• Главная
  • Наука
  • Как называется единица измерения силы света? В чем измеряется сила света? — Новости, статьи и обзоры
Наука

Как называется единица измерения силы света? В чем измеряется сила света? — Новости, статьи и обзоры

Для того, чтобы узнать траекторию вращения магнитного поля, находящегося у прямого проводника с током, используется правило буравчика (штопора). В литературе также оно известно, как правило правой руки. В научной среде выделяют и правило левой руки.

  • Применение правила буравчика
  • Правило левой руки
  • Сила Ампера: варианты расчета
  • Сила тока

Применение правила буравчика

сила ампераДанное правило гласит: если при движении вперед этого устройства траектория движения тока в проводнике совпадает с ним, то траектория вращения основания прибора комплементарна траектории движения магнитного контура.

Чтобы определить траекторию вращения магнитного контура на представленном графическом изображении нужно знать несколько особенностей.


Часто в задачах по физике нужно, наоборот, определить траекторию движения тока. Чтобы это сделать, дается направление вращения кругов магнитного поля. Ручка буравчика начинается вращаться в сторону, указанную в условиях. Если буравчик движется в поступательном направлении, значит, ток направлен в сторону движения, если же он направлен в обратную, то и ток движется соответственно.

Для определения траектории движения тока в случае, представленном на втором рисунке, тоже можно воспользоваться правилом штопора. Для этого необходимо вращать ручку буравчика в сторону, указанную на изображении контура магнитного поля. Если он будет двигаться поступательно, то ток будет двигаться в сторону от наблюдателя, если же, наоборот, только к наблюдателю.

что можно определить применив правило левой руки

Оно обозначается при помощи точки или крестика. Точка означает движение в сторону наблюдателя, крестик означает обратное. Легко запомнить этот случай, используя так называемое правило «стрелы», если острие «смотрит», а в лицо, то траектория движения тока в сторону наблюдателя, если же в лицо «смотрит хвост стрелы», то она двигается от наблюдателя.

Как правило буравчика, так и правило правой руки, достаточно легко применить на практике. Для этого нужно расположить кисть соответствующей руки таким образом, чтобы в лицевую сторону направлялся силовой контур магнитного поля, после чего большой палец, отведенный перпендикулярно, необходимо направить сторону движения тока, соответственно, остальные выпрямленные пальцы укажут на траекторию магнитного контура.


модуль силы ампера

Различают исключительные случаи использования правила правой руки для вычисления:

  • уравнения Максвелла;
  • момента силы;
  • угловой скорости;
  • момента импульса;
  • магнитной индукции;
  • тока в проводе, движущегося через магнитное поле.

Правило левой руки

правило левой и правой рукиПравилом этой руки возможно вычислить направленность силы воздействия магнитного контура на заряженные элементарные составляющие атома плюсовой и минусовой полярности.

Возможно определить и направление тока, если доступна информация о траекториях вращения магнитного контура и действующей на проводник энергии. Определяется и направление магнитного контура в случае известности траектории движения силы и тока. Ну и можно выяснить знак заряда нестатичной частицы.

Это правило звучит следующим образом: расположив лицевую часть кисти соответствующей руки, чтобы воображаемый контур магнитного поля направлялись в нее под прямым углом, а пальцы, за исключением большого, направив в сторону движения тока, можно определить траекторию силы, воздействующая на этот провод при помощи перпендикулярно отодвинутого большого пальца. Сила, оказывающая воздействие на проводник, носит имя Мари Ампера, обнаружившего ее в 1820 году.

Сила Ампера: варианты расчета


Прежде чем сформулировать данную величину, необходимо разобраться, что такое понятие «сила» в физике. Ей называется величина в физике, которая является мерой воздействия всех окружающих тел на рассматриваемый объект. Обычно любую силу обозначают английской буквой F, от латинского fortis, что означает сильный.

правило буравчика формулировка

Рассчитывается элементарная сила Ампера по формуле:

как применять правило правой руки

где, dl – часть длины проводника, B –индукция магнитного контура, I – сила тока.

