Jak se měří síla?

Síla je nejdůležitější pojem ve fyzice. Je široce používán při studiu přírodních jevů, pro kvalitativní i kvantitativní popis vzájemného působení těles.

Náš plán lekce obsahuje: úvod do síly, jednotky síly, jak se měří, účinek rychlosti a směr síly. Materiál se bude hodit i na střední škole, kdy si potřebujete zopakovat a zobecnit základní pojmy z fyziky.

Účel lekce: prostudovat fyzikální koncept „síly“.

Očekávané výsledky: předmět, metapodmět, osobní.

Předmět:

• zavést pojem „síla“ jako míru interakce těles, prostřednictvím které dochází ke změnám rychlosti tělesa;
• identifikovat známky síly;
• tvořit pojem síly jako kvantitativní charakteristiky působení jednoho tělesa na druhé;
• poskytnout pochopení vektorové povahy síly;
• charakterizujte sílu modulem, směrem a místem působení.

Metapředmět:

• rozvíjet dovednosti studentů pozorovat, vyvozovat závěry, zdůrazňovat hlavní věc, plánovat a provádět experiment;
• dělat kresby, pečlivě a kompetentně si dělat poznámky do poznámkových bloků;
• aplikovat znalosti k analýze a vysvětlení přírodních jevů;
• vyhodnotit získané výsledky;
• využívat teoretické metody vědeckého poznání.

Osobní:

• utvářet motivaci stanovením kognitivních úkolů;
• rozvíjet dovednosti pro řízení vašich vzdělávacích aktivit;
• formovat motivy k učení, rozvíjení zájmu a schopností ve fyzice;
• rozvíjet pozornost, paměť, kreativní myšlení.

Učte školáky a získejte
od 40 do 100 000 rublů měsíčně!

Zveme učitele fyziky
s vysokoškolským vzděláním (nebo studenti posledního ročníku) a zkušenostmi s výcvikem
na závěrečné zkoušky

Plán lekce:

1. Úvod do lekce (motivace, stanovení cílů)
2. Učení nového materiálu
3. Zajištění materiálu
4. Shrnutí lekce a reflexe
5. Domácí úkol

1. Úvod do lekce (motivace, stanovení cílů)

Představte si, že sedíte v měkkém, pohodlném křesle. Co musíte udělat, abyste z toho vstali? Rukama odtlačte područky, nakloňte tělo dopředu a nahoru, chodidla opřete o podlahu. To znamená, že interagujete s jinými těly, vyvíjíte úsilí nebo sílu. Co je tedy síla?

V každodenním životě se neustále setkáváme s pojmem „moc“. Často můžete slyšet fráze „silný muž“, „silný déšť“, „silná touha“. Slovo „silný“ používáme k popisu účinku jednoho těla nebo jevu na druhé.

Fyzici aktivně používají termín „síla“ při studiu přírodních jevů, aby kvalitativně a kvantitativně popsali interakci mezi tělesy.

Podle vlastnosti setrvačnosti se každé těleso snaží udržet svou aktuální polohu: klidový nebo rovnoměrný lineární pohyb, dokud na něj nepůsobí jiné těleso.

Například, sportovec udeří pěstí do boxovacího pytlee. Působí na pytel a pytel působí na boxerovu pěst. Dvě těla se vzájemně ovlivňují, ale co popisuje tuto akci? Když někdo narazí malíčkem na nohu stolu, fyzici říkají, že osoba interagovala s nohou stolu nebo že noha stolu působila silou na malíček.

Ne vždy však k interakci mezi tělesy dochází přímým kontaktem. Například, když jablko spadne z větve, spadne na zem. Dojde k interakci mezi ovocem a povrchem bez kontaktu těles prostřednictvím silových polí (v tomto příkladu gravitačního pole; kromě něj jsou zde elektrická a magnetická pole). To znamená, že pole mají také účinky na těla.

Výkon: jakékoli změny v přírodě nastávají v důsledku interakce mezi tělesy.

Co je tedy výsledkem vzájemného působení těles? Jak to můžete popsat kvalitativně a kvantitativně? Na čem to závisí?

Pojďme si definovat cíle a cíle lekce:

• seznámit se s pojmem „moc“;
• identifikovat, na čem závisí síla a co ji ovlivňuje;
• stanovit, v jakých jednotkách se síla měří a jak ji lze v praxi určit;
• naučit se určovat působení síly a řešit kvalitativní problémy.

Užitečné mohou být i naše další články o fyzice:

2. Učení nového materiálu

1 úloha. Určete, mezi kterými tělesy k interakci dochází:

1. pomeranč se převalí přes stůl a zastaví se;
2. magnet přitahuje hřebík;
3. lokomotiva tlačí vagón;
4. se střetnou dvě kulečníkové koule.

