которым человек давит на землю с ящиком на плечах, будет равен: $P = gm_1 + gm_2 = g \cdot (m_1 + m_2)$,$P = 9.8 \frac {Н}{кг} \cdot (70 \space кг + 20 \space кг) = 9.8 \frac {Н}{кг} \cdot 90 \space кг = 882 \space Н$.

Ответ: $P = 882 \space Н$.

Упражнение №2

Отец посадил сына себе на плечи. Масса отца составляет $90 \space кг$, сына — $35 \space кг$. С какой силой отец теперь будет давить на землю?

Дано:$m_о = 90 \space кг$$m_с = 35 \space кг$$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$

$P$ — ?

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

В одиночку отец давит на землю с весом $P_о$, сын — с весом $P_с$.

Вес направлен вертикально вниз. В данной задаче мы применим понятие равнодействующей сил к их общему весу $P$:$R = P = P_о + P_c$

Отец с сыном не двигаются, значит:$P_о = gm_о$ и $P_с = gm_с$.

Тогда общий вес, с которым отец давит на землю держа сына на плечах, будет равен: $P = gm_о + gm_с = g \cdot (m_о + m_с)$,$P = 9.8 \frac {Н}{кг} \cdot (90 \space кг + 35 \space кг) = 9.8 \frac {Н}{кг} \cdot 125 \space кг = 1 225 \space Н$.

Ответ: $P = 1 225 \space Н$.

Упражнение №3

В игре по перетягиванию каната участвуют четыре человека. Два из них тянут канат в одну сторону с силами $330 \space Н$ и $380 \space Н$, два — в противоположную сторону с силами $300 \space Н$ и $400 \space Н$. В каком направлении будет двигаться канат и чему равна равнодействующая этих сил? Сделайте чертеж.

Дано:$F_1 = 330 \space Н$$F_2 = 380 \space Н$$F_3 = 300 \space Н$$F_4 = 400 \space Н$

$R — ?$

Показать решение и ответ

Пусть первые два участника тянут канат вправо с силами $F_1$ и $F_2$, другие два — влево с силами $F_3$ и $F_4$.

Скрыть

Решение:

Сначала найдем чему равна равнодействующая сил первых двух участников. Они тянут канат в одну сторону, значит:$R_1 = F_1 + F_2 = 330 \space Н + 380 \space Н = 710 \space Н$.

Теперь найдем равнодействующую сил для левой стороны участников:$R_2 = F_3 + F_4 = 300 \space Н + 400 \space Н = 700 \space Н$.

Теперь мы можем найти равнодействующую сил для всех участников:$R = R_1 \space − \space R_2 = 710 \space Н \space − \space 700 \space Н = 10 \space Н$.

Графически силы изображены на рисунке 5. Так как силы участников направлены в противоположные стороны, равнодействующая сил будет направлена в ту сторону, где у участников большая сила, то есть вправо.

Рисунок 5. Графическое изображение сил для задачи

Ответ: канат будет двигаться в сторону первых двух участников, $R = 10 \space Н$.

Упражнение №4

Человек спускается на парашюте, двигаясь равномерно. Сила тяжести парашютиста вместе с парашютом $700 \space Н$. Чему равна сила сопротивления воздуха?

Дано:$F_{тяж} = 700 \space Н$$\upsilon = const$

$F_с — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Сила тяжести, действующая на парашютиста и парашют, направлена вертикально вниз, а сила сопротивления воздуха — противоположно его движению, то есть вертикально вверх.

В задаче сказано, что парашютист двигается равномерно ($\upsilon = const$). Значит равнодействующая сил, действующая на него и парашют, равна нулю:$R = 0$.

Тогда мы можем сказать, что силы, действующие на парашютиста и парашют, по модулю равны друг другу:$F_с = F_{тяж} = 700 \space Н$.

Ответ: $F_с = 700 \space Н$.