 

Рассчитывается также сила Ампера по формуле:

сила ампера

где, J – направление плотности тока, dv– элемент объема проводника.

 

Формулировка расчета модуля силы Ампера, согласно литературе, звучит так: данный показатель напрямую зависит от силы тока, протяженности проводника, синуса, образуемого между этим вектором и самим проводником угла, и величины значения вектора магнитного контура в модуле. Она и носит название модуля силы Ампера. Формула данного закона математически строится так:


сила ампера

где, B – модуль индукции магнитного контура, I – сила тока, l – длина проводника, α – образуемый угол. Максимальное значение будет при перпендикулярном их пересечении.

Показатель измеряется в ньютонах (условное обозначение – Н) или

что такое сила

. Он является векторной величиной и зависит от вектора индукции и тока.

 

Существуют и другие формулы для расчета силы Ампера. Но на практике они достаточно редко востребованы и тяжелы для понимания.

Сила тока

Иногда чтобы рассчитать закон Ампера, для начала нужно вычислить силу тока. Существуют несколько формул расчета данной величины. Для расчета ее величины используют:

  • закон Ома для полного участка цепи и ее части;
  • отношение напряжения и суммы сопротивлений;
  • отношение мощности и напряжения.

Самым популярным является отношение количество заряда прошедшего за единицу времени через определенную поверхность к размеру этого интервала. Графически формула выглядит следующим образом:

сила ампера формула

 

 

Чтобы найти этот показатель можно пользоваться законом Ома для участка цепи. Он гласит следующее: величина этого показателя равна отношению приложенного напряжения к сопротивлению на измеряемым участке цепи. Записывается формула этого закона следующим образом:

в чём измеряется сила тока

 

 

Определить ее также можно, применив формулу закон Ома для полной цепи. Звучит он так: эта величина является отношением приложенного напряжения в цепи и суммы внутреннего сопротивления источника питания и всего сопротивления в цепи. Формула выглядит так:

в чём измеряется сила тока

 

 

Рассчитать данную величину можно, в случае если известны мощность и напряжение.


правило левой и правой руки

 

 

 

Согласно утвержденной МСЕ, измеряется сила тока в амперах, и обозначается А (в честь ученого, открывшего ее). Но это не единственный способ обозначения данной величины. Дополнительно измеряется сила тока в Кл/с.

Изучая в общеобразовательных учреждениях данный материал, ученики быстро забывают, как применять правила левой и правой руки, и для чего они вообще нужны. Также часто они не помнят в чём измеряют указанные величины. Ознакомившись с рассмотренным выше материалом, не должно возникнуть трудностей с применением рассмотренных правил и законов на практике.

Правило буравчика

 Правило правой руки

Что такое ток и его сила

Прежде чем перейти к понятию, в чем измеряется ток, специалисты рекомендуют рассмотреть его определение. Электроток — это упорядоченное движение частиц, имеющих заряд. Простыми словами ток определяется как некое количество частиц, имеющих заряд, которые за определенное время прошли через сечение проводимых материалов (алюминиевый или медный провод).

Направление движения тока

Металлический проводник в качестве носителей зарядов использует электроны. Когда ток в проводнике отсутствует, электроны в нем находятся в хаотическом состоянии, простыми словами, через сделанное сечение в проводнике без электротока слева направо и обратно протекает равное количество электронов. Когда включается электроток, это движение упорядочивается, электроны начинают двигаться направленно через воображаемое сечение в проводнике.


Силой электрического тока является величина, характеризующаяся численным значением заряда, который за определенное время (единицу времени) прошел через воображаемое сечение проводника.

Формула нахождения силы тока

Для лучшего понимания физического значения силы электротока специалисты часто представляют электрическую цепь в виде водопроводной системы любой квартиры, в которой насос, подающий воду, изображает источник тока.