Interakci mezi tělesy lze charakterizovat pomocí síly.

Definice: síla je vektorová fyzikální veličina, která je mírou vzájemného působení těles, příčinou změn rychlostí těles nebo jejich částí.

2 úloha. Uveďte příklady změn rychlosti tělesa působením jiného tělesa na něj.

Udělejme experiment. Vezmeme pružinu a zavěsíme na ni náklad. Pružina se prodlouží. Pokud na něj zavěsíte dvě (tři) závaží, více se natáhne. To znamená, že dvě (tři) závaží působí na pružinu větší silou než jedna. Viz obrázek 1.

1. účinek od jednoho tělesa k druhému závisí na velikosti působící síly.

Abychom zvedli stoh knih z podlahy, budeme muset vynaložit větší sílu než při zvedání jedné knihy.

2. Působení jednoho tělesa na druhé závisí na místě působení síly.

Kliky dveří jsou z nějakého důvodu instalovány co nejdále od pantů. Pokud se pokusíte dveře přitlačit k jejich pantům, bude k jejich otevření potřeba mnohem větší síly než pomocí kliky.

3. Působení jednoho tělesa na druhé závisí na směru působení síly.

K dosažení určitého výsledku působení, například natažení nebo stlačení pružiny, zavírání nebo otevírání dveří, musí být síly aplikovány v různých směrech.

3 úloha. Musíte přesunout blok zobrazený na obrázku. Je rozdíl v tom, jak toto tělo tlačit? V jakém okamžiku by bylo rozumné použít sílu? Viz obrázek 2.

Odpověď: Pokud je vysoký blok stojící na stole zatlačen dole, bude klouzat po povrchu stolu. Pokud na kvádr v jeho horní části působí síla, jednoduše se převrátí.

Závěr: síla závisí na velikosti (modulu), místě působení a směru a výsledkem síly jsou změny rychlosti tělesa, změny směru pohybu tělesa a deformace tělesa.

Deformace je změna tvaru nebo objemu tělesa pod vlivem síly.

Síly v přírodě lze rozdělit do čtyř typů:

1. gravitační (vyskytuje se mezi tělesy o hmotnosti);
2. elektromagnetické (vzniká mezi tělesy s elektrickými náboji);
3. slabé (vznikají při interakci elementárních částic);
4. jaderné (vyskytují se uvnitř atomových jader atomů).

Graficky je síla znázorněna jako úsečka se šipkou na konci (šipka). Začátek segmentu je kombinován s místem působení síly. Délka segmentu v určitém měřítku se rovná hodnotě síly. Šipka ukazuje směr síly. Veličiny charakterizované číselnou hodnotou a směrem v prostoru se nazývají vektory nebo vektory (z latinského slova „vector“ – vedoucí, nesoucí). To znamená síla je vektorová veličina.

Zvážit Obrázek 3: Jak jsou směrovány síly působící na tělesa? Kde jsou tyto síly aplikovány?

Síla se označuje latinským písmenem F. Síla má měrnou jednotku zvanou newton [N]. Jednotka získala toto jméno na počest anglického vědce Isaaca Newtona. Viz obrázek 4.

Velký anglický vědec Isaac Newton je považován za jednoho z největších mozků historie. Neocenitelně přispěl k rozvoji mnoha věd, včetně matematiky a fyziky.

4 úloha. Zvážit Obrázek 5. Určete směr, místo působení a velikost sil.

Abychom pochopili, co je síla jednoho Newtona, musíme si pamatovat, že síla působící na těleso mění jeho rychlost. To znamená, že 1 N je síla, která každou sekundu mění rychlost tělesa o hmotnosti 1 kg o 1 m/s [1 N = 1].

5 úloha. Dva stejné vozy zvýšily rychlost každý o 15 km/h, ale jeden za 10 s a druhý za 30 s. Které auto zažilo největší sílu při akceleraci? Proč?

Odpověď: pro první auto, protože zrychlení trvalo méně času.

6 úloha. Automobil jedoucí rychlostí 20 m/s po 10 s náhle zabrzdil. zastavil. Působila na auto tam, kam směřovala, síla?

Odpověď: síla byla účinná, protože vedla k zastavení vozu. Síla směřovala proti pohybu vozu, což pomohlo snížit rychlost na nulu.

Kromě Newtonů se používají další jednotky měření: mN, gN, kN, MN.

1 mN = 0,001 N, 1 gN = 100 N, 1 kN = 1000 1 N, 1000000 MN = XNUMX XNUMX XNUMX N.