Соответствие физической величины в системе СИ

Основные величины

Величина	Символ	Единица СИ	Описание
Длина	l	метр (м)	Протяжённость объекта в одном измерении.
Вес	m	килограмм (кг)	Величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства тел.
Время	t	секунда (с)	Продолжительность события.
Сила электрического тока	I	ампер (А)	Протекающий в единицу времени заряд.
Термодинамическая температура	T	кельвин (К)	Средняя кинетическая энергия частиц объекта.
Сила света	Iv	кандела (кд)	Количество световой энергии, излучаемой в заданном направлении в единицу времени.
Количество вещества	ν	моль (моль)	Количество частиц, отнесенное к количеству атомов в 0,012 кг12C

Производные величины

Величина	Символ	Единица СИ	Описание
Площадь	S	м2	Протяженность объекта в двух измерениях.
Объём	V	м3	Протяжённость объекта в трёх измерениях.
Скорость	v	м/с	Быстрота изменения координат тела.
Ускорение	a	м/с²	Быстрота изменения скорости объекта.
Импульс	p	кг·м/с	Произведение массы и скорости тела.
Сила	F	кг·м/с2 (ньютон, Н)	Действующая на объект внешняя причина ускорения.
Механическая работа	A	кг·м2/с2 (джоуль, Дж)	Скалярное произведение силы и перемещения.
Энергия	E	кг·м2/с2 (джоуль, Дж)	Способность тела или системы совершать работу.
Мощность	P	кг·м2/с3 (ватт, Вт)	Скорость изменения энергии.
Давление	p	кг/(м·с2) (паскаль, Па)	Сила, приходящаяся на единицу площади.
Плотность	ρ	кг/м3	Масса на единицу объёма.
Поверхностная плотность	ρA	кг/м2	Масса на единицу площади.
Линейная плотность	ρl	кг/м	Масса на единицу длины.
Количество теплоты	Q	кг·м2/с2 (джоуль, Дж)	Энергия, передаваемая от одного тела к другому немеханическим путём
Электрический заряд	q	А·с (кулон, Кл)
Напряжение	U	м2·кг/(с3·А) (вольт, В)	Изменение потенциальной энергии, приходящееся на единицу заряда.
Электрическое сопротивление	R	м2·кг/(с3·А2) (ом, Ом)	сопротивление объекта прохождению электрического тока
Магнитный поток	Φ	кг/(с2·А) (вебер, Вб)	Величина, учитывающая интенсивность магнитного поля и занимаемую им область.
Частота	ν	с−1 (герц, Гц)	Число повторений события за единицу времени.
Угол	α	радиан (рад)	Величина изменения направления.
Угловая скорость	ω	с−1 (радиан в секунду)	Скорость изменения угла.
Угловое ускорение	ε	с−2 (радиан на секунду в квадрате)	Быстрота изменения угловой скорости
Момент инерции	I	кг·м2	Мера инертности объекта при вращении.
Момент импульса	L	кг·м2/c	Мера вращения объекта.
Момент силы	M	кг·м2/с2	Произведение силы на длину перпендикуляра, опущенного из точки на линию действия силы.
Телесный угол	Ω	стерадиан (ср)

Смотри также:

• Справочные материалы по физике
• Закон Ома
• Первый закон Ньютона
• Второй закон Ньютона
• Третий закон Ньютона
• Формулы кинематики
• Формулы МКТ

Определение и формула, от чего зависит

Те изменения, которые вызывает в теле (либо его положении) определенная сила, могут быть большими и маленькими, как и значения самой силы.

Таким образом, силу можно считать количественным выражением воздействия одного тела на другое.

При решении физических задач часто важно знать числовое выражение этой силы. Для ее обозначения введена буква F

Единицей измерения является Ньютон (Н). Такое название образовалось благодаря работам ученого Исаака Ньютона, занимающегося изучением физических явлений.