Вода в кране как аналог заряженных частиц

Когда насос прекращает свою работу, в доме или квартире прекращается подача воды в запорные устройства (краны, смесители). В этом случае кран является аналогом прерывателя в электрической цепи: когда он открыт, вода поступает, если его закрыть, подачи не будет. Молекулы воды могут в этом случае заменить заряженные частицы в электросхеме.

Как двигаются молекулы в воде при отрытом кране

Рассмотрим в этом примере величину, аналогичную силе тока, — это количество молекул воды, которые за одну секунду прошли через сечение водопроводной трубы. Другими словами, это напор воды. Когда сильный напор, вы за то же время наберете больше воды, чем при слабом напоре. Поводим аналогию, и получается, что чем больше сила ампера, тем сильнее электроток и его воздействие.


Электроток в различных средах

Электрический ток в разных средах протекает по-разному, специалисты рассматривают его протекание в твердых материалах, к ним относятся: проводники (металл, медь, железо, алюминий), полупроводники и материал, не проводящий ток (диэлектрик). Необходимо всегда учитывать состояние среды, в которой находятся носители зарядов, а именно:

  • твердое состояние;
  • жидкая среда;
  • газообразный проводник.
Носители зарядов в разных средах

Примером носителя часто встречающегося заряда нам может быть простая вода. Когда она находится в жидком виде и после заморозки становится льдом, это твердое состояние вещества. Современная наука рассматривает и такую среду протекания тока, как плазма, которая  находится в ионосфере земной поверхности. Условия изучения в лабораториях создать сложно, для этого надо сделать температурный режим около 1 млн кельвина.

В чем измеряется сила тока

Величина, которая определяется как сила тока, измеряется в амперах. Количество электричества полностью не может характеризовать электроток. Возьмем количественное значение электричества 1 кулон, которое может протекать по проводу (проводнику) в течение 60 минут (час), но такое же количество может через тот же самый провод пройти за 1 секунду (единица времени).


Из приведенного примера видно, что интенсивность электротока во втором случае будет выше, это 1 секунда времени и 1 кулон электричества, проходящего через сечение провода.

В электротехнике принято обозначать силу тока литерой I, а измерять ее в амперах.

Что такое ампер в системе измерений (СИ)? Это единица, которой измеряется сила электротока в цепи, он равняется силе неизменного тока, который протекает по параллельным проводам, имеющим неограниченную длину. Сечение имеет минимальное значение, с удалением в 1 метр друг от друга, среда — вакуум, вызывающий воздействие на метре длины силу, равную 2*10 минус 7 степени ньютона. Это можно записать следующим образом:

единица измерения: 1 ампер = кулон/секунду.

Формула, чему равен один ампер

Сила тока названа ампером в честь ученого из Франции Анри М. Ампера, который работал над магнитным воздействием протекающего в проводе тока. Для точных измерений используются дополнительные величины силы тока: миллиампер = единица/1000 ампер = 10 в минус 3 степени ампера, микроампер = единица/ 1 млн ампер = 10 в минус 6 степени ампера.

Нахождение значения силы ампера

Виды электричества

Для обывателей электричество больше знакомо в виде переменного тока (сетевые розетки, освещение) и постоянного тока (батарейки). Привычный для людей комфорт создает в основном переменное электричество, которое отличается от постоянного тока лучшей трансформацией от источника к потребителю. Работу переменного тока хорошо видно на таком осветительном приборе, как люминесцентная лампа, когда в процессе розжига происходит ее мигание и заметно движение из одной стороны в другую заряженных частиц.


Специалисты в основном рассматривают переменный ток, так как он в большем количестве применяется в бытовых системах. Для расчета тока на участке электроцепи системы переменного напряжения применяется закон Ома, а именно, находится ампер (единица силы) по формуле.

Формула для переменного тока полной цепи

Способы измерения силы тока

Метод определения величины силы тока магнитоэлектрическим способом считается наиболее точным, он чувствителен к процессам в цепи, не берет много энергии, но применяется только для цепей постоянного тока.

Электромагнитный способ измерения значения силы тока применяется для переменного электротока и цепей постоянного тока.

