В каких измерениях может быть выражена сила. Документы для международных перевозок. Ты почему не ешь мухоморы? Таможня выдохнула грусть

Инструкция

Определить силу мышц можно с помощью динамометров различной конструкции. Сила мышц кисти определяется динамометром Коллена. Динамометр кладется на ладонь и сжимается пальцами с максимальным усилием. Результат на и является показателем силы. При разных положениях локтевого сустава сила мышц кисти меняется. Она будет выше в свободном положении локтевого сустава с углом 160-170 градусов по отношению к плечу. В согнутом состоянии (10-15 градусов) показатель силы уменьшится, а в максимально разогнутом (190-200 градусов) - станет минимальным. Согласно многочисленным исследованиям, самыми высокими показателями силы обладают тяжелоатлеты. Становым динамометром измеряется сила разгибателей туловища. Комплексными динамометрическими установками можно показатели практически всех крупных мышц человека: сгибателей и разгибателей бедра, мышц плеч, сгибателей туловища и т.п. Динамометрами оснащаются физкультурные диспансеры для наблюдения за динамикой роста физических показателей .

В спортивного зала динамическая сила мышц определяется максимальными показателями в конкретном упражнении. В тяжелой сила выявляется в двух соревновательных упражнениях – рывке и толчке. В пауэрлифтинге – в жиме лежа, приседании и становой тяге. Нагрузка на мышцы в двух видах отличается, ведь для того, чтобы выполнить рывок, необходимо еще придать ускорение снаряду, проявить взрывную силу.

Если вы не новичок в поднятии тяжестей и регулярно посещаете тренажерный зал хотя бы , то можете измерить динамическую силу мышц самостоятельно. Сначала хорошо разомнитесь с пустым грифом (сделайте 10-12 повторов), затем постепенно добавляйте вес и уменьшайте количество повторений. Когда почувствуете, что вес штанги близок к предельному, выполняйте по 1 повторению и понемногу довешивайте диски с каждым новым подходом. Обязательно используйте страховку в таких упражнениях, как приседание и жим лежа. Страховка осуществляется подготовленными атлетами с двух сторон. При выполнении приседаний и становой тяги обязательно надевайте ремень и сохраняйте прямое положение спины.

Полезный совет

В зависимости от времени суток и физического состояния человека показатели силы могут меняться, поэтому тестирование лучше проводить в дневное время после 2-3 дней отдыха от физических нагрузок.

Вес человека - одна из самых важных его физических характеристик. Ведь как недостаток веса, так и его избыток со временем приводит к проблемам со здоровьем. Чтобы правильно рассчитать оптимальный вес человека , необходимо учитывать множество различных факторов. Самое главное - начать делать "работы над ошибками" в питании и образе жизни как можно быстрее.

Вам понадобится

Весы, ростомер

Инструкция

Традиционный подход при вычислении веса заключается в использовании общепринятых соотношений роста и веса. Существует , которая подсказывает, какой вес является оптимальным для с тем или иным ростом. Удобство данной заключается в том, что правильный вес можно вычислить очень . Есть и еще более упрощенный подход к вычислению нормального веса для человека по его . Это так называемая Лоренца.

Сперва нужно рост (сделать это нужно как можно точнее, желательно с использованием медицинского ростомера). Расчет оптимального веса по формуле Лоренца является самым простым. Нужно отнять человека в сантиметрах сотню и отнять от данного значения разность (рост в сантиметрах "минус" 150), поделенную на 2. Чтобы упростить расчет оптимального веса и не ошибиться в вычислениях, можно воспользоваться специальными программами. Интерфейс одной из них представлен на рисунке.

Все мы привыкли в жизни употреблять слово сила в сравнительной характеристике, говоря мужчины сильнее женщин, трактор сильнее автомобиля, лев сильнее антилопы.

Сила в физике определяется как мера изменения скорости тела, которое происходит при взаимодействии тел. Если сила является мерой, и мы можем сравнивать приложение различной силы, значит, это физическая величина, которую можно измерить. В каких единицах измеряется сила?