7 úloha. Převést jednotky síly:

20 mN = … N 0,002 MN = . N 0,3 kN = . N 2 gN = . N 2 kN + 2 gN = . N 0,1 kN – 1000 mN = . N

200 N = … kN 400000 XNUMX N = . MN 2000 N = . mN 68000 N = . gN 20 kN + 0,1 MN = . N 280 mN – 0,01 N = . mN

Síla je vektorová veličina. Při výpočtu nebo řešení úloh se však využívá modul vektoru síly. Může být velikost síly záporná?

odpověď: ne, modul síly je hodnota větší než nula nebo rovna nule. Pouze průmět síly na libovolnou osu může být záporný.

Síla je fyzikální veličina, kterou lze měřit fyzickým zařízením. K měření síly se používá speciální zařízení – dynamometr (z řeckého dynamis – „síla“ a metero – „měřím“).

Konstrukce dynamometru: pouzdro pro montáž pružiny, stupnice natištěná na pouzdru, ocelová pružina spojená s indikační šipkou.

Působení tohoto zařízení je založeno na pružnosti pružiny.

8 úloha. Určete hodnoty na dynamometru s přihlédnutím k chybě měření. Viz obrázek 6.

Je třeba si uvědomit, že na všechna tělesa, která jsou na Zemi nebo v blízkosti jejího povrchu, vždy působí alespoň jedna síla. Na tělesa může současně působit několik sil, které se liší jak směrem, tak velikostí. Přemýšlejte o tom, jak se těleso bude pohybovat pod vlivem dvou protilehlých sil stejné velikosti?

Jsme obklopeni mnoha těly, která se vzájemně ovlivňují. Je zvykem vyzdvihovat určité síly. Například síla univerzální gravitace, gravitace, tíha, elastická síla, třecí síla, Archimédova síla a mnoho dalších.

Kolik platí Skyeng učiteli fyziky?

Co tvoří příjmy učitelů, vysvětlíme ve speciálním článku.

3. Výztužný materiál (řešení problémů)

1 výzva

Napište krátké shrnutí a vyplňte mezery slovy nebo frázemi.

1. Síla je . fyzikální veličina, která je . . tělesy.
2. Síla je příčinou změny. těles nebo jejich.
3. Síla se označuje latinkou.
4. Jednotka síly.
5. Síla 1 N je síla, která každou sekundu mění rychlost tělesa o hmotnosti . kg o . m/s.
6. Síla na výkresech je znázorněna jako . která má . směr a bod .
7. Zařízení pro měření síly se nazývá.

2 výzva

Na stupnici 1 cm – 20 N graficky znázorněte sílu 100 N působící na střed těla a směřující svisle dolů, sílu 240 N působící na střed těla a směrovanou na jih. Jaké síly podle vás působí na těleso, kam směřují, pokud je těleso v klidu? Nakreslete tyto síly.

3 výzva

Na těleso působí ve vodorovném směru dvě síly – 5 N a 10 N. Tyto síly nakreslete. Kolik variant kresby dokážete vytvořit?

4 výzva

Fotbalista zasáhne míč. Uveďte, se kterými tělesy míč interaguje, zakreslete a porovnejte síly působící na míč:

1. v okamžiku nárazu;
2. během letu míče;
3. při dopadu na zem.

5 výzva

V koupelně plave gumová kachnička. Jaká tělesa na sebe vzájemně působí? Jak jsou směrovány síly způsobené těmito interakcemi? Udělejte nákres.

6 výzva

Během hry je puk neustále ovlivňován ledem, hokejkou, brankářskými rukavicemi, deskou nebo brankovou sítí. V jakých okamžicích je síla největší a v jakých nejméně? Proč jste se tak rozhodli?

Pokud vás nebaví příprava na hodiny, hlášení a známkování domácích úkolů, zjistěte, jak začít s výukou fyziky online:

4. Shrnutí lekce a reflexe

Pojďme si lekci shrnout. Chcete-li to provést, dokončete věty:

1. Dnes jsem se ve třídě naučil.
2. Dnešní lekce mi ukázala.
3. Nejtěžší pro mě bylo.
4. Nejzajímavější mi přišlo.
5. V další lekci bych se rád dozvěděl o.

Jaké asociace máte se slovem „silný“ nebo „silný“? Možná si představíte sportovce, jak s lehkostí zvedá těžkou činku nebo kettlebell. Nebo velký africký slon, který v kufru unese obrovský kmen stromu. Nebo se vám možná vybaví vaše maminka, která dělá domácí práce každý den, bez dní volna a dovolené?