Косвенный метод нахождения силы — это когда применяется измерительный прибор напряжения для нахождения его значения на сопротивлении.

В электротехнике силу тока измеряют специальным устройством – амперметром. Для незначительных величин применяется микроамперметр или миллиамперметр, а также гальванометр.

Микроамперметр, миллиамперметр

Сила тока в цепи измеряется амперметром следующим образом: он включается в цепь последовательно в ее разрыв, ток должен пойти через прибор к потребителю, на амперметре будет показываться значение силы тока в цепи в текущее время. В каком месте делать разрыв для измерения силы тока, значения не имеет, можно до потребителя энергии или же после него.

Место разрыва цепи не имеет значения, когда измеряется величина тока

Амперметры могут иметь на шкале значений разную цену деления, это зависит от назначения измерительного устройства. По шкале можно увидеть возможности измерений прибора, по этой причине не рекомендуется его включать в цепь с током, который больше его измерительных возможностей. Правила включения амперметра в цепь постоянного тока:

  • делаем разрыв цепи, последовательно включаем прибор;
  • амперметр имеет клемму (+), на нее подключаем провод со стороны источника (+);
  • на минусовую клемму подключаем провод со стороны источника (-).

Безопасным током для человека определена сила тока, имеющая значение меньше 1 миллиампера, свыше 100 миллиампер может нанести серьезные травмы человеку, значение в несколько ампер смертельно для организма человека. Работая с электричеством, кроме принятых безопасных значений, надо всегда в учет брать личные качества человека и его особенности по отношению к воздействию на него электротока.

Практический способ измерения силы тока

Для практического измерения значения силы тока в сети специалисты рекомендуют сделать удлинитель, который имеет две розетки, внешне он не отличается от промышленных удлинителей, однако розетки соединяются последовательно, а не параллельно, как показано на фото:

Двурозеточный удлинитель

Верхние клеммы розеток соединяются между собой, а на нижние контакты подается напряжение. В одну розетку включаем любой электрический прибор, во вторую — щупы амперметра. Перед тем как вставить щупы в розетку, надо выставить правильный параметр тока на приборе (постоянный или переменный) и убедиться в максимальном значении выбранного параметра тока, как показано на фото ниже:

Клеммы удлинителя
Проверка работоспособности

Из представленного примера видно, что сила потребляемого тока = 0,25 А, если прибор измерений не позволяет сделать отсчет по шкале, надо выполнить расчет. Установленный предел 0,5 А, цена деления шкалы измерений 0,5. Делим на количество делений шкалы, получается 0,005 А, показания прибора — 50 делений, что равняется 0,25 А.

Амперметр

Расчет мощности устройств по току

Зная величину силы тока, можно простыми расчетами определить мощность подключенного к сети потребителя — лампочки, кондиционера, холодильника или телевизора. Для этой цели используем установленный Джоулем и Ленцом закон:

Формула мощности

Сделаем простой расчет на примере автомобильной лампочки с потребляемым током в 5 А. Питание автомобиля 12 вольт, тогда мощность лампочки = 5*12 = 60 ватт. Для стирального агрегата в квартире: напряжение сети 220 вольт, потребляемый ток 10 А по измерительному прибору, тогда мощность = 10*220 = 2200 ватт, или 2,2 кВт.

Безопасность

Каждое помещение имеет собственный класс безопасности для проведения измерений. Есть влажные и сухие помещения, другие условия, по этой причине необходимо выполнять следующие рекомендации специалистов:

  • не заниматься измерением значений тока в сети, когда для этого нужны специальные знания (напряжение сети более 1000 вольт);
  • не заниматься измерениями в труднодоступных местах, не рекомендуется измерять ток на высоте;
  • проводить измерения, применяя защитные средства (резиновые перчатки, боты, коврики);
  • устройство, которым вы проводите измерения величины электротока, должно быть проверено и исправно;
  • работая с мультиметром, надо всегда перед началом измерений убедиться в правильном выставлении на приборе параметров;
  • электрические щупы измерительного прибора должны быть исправны.