Единицы измерения силы

В честь английского физика Исаака Ньютона, проделавшего огромные исследования в природе существования и использования различных видов силы, за единицу измерения силы в физике принят 1 ньютон (1 Н). Что же такое сила в 1 Н? В физике не выбирают единицы измерения просто так, а делают специальное согласование с теми единицами, которые уже приняты.

Мы знаем из опыта и экспериментов, что если тело покоится и на него действует сила, то тело под действием этой силы меняет свою скорость. Соответственно, для измерения силы выбирали единицу, которая будет характеризовать изменение скорости тела. И не забываем, что есть еще и масса тела, так как известно, что с одинаковой силой воздействие на различные предметы будет различно. Мяч мы можем кинуть далеко, а вот булыжник улетит на гораздо меньшее расстояние. То есть, учтя все факторы, приходим к определению, что сила в 1 Н будет приложена к телу, если тело массой 1 кг под воздействием этой силы меняет свою скорость на 1 м/с за 1 секунду.

Единица измерения силы тяжести

Также нас интересует единица измерения силы тяжести. Так как мы знаем, что Земля притягивает к себе все тела на ее поверхности, значит, существует сила притяжения и ее можно измерить. И опять-таки, мы знаем, что сила притяжения зависит от массы тела. Чем больше масса тела, тем сильнее Земля его притягивает. Экспериментально установлено, что сила тяжести, действующая на тело массой 102 грамма - это 1 Н. А 102 грамма - это приблизительно одна десятая килограмма. А если быть более точным, то если 1 кг разделить на 9,8 частей, то мы как раз и получим приблизительно 102 грамма.

Если на тело массой 102 грамма действует сила 1 Н, то на тело массой 1 кг действует сила 9,8 Н. Ускорение свободного падения обозначают буквой g. И g равно 9,8 Н/кг. Это сила, которая действует на тело массой 1 кг, ускоряя его каждую секунду на 1 м/с. Получается, что тело, падающее с большой высоты, за время полета набирает очень большую скорость. Почему же тогда снежинки и дождевые капли падают довольно спокойно? У них очень маленькая масса, и тянет их к себе земля очень слабо. А сопротивление воздуха для них довольно велико, поэтому они летят к Земле с не очень большой, довольно одинаковой скоростью. А вот метеориты, например, при подлете к Земле набирают очень высокую скорость и при приземлении, образуется приличный взрыв, который зависит от величины и массы метеорита соотвественно.

Единицы измерения силы

Единица измерения силы тяжести

Также нас интересует единица измерения силы тяжести. Так как мы знаем, что Земля притягивает к себе все тела на ее поверхности, значит, существует сила притяжения и ее можно измерить. И опять-таки, мы знаем, что сила притяжения зависит от массы тела. Чем больше масса тела, тем сильнее Земля его притягивает. Экспериментально установлено, чтосила тяжести, действующая на тело массой 102 грамма - это 1 Н. А 102 грамма - это приблизительно одна десятая килограмма. А если быть более точным, то если 1 кг разделить на 9,8 частей, то мы как раз и получим приблизительно 102 грамма.

Сила является одним из ключевых понятий физики. С ее помощью измеряют степень внешнего воздействия одного тела на другое. Понятие силы использовали еще ученые античности в своих работах о статике и движении. Так, изучением сил в процессе конструирования простых механизмов занимался в III в. до н. э. Архимед. Первые представления о силе были сформулированы Аристотелем и просуществовали в течение многих столетий. В XVII Исаак Ньютон сформулировал три основные закона димамики, которые описывают взаимодействие любых сил.

Первый закон - покоящее тело остается в покое, а движущееся тело продолжает двигаться прямолинейно с постоянной скоростью, если на него не действует внешняя сила. Так, остается в покое футбольный мяч, пока игрок не ударит по нему ногой.

Второй закон - движение тела изменяется пропорционально приложенной к нему силе. Так, чем сильнее удар, тем быстрее полет футбольного мяча.

Третий закон - действие любой силы вызывает равное и противоположное ей противодействие. Так, когда гимнаст выполняет переворот или отталкивается от неподвижного предмета, направление его движения определяется силой противодействия (реакции).