Значения силы могут быть самыми разнообразными, от одного-двух ньютон до нескольких тысяч. Например, стакан с водой притягивается к Земле с силой 2 Н, а трактор воздействует на плужный механизм, прикрепленный к нему для вспахивания грунта, с силой нескольких тысяч ньютонов.

Значение силы можно высчитать по формуле либо провести измерение с помощью специального прибора – динамометра. Обычно он основан на принципе натяжения пружинного механизма.

Однако, если известно количественное выражение действующей силы, не всегда этого достаточно для характеристики всего воздействия. Большое значение имеет точка ее приложения, а также направление вектора.

В зависимости от направления действующей силы тело начинает двигаться в ту или иную сторону. Поэтому на схемах применяется обозначение силы стрелкой, которая берет свое начало в точке ее приложения.

Когда отмечается одновременное воздействие двух и более сил, их направления накладываются друг на друга, после чего из графика становится видно, какая сила будет действовать в итоге.

В результате действия противоположных векторов формула итоговой силы выглядит следующим образом:

Итоговая сила, которая получается в результате наложения всех действующих на тело сил в определенной точке, называется равнодействующей.  

Рассмотрим основные виды сил:

1. Сила тяжести — сила, с которой тело притягивается к земной поверхности.
2. Сила давления — с ней тело воздействует на опору, жидкость либо стенки сосудов (если это газ).
3. Сила упругости — сила, возникающая в результате деформации тела.
4. Сила реакции — та, что возникает в опоре или подвесе.

Кроме этого, существует понятие «сила трения», которая возникает вследствие движения одного тела по поверхности другого и препятствует самому движению. В зависимости от качества этой поверхности сила трения может превращаться в силу скольжения.

Отсюда вытекает еще одна формула силы: F=m*a,

где a — ускорение, получаемое телом в результате воздействия одной силы либо равнодействующей приложенных сил.

Относительно понятия «сила тока» существует следующее определение. Это величина, равная отношению электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к тому времени, которое для этого требуется. Измеряется сила тока в амперах.

В то же время, когда в электрической цепи (переменного или постоянного тока) действуют сторонние силы, их скалярное выражение называется электродвижущей силой.

Первый закон Ньютона: формулировка

Существуют системы отсчета, называемые инерциальными (ИСО), в которых тело находится в состоянии покоя (V = 0) или движется равномерно и прямолинейно (V = const), если на тело не действуют силы (F = 0) или действие этих сил скомпенсировано (F = 0).

Инерциальные системы отсчета окружают нас повсюду. Например, равномерно спускающийся лифт или тот самый поезд метро, в котором Соня равномерно движется между станциями.

Инерциальные системы отсчета обладают следующими свойствами:

• тела в таких системах движутся равномерно или находятся в состоянии покоя;
• при одинаковых начальных условиях тела движутся одинаково;
• изменение скорости тела происходит в результате действия на него других тел.

Остановимся на последнем свойстве подробнее и рассмотрим пример.

Кот Василий неподвижно спит на батарее. На него определенно действуют силы: со стороны Земли — сила тяжести, направленная вниз, а со стороны батареи — сила реакции опоры, направленная вертикально вверх. Однако изменения скорости Василия не происходит потому, что действие вышеупомянутых сил скомпенсировано.

1-й закон Ньютона не имеет формулы, однако математически его можно описать следующим образом:

,
где — скорость тела [м/с], — равнодействующая сила .

Равнодействующая сила — векторная сумма всех сил, действующих на тело. При равномерном прямолинейном движении или в состоянии покоя равнодействующая сила равна нулю.

Вернемся к примеру с котом Василием. До тех пор, пока кота никто не трогает, он находится в состоянии покоя. Когда Соня толкнет Василия с некоторой силой, его скорость изменится. Причем чем большую силу приложит Соня, тем большее ускорение приобретет Василий. Связь между ускорением тела и приложенной силой устанавливает 2-й закон Ньютона.