Электротоки природного происхождения

В современном городе человек постоянно находится под воздействием электромагнитных полей, разрядов. Значение разрядов, создаваемых промышленным оборудованием и машинами, имеет небольшие величины, которые не чувствуются человеком.

Молния

Каждый человек видел молнию в процесс е непогоды, она получается от трения воздушных слоев в оболочке Земли, которые электризуются, облако выполняет функцию накопителя электрического разряда. При достижении большого значения разряда между разными по знаку зарядами происходит разряд — молния, она же электрическая искра. Этот вид разряда происходит между облаками или Землей и облаком. Когда облако в нижней кромке своей имеет отрицательный заряд (-), а Земля позиционируется положительным зарядом (+), молния «бьет» в Землю.

Удар молнии

 

Огни Эльма

Это явление можно наблюдать вокруг заостренных высоких шпилей, конструкций. Перед началом грозы вокруг заостренной части на высоте наблюдается визуально электрическое свечение. Длительное время в прошлые столетия это явление толковалось как божественное вмешательство, которое предупреждало человека о надвигающейся грозе, особенно это проявляется на парусных судах перед бурей.

Много описаний огней Святого Эльма можно встретить в судовых документах именитых путешественников. Они по-разному описывают свечение вокруг заостренных концов мачт, в виде пламени или фейерверка, но всегда бело-голубого цвета непродолжительного действия. Из описаний можно сделать вывод, что пламя не несет обжигающих и возгорающихся свойств. В некоторых случаях это явление сопровождается шипящим звуком.

Сейчас огни Святого Эльма можно увидеть в горах на зданиях с молниеотводами, научное определение этого явления — коронный электрический разряд непродолжительного действия.

Огни Святого Эльма

Вывод

Всем привычное электричество создает для людей комфорт: интернет, электрические сети освещения, телевидение, бытовые агрегаты. Промышленность напрямую зависит от электрической энергии, поэтому надо понимать, как находить силу тока в цепи. В медицине много приборов и устройств работают от электричества с нужной силой тока.

Для практических измерений важно понимать, что сила электрического тока измеряется с учетом его поведения: переменный или постоянный, импульсный. Этими измерениями характеризуется работа многих приборов и устройств. Специалисты различают следующие значения измеряемого тока: амплитудное, среднее, мгновенное, действующее. Занимаясь измерениями силы тока, надо всегда соблюдать правила безопасности проведения работ с электричеством.

Что такое сила?

Если тело ускоряется то на него что-то действует. А как найти это «что-то»? Например, что за силы действуют на тело вблизи поверхности земли? Это — сила тяжести, направленная вертикально вниз, пропорциональная массе тела и для высот, много меньших, чем радиус земли ${large R}$, почти независящая от высоты; она равна

${large F = dfrac {G  cdot m cdot M}{R^2} = m cdot g }$

где

${large g = dfrac {G  cdot M}{R^2} }$

 

так называемое ускорение силы тяжести. В горизонтальном направлении тело будет двигаться с постоянной скоростью, однако движение в вертикальном направлении по второму закону Ньютона:

 

${large m cdot g = m cdot left ( dfrac {d^2 cdot x}{d cdot t^2} right ) }$

 

после сокращения ${large m}$ получаем, что ускорение в направлении ${large x}$ постоянно и равно ${large g}$. Это хорошо известное движение свободно падающего тела, которое описывается уравнениями

${large v_x = v_0 + g cdot t}$

${large x = x_0 + x_0 cdot t  + dfrac {1}{2} cdot g cdot t^2}$

 

 

В чем сила измеряется?

Во всех учебниках и умных книжках, силу принято выражать в Ньютонах, но кроме как в моделях которыми оперируют физики ньютоны ни где не применяются. Это крайне неудобно.

Ньютон newton (Н) — производная единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ).
Исходя из второго закона Ньютона, единица ньютон определяется как сила, изменяющая за одну секунду скорость тела массой один килограмм на 1 метр в секунду в направлении действия силы.

Таким образом, 1 Н = 1 кг·м/с².   