Однако к началу XX века Альберт Эйнштейн сформулиовал теорию относительности, где показал, что ньютоновская механика верна лишь при сравнительно небольших скоростях движения и массах тел.

Единицы измерения силы

Ньютон

В международной системе единиц (системе СИ) сила измеряется в ньютонах (Н, N). Единица названа в честь английского физика Исаака Ньютона. Один ньютон есть сила, вызывающая ускорение 1 м/с² тела массой 1 кг.

1 Н = 105 дин.

1 Н ≈ 0,10197162 кгс.

Килограмм-сила

Единица измерения силы, не входящая в систему СИ. Килограмм-сила примерно равна силе, действующей на тело массой в 1 килограмм под воздействием стандартного ускорения свободного падения (ускорение падения тел под действием притяжения Земли в безвоздушном пространстве примерно равно 9,8 м/с²).

1 кгс = 9,80665 ньютонов (точно) ≈ 10 Н

1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

В ряде европейских государств для килограмм-силы официально принято название килопонд (обозначается kp).
Реже применяются кратные единицы: тонна-сила, равная 103 кгс, или грамм-сила, равная 10 -3 кгс.

Дина

Единица измерения силы в системе единиц СГС, которая широко использовалась до принятия международной системы единиц (СИ). Ее обозначение: дин, dyn. 1 дина равна силе, которая, воздействуя на массу в 1 г, сообщает ей ускорение 1 см / с².
1 дин = г см / с² = 10 −5 Н.

Фунт-сила

Система СИ используется не во всех странах. Так, в Англии есть своя традиционная система мер, согласно которой единицей силы является фунт-сила. Ее обозначение - lbf (сокращение от англ. pound force).

1 фунт-силы = 4,44822 ньютона

Кип (килофунт силы)

В США силу измеряют в кипах (или килофунтах). Образовано от слияния английских слов «kilo» + «pound».

1 kip = 4448,2216152605 ньютонов

Для того, чтобы быстро и точно перевести одну единицу в другую, воспользуйтесь на нашем сайте.

Приборы для измерения силы

Силу измеряют посредством динамометров, гравиметров, силоизмерительных машин и прессов. Динамометры - приборы, измеряющие силу упругости. Они бывают трех типов: пружинные, гидравлические, электрические. Динамометр используется также в медицине. С его помощью врачи измеряют силы различных мышечных групп человека.

См. также «Физический портал»

Сила как векторная величина характеризуется модулем , направлением и «точкой» приложения силы. Последним параметром понятие о силе, как векторе в физике, отличается от понятия о векторе в векторной алгебре, где равные по модулю и направлению векторы, независимо от точки их приложения, считаются одним и тем же вектором. В физике эти векторы называются свободными векторами.В механике чрезвычайно распространено представление о связанных векторах, начало которых закреплено в определённой точке пространства или же может находиться на линии, продолжающей направление вектора (скользящие векторы). .

Также используется понятие линия действия силы , обозначающее проходящую через точку приложения силы прямую, по которой направлена сила.

Размерность силы - LMT −2 , единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является ньютон (N, Н), в системе СГС - дина .

История понятия

Понятие силы использовали ещё ученые античности в своих работах о статике и движении. Изучением сил в процессе конструирования простых механизмов занимался в III в. до н. э. Архимед . Представления Аристотеля о силе, связанные с фундаментальными несоответствиями, просуществовали в течение нескольких столетий. Эти несоответствия устранил в XVII в. Исаак Ньютон , используя для описания силы математические методы. Механика Ньютона оставалась общепринятой на протяжении почти трехсот лет. К началу XX в. Альберт Эйнштейн в теории относительности показал, что ньютоновская механика верна лишь в при сравнительно небольших скоростях движения и массах тел в системе, уточнив тем самым основные положения кинематики и динамики и описав некоторые новые свойства пространства-времени .

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.