Килограмм-сила (кгс или кГ) — гравитационная метрическая единица силы, равная силе, которая действует на тело массой один килограмм в гравитационном поле земли. Поэтому по определению килограмм-сила равна 9,80665 Н. Килограмм-сила удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг.
1 кгс = 9,80665 ньютонов (примерно ≈ 10 Н)
1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

1 Н = 1 кг x 1м/с2.

 

 

 

Закон тяготения

Каждый объект Вселенной притягивается к любому другому объекту с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

${large F = G  cdot dfrac {m cdot M}{R^2}}$

 

Добавить можно, что любое тело реагирует на приложенную к нему силу ускорением в направлении этой силы, по величине обратно пропорциональным массе тела.

 ${large G}$ — гравитационная постоянная

 ${large M}$ — масса земли

 ${large R}$ — радиус земли

 

${large G = 6,67 cdot {10^{-11}} left ( dfrac {m^3}{kg cdot {sec}^2} right ) }$

${large M = 5,97 cdot {10^{24}} left ( kg right ) }$

${large R = 6,37 cdot {10^{6}} left ( m right ) }$

 

В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя телами массы ${large m_1}$ и ${large m_2}$, разделённых расстоянием ${large R}$ есть

${large F = -G  cdot dfrac {m_1 cdot m_2}{R^2}}$

Здесь ${large G}$ — гравитационная постоянная, равная ${large 6,673 cdot {10^{-11}} m^3 / left ( kg cdot {sec}^2 right ) }$. Знак минус означает, что сила, действующая на пробное тело, всегда направлена по радиус-вектору от пробного тела к источнику гравитационного поля, т.е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению тел.
Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии, что при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение.
В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал и сила зависят только от положения тела в данный момент времени.

 

 

Тяжелее — Легче

Вес тела ${large P}$ выражается произведением его массы ${large m}$ на ускорение силы тяжести ${large g}$.

${large P = m cdot g}$

 

Когда на земле тело становится легче (слабее давит на весы), это происходит от уменьшения массы. На луне все не так, уменьшение веса вызвано изменением другого множителя — ${large g}$, так как ускорение силы тяжести на поверхности луны в шесть раз меньше чем на земле.

 

масса земли = ${large 5,9736 cdot {10^{24}} kg }$

масса луны = ${large 7,3477 cdot {10^{22}} kg }$ 

 

ускорение свободного падения на Земле = ${large 9,81 m / c^2 }$ 

ускорение свободного падения на Луне = ${large 1,62 m / c^2 }$ 

 

В результате произведение ${large m cdot g }$, а следовательно и вес уменьшаются в 6 раз.

Но нельзя обозначить оба эти явления одним и тем же выражением «сделать легче». На луне тела становятся не легче, а лишь менее стремительно падают они «менее падучи»))).

 

 

Векторные и скалярные величины

Векторная величина (например сила, приложенная к телу), помимо значения (модуля), характеризуется также направлением. Скалярная же величина (например, длина) характеризуется только значением. Все классические законы механики сформулированы для векторных величин.

 

проекции силы на ось X и ось Y

 

 

 

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 1.

 

На рис. 1 изображены различные варианты расположения вектора ${ large overrightarrow{F}}$ и его проекции ${ large F_x}$ и ${ large F_y}$ на оси ${ large X}$ и ${ large Y}$ соответственно:

  • A.    величины ${ large F_x}$ и ${ large F_y}$ являются ненулевыми и положительными
  • B.    величины ${ large F_x}$ и ${ large F_y}$ являются ненулевыми, при этом ${large F_y}$ — положительная величина, а ${large F_x}$ — отрицательная, т.к. вектор ${large overrightarrow{F}}$ направлен в сторону, противоположную направлению оси ${large X}$ 
  • C.    ${large F_y}$ — положительная  ненулевая величина, ${large F_x}$ равна нулю, т.к. вектор ${large overrightarrow{F}}$ направлен перпендикулярно оси ${large X}$

 

Момент силы

Моментом силы называют векторное произведение радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Т.е. согласно классическому определению момент силы — величина векторная. В рамках нашей задачи, это определение можно упростить до следующего: моментом силы ${large overrightarrow{F}}$, приложенной к точке с координатой ${large x_F}$, относительно оси, расположенной в точке ${large x_0}$ называется скалярная величина, равная произведению модуля силы ${large overrightarrow{F}}$, на плечо силы — ${large left | x_F — x_0 right |}$. А знак этой скалярной величины зависит от направления силы: если она вращает объект по часовой стрелке, то знак плюс, если против — то минус.

Важно понимать, что ось мы можем выбирать произвольным образом — если тело не вращается, то сумма моментов сил относительно любой оси равна нулю. Второе важное замечание — если сила приложена к точке, через которую проходит ось, то момент этой силы относительно этой оси равен нулю (поскольку плечо силы будет равно нулю). 

 

Picture 2

 

Проиллюстрируем вышесказанное примером, на рис.2. Предположим, что система, изображенная на рис. 2, находится в равновесии. Рассмотрим опору, на которой стоят грузы. На неё действуют 3 силы: ${large overrightarrow{N_1}, overrightarrow{N_2}, overrightarrow{N},}$ точки приложения этих сил А, В и С соответственно. На рисунке также присутствуют силы ${large overrightarrow{N_{1}^{gr}}, overrightarrow{N_2^{gr}}}$. Эти силы приложены к грузам, и согласно 3-му закону Ньютона

 

${large overrightarrow{N_{1}} = — overrightarrow{N_{1}^{gr}}}$

${large overrightarrow{N_{2}} = — overrightarrow{N_{2}^{gr}}}$

Теперь рассмотрим условие равенства моментов сил, действующих на опору, относительно оси, проходящей через точку А (и, как мы договаривались ранее, перпендикулярную плоскости рисунка):

 

${large N cdot l_1 — N_2 cdot left ( l_1 +l_2 right ) = 0}$

Обратите внимание, что в уравнение не вошёл момент силы ${large overrightarrow{N_1}}$, поскольку плечо этой силы относительно рассматриваемой оси равно ${large 0}$. Если же мы по каким-либо причинам хотим выбрать ось, проходящую через точку С, то условие равенства моментов сил будет выглядеть так:

 

${large N_1 cdot l_1 — N_2 cdot l_2  = 0}$

Можно показать, что с математической точки зрения два последних уравнения эквивалентны.

 

 

Центр тяжести

Центром тяжести механической системы называется точка, относительно которой суммарный момент сил тяжести, действующих на систему, равен нулю.

 

 

 

Центр масс

Точка центра масс замечательна тем , что если на частицы образующие тело (неважно будет ли оно твердым или жидким, скоплением звезд или чем то другим) действует великое множество сил (имеются ввиду только внешние силы, поскольку все внутренние силы компенсируют друг друга), то результирующая сила приводит к такому ускорению этой точки, как будто в ней вся масса тела ${large m}$.

Положение центра масс определяется уравнением:

 

${large R_{c.m.} = frac{sum m_i, r_i}{sum m_i}}$

 

Это векторное уравнение, т.е. фактически три уравнения — по одному для каждого из трех направлений. Но рассмотрим только ${large x}$ направление.  Что означает следующее равенство?

 

${large X_{c.m.} = frac{sum m_i, x_i}{sum m_i}}$

 

Предположим тело разделено на маленькие кусочки с одинаковой массой ${large m}$, причем полная масса тела равна будет равна числу таких кусочков ${large N}$, умноженному на массу одного кусочка, например 1 грамм. Тогда это уравнение означает, что нужно взять координаты ${large x}$ всех кусочков, сложить их и результат разделить на число кусочков. Иными словами, если массы кусочков равны то ${large X_{c.m.}}$ будет просто средним арифметическим ${large x}$ координат всех кусочков.