Фундаментальные взаимодействия

Все силы в природе основаны на четырех типах фундаментальных взаимодействий. Максимальная скорость распространения всех видов взаимодействия равна скорости света в вакууме . Электромагнитные силы действуют между электрически заряженными телами, гравитационные − между массивными объектами. Сильное и слабое проявляются только на очень малых расстояниях , они ответственны за возникновение взаимодействия между субатомными частицами , включая нуклоны , из которых состоят атомные ядра .

Интенсивность сильного и слабого взаимодействия измеряется в единицах энергии (электрон-вольтах), а не единицах силы , и потому применение к ним термина «сила» объясняется берущей из античности традицией объяснять любые явления в окружаемом мире действием специфических для каждого явления «сил».

Понятие силы не может быть применено по отношению к явлениям субатомного мира. Это понятие из арсенала классической физики, ассоциирующейся (пусть даже только подсознательно) с ньютоновскими представлениями о силах, действующих на расстоянии. В субатомной физике таких сил уже нет: их заменяют взаимодействия между частицами, происходящими через посредство полей, то есть каких-то других частиц. Поэтому физики высоких энергий избегают употреблять слово сила , заменяя его словом взаимодействие .

Каждый вид взаимодействия обусловлен обменом соответствующих переносчиков взаимодействия: гравитационное − обменом гравитонов (существование не подтверждено экспериментально), электромагнитное − виртуальных фотонов , слабое − векторных бозонов , сильное − глюонов (и на больших расстояниях - мезонов). В настоящее время электромагнитное и слабое взаимодействия объединены в более фундаментальное электрослабое взаимодействие . Делаются попытки объединения всех четырех фундаментальных взаимодействие в одно (так называемая теория великого объединения).

Всё многообразие проявляющих себя в природе сил в принципе может быть сведено к этим четырем фундаментальным взаимодействиям. Например, трение − это проявление электромагнитных сил, действующих между атомами двух соприкасающихся поверхностей, и принципа запрета Паули , который не позволяет атомам проникать в область друг друга. Сила, возникающая при деформации пружины , описываемая законом Гука , также является результатом действия электромагнитных сил между частицами и принципа запрета Паули, заставляющих атомы кристаллической решетки вещества удерживаться около положения равновесия. .

Однако на практике оказывается не только нецелесообразной, но и просто невозможной по условиям задачи подобная детализация рассмотрения вопроса о действии сил.

Гравитация

Гравитация (сила тяготения ) - универсальное взаимодействие между любыми видами материи . В рамках классической механики описывается законом всемирного тяготения , сформулированным Исааком Ньютоном в его труде «Математические начала натуральной философии ». Ньютон получил величину ускорения, с которым Луна движется вокруг Земли , положив при расчете, что сила тяготения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от тяготеющего тела. Кроме этого, им же было установлено, что ускорение, обусловленное притяжением одного тела другим, пропорционально произведению масс этих тел . На основании этих двух выводов был сформулирован закон тяготения: любые материальные частицы притягиваются по направлению друг к другу с силой , прямо пропорциональной произведению масс ( и ) и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

Здесь − гравитационная постоянная , значение которой впервые получил в своих опытах Генри Кавендиш . Используя данный закон, можно получить формулы для расчета силы тяготения тел произвольной формы. Теория тяготения Ньютона хорошо описывает движение планет Солнечной системы и многих других небесных тел. Однако, в ее основе лежит концепция дальнодействия , противоречащая теории относительности . Поэтому классическая теория тяготения неприменима для описания движения тел, перемещающихся со скоростью , близкой к скорости света, гравитационных полей чрезвычайно массивных объектов (например, черных дыр), а также переменных полей тяготения, создаваемых движущимися телами, на больших расстояниях от них .

Электромагнитное взаимодействие

Электростатическое поле (поле неподвижных зарядов)

Развитие физики после Ньютона добавило к трём основным (длина, масса, время) величинам электрический заряд с размерностью C. Однако, исходя из требований практики, основанных на удобствах измерения, вместо заряда нередко стал использоваться электрический ток с размерностью I, причём I = C T − 1 . Единицей измерения величины заряда является кулон, а силы тока ампер.