 

 

центр масс

 

центр масс сложного тела

лежит на линии, соединяющей центры масс

двух составляющих его частей

 

 

 

Масса и плотность

Масса — фундаментальная физическая величина. Масса характеризует сразу несколько свойств тела и сама по себе обладает рядом важных свойств.

 

  • Масса служит мерой содержащегося в теле вещества.
  • Масса является мерой инертности тела. Инертностью называется свойство тела сохранять свою скорость неизменной (в инерциальной системе отсчёта), когда внешние воздействия отсутствуют или компенсируют друг друга. При наличии внешних воздействий инертность тела проявляется в том, что его скорость меняется не мгновенно, а постепенно, и тем медленнее, чем больше инертность (т.е. масса) тела. Например, если бильярдный шар и автобус движутся с одинаковой скоростью и тормозятся одинаковым усилием, то для остановки шара требуется гораздо меньше времени, чем для остановки автобуса.
  • Массы тел являются причиной их гравитационного притяжения друг к другу (см. раздел «Сила тяготения»).
  • Масса тела равна сумме масс его частей. Это так называемая аддитивность массы. Аддитивность позволяет использовать для измерения массы эталон — 1 кг.
  • Масса изолированной системы тел не меняется со временем (закон сохранения массы).
  • Масса тела не зависит от скорости его движения. Масса не меняется при переходе от одной системы отсчёта к другой.
  • Плотностью однородного тела называется отношение массы тела к его объёму:

 ${large p = dfrac {m}{V} }$

 

Плотность не зависит от геометрических свойств тела (формы, объёма) и является характеристикой вещества тела. Плотности различных веществ представлены в справочных таблицах. Желательно помнить плотность воды: 1000 кг/м3.

 

 

Второй и третий законы Ньютона

Взаимодействие тел можно описывать с помощью понятия силы. Сила — это векторная величина, являющаяся мерой воздействия одного тела на другое.
Будучи вектором, сила характеризуется модулем (абсолютной величиной) и направлением в пространстве. Кроме того, важна точка приложения силы: одна и та же по модулю и направлению сила, приложенная в разных точках тела, может оказывать различное воздействие. Так, если взяться за обод велосипедного колеса и потянуть по касательной к ободу, то колесо начнёт вращаться. Если же тянуть вдоль радиуса, никакого вращения не будет.

Второй закон Ньютона

Произведение массы тела на вектор ускорения есть равнодействующая всех сил, приложенных к телу:

${large m cdot overrightarrow{a} = overrightarrow{F} }$

Второй закон Ньютона связывает векторы ускорения и силы. Это означает, что справедливы следующие утверждения.

  1. ${large m cdot a = F}$, где ${large a}$ — модуль ускорения, ${large F}$ — модуль равнодействующей силы.
  2. Вектор ускорения имеет одинаковое направление с вектором равнодействующей силы, так как масса тела положительна.

Третий закон Ньютона

Два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одну и ту же физическую природу и направлены вдоль прямой, соединяющей их точки приложения.

 

 

 

Принцип суперпозиции

Опыт показывает, что если на данное тело действуют несколько других тел, то соответствующие силы складываются как векторы. Более точно, справедлив принцип суперпозиции.
Принцип суперпозиции сил. Пусть на тело действуют силы ${large overrightarrow{F_1}, overrightarrow{F_2}, ldots overrightarrow{F_n}}$  Если заменить их одной силой ${large overrightarrow{F} =  overrightarrow{F_1} + overrightarrow{F_2} ldots + overrightarrow{F_n}}$, то результат воздействия не изменится.
Сила ${large overrightarrow{F}}$ называется равнодействующей сил ${large overrightarrow{F_1}, overrightarrow{F_2}, ldots overrightarrow{F_n}}$ или результирующей силой.
 

 

 


Похожие посты

Выявлена 5000-летняя человекоподобная фигурка, сотворенная из неизвестного науке вещества

Avtor

Путин одобрил инициативу об обязательном оснащении самолетов модулями ГЛОНАССс

Avtor

Семь мостов Кенигсберга – головоломка, которая привела к возникновению новой области математики

Avtor
Adblock
detector