Поскольку заряд, как таковой, не существует независимо от несущего его тела, то электрическое взаимодействие тел проявляется в виде той же рассматриваемой в механике силы, служащей причиной ускорения. Применительно к электростатическому взаимодействию двух «точечных зарядов» в вакууме используется закон Кулона:

где - расстояние между зарядами, а ε 0 ≈ 8.854187817·10 −12 Ф/м. В однородном (изотропном) веществе в этой системе сила взаимодействия уменьшается в ε раз, где ε - диэлектрическая постоянная среды.

Направление силы совпадает с линией, соединяющей точечные заряды. Графически электростатическое поле принято изображать в виде картины силовых линий, представляющих собой воображаемые траектории, по которым бы перемещалась лишённая массы заряжённая частица. Эти линии начинаются на одном и заканчиваются на другом зарядах.

Электромагнитное поле (поле постоянных токов)

Существование магнитного поля признавалось ещё в средние века китайцами, использовавшим «любящий камень» - магнит, в качестве прообраза магнитного компаса. Графически магнитное поле принято изображать в виде замкнутых силовых линий, густота которых (так же, как и в случае электростатического поля) определяет его интенсивность. Исторически наглядным способом визуализации магнитного поля были железные опилки, насыпаемые, например, на лист бумаги, положенный на магнит.

Производные виды сил

Сила упругости - сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации. В случае упругих деформаций является потенциальной. Сила упругости имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. Сила упругости направлена противоположно смещению, перпендикулярно поверхности. Вектор силы противоположен направлению смещения молекул.

Сила трения - сила, возникающая при относительном движении твёрдых тел и противодействующая этому движению. Относится к диссипативным силам. Сила трения имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. Вектор силы трения направлен противоположно вектору скорости.

Сила сопротивления среды - сила, возникающая при движении твёрдого тела в жидкой или газообразной среде. Относится к диссипативным силам. Сила сопротивления имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. Вектор силы сопротивления направлен противоположно вектору скорости.

Сила нормальной реакции опоры - сила упругости, действующая со стороны опоры на тело. Направлена перпендикулярно к поверхности опоры.

Силы поверхностного натяжения - силы, возникающие на поверхности фазового раздела. Имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. Сила натяжения направлена по касательной к поверхности раздела фаз; возникает вследствие нескомпенсированного притяжения молекул, находящихся на границе раздела фаз, молекулами, находящимися не на границе раздела фаз.

Осмотическое давление

Силы Ван-дер-Ваальса - электромагнитные межмолекулярные силы, возникающие при поляризации молекул и образовании диполей. Ван-дер-Ваальсовы силы быстро убывают с увеличением расстояния.

Сила инерции - фиктивная сила, вводимая в неинерциальных системах отсчёта для того, чтобы в них выполнялся второй закон Ньютона. В частности, в системе отсчёта , связанной с равноускоренно движущимся телом сила инерции направлена противоположно ускорению. Из полной силы инерции могут быть для удобства выделены центробежная сила и сила Кориолиса .

Равнодействующая

При расчёте ускорения тела все действующие на него силы заменяют одной силой, называемой равнодействующей. Это геометрическая сумма всех сил, действующих на тело. При этом действие каждой силы не зависит от действия других, то есть каждая сила сообщает телу такое ускорение, какое она сообщила бы в отсутствие действия других сил. Это утверждение носит название принципа независимости действия сил (принцип суперпозиции).

См. также

Источники

Григорьев В. И., Мякишев Г. Я. - «Силы в природе»
Ландау, Л. Д. , Лифшиц, Е. М. Механика - Издание 5-е, стереотипное. - М .: Физматлит , 2004. - 224 с. - («Теоретическая физика» , том I). - .

Примечания

Glossary . Earth Observatory . NASA . - «Сила - любой внешний фактор, который вызывает изменение в движении свободного тела или возникновение внутренних напряжений в зафиксированном теле.» (англ.)
Бронштейн И. Н. Семендяев К. А. Справочник по математике. М.: Издательство «Наука» Редакция справочной физико-математической литературы.1964.
Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. Lectures on Physics, Vol 1 - Addison-Wesley, 1963. (англ.)