· Aktualizováno 6. prosince 2024

Ve fyzice je síla reprezentována symbolem F, který pochází z latinského slova fortis (silný). Jednotkou síly v mezinárodní soustavě jednotek (SI) je newton (N). Síla je základní veličinou druhého Newtonova zákona. Příklady:

V každém případě charakterizujeme osobu nebo zvíře, ale lze sílu kvantifikovat? Je mezi silami rozdíl? Jak můžete toto množství změřit? Odpovědi na tyto a mnohé další otázky získáte v tomto článku.

Definice síly

Začněme tím nejdůležitějším – slovem „síla“ ve fyzice.

Force – vektorová fyzikální veličina, která je mírou vlivu na dané těleso z jiných těles nebo polí.

Představte si, že procházíte supermarketem a vybíráte produkty a pečlivě je vkládáte do košíku. Pohybujete s ním pomocí síly svých svalů a čím silněji napínáte ruce a tlačíte vozík, tím dále se bude kutálet (jen pozor, abyste nenarazili do stojanu na sodu!).

Nebo si vzpomeňte na hodinu tělesné výchovy, kde se soutěží v přetahování lanem: soupeřící tým může dokonce ztratit rovnováhu, pokud k vám a vaši přátelé zatáhnete za provaz současně.

Výsledky působení sil můžeme vidět neustále: jakýkoli vržený předmět padá na zem, tělesa plavou na hladině kapaliny, pružiny se natahují pod tíhou břemene. Dokonce i vesmír se řídí zákony sil: asteroidy létají po určitých trajektoriích a černé díry vší silou pohlcují světlo vzdálených hvězd.

Označení a měrná jednotka

Jakákoli fyzikální veličina má své označení a měrnou jednotku. Jak se ve fyzice označuje síla?

Je to jednoduché. Síla je označena latinským písmenem F (mimochodem, v angličtině „síla“ je síly), a měří se v newtonech [H] – na počest velkého anglického vědce Sira Isaaca Newtona.

Možná jste slyšeli legendu o Newtonovi: jak seděl pod stromem a přemýšlel o fyzikálních zákonech, jak mu jablko spadlo na hlavu a z toho v něm vznikly nové hypotézy. Pospícháme tedy, abychom tento mýtus vyvrátili: ve skutečnosti se tak nestalo. Isaac Newton skutečně učinil objevy o zákonech pohybu a univerzální gravitaci, ale nebyla to jablka, která mu v tom pomohla!

Vraťme se k jednotce síly. Je zajímavé, že newtony nejsou hlavní, ale odvozenou jednotkou mezinárodní soustavy SI.

To znamená, že síla rovna jednomu newtonu je definována jako interakce, která za 1 sekundu změní rychlost tělesa o hmotnosti 1 kg o 1 m/s ve směru síly.

K newtonům lze přidávat předpony a násobky a vyjádřit tak množství co nejpohodlněji bez použití velkého počtu nul.

Takže 1 kN = 1 000 N; 1 gN = 100 N; 1 mN = 0,001 N.

Jaké povolání vám vyhovuje? Zjistěte to za 10 minut!

Získejte další výhody od Skysmart:

• Zlepšete své známky v kurzech fyziky.
• Vyberte si z 890+ učitelů fyziky.
• Přihlaste se do bezplatných kurzů pro děti.

Klasifikace sil

Jaké síly vůbec existují? Pojďme na to společně přijít.

Na základní úrovni vědci rozlišují čtyři typy sil: slabé, silné, gravitační a elektromagnetické.

1. Slabý k interakci dochází při rozpadu atomových jader a elementárních částic.
2. Silný Interakce je zodpovědná za přitažlivost mezi nukleony – protony a neutrony – v jádru atomů.
3. К gravitační Síly obvykle označují typ interakcí, ke kterým dochází mezi hmotnými tělesy, která mají hmotnost. Gravitační síla a gravitační síla právem patří k tomuto typu, protože závisí přímo úměrně na hmotnosti těla.
4. Elektromagnetické síly působí mezi všemi částicemi, které mají elektrický náboj. Tuto povahu má síla pružnosti, tření, tělesná hmotnost a další.

Sílu jako fyzikální veličinu charakterizuje:

• směr;
• aplikační bod;
• hodnota (velikost).

Typy sil jsou různé akce, které způsobují změnu pohybu nebo tvaru objektu. Příklady:

• Gravitace
• Tělesná hmotnost a reakce na zemi
• Elastická síla
• Třecí síla
• Archimédova síla
• Střední odporová síla

Podívejme se na tabulku a porovnejme některé síly podle jejich směru a místa působení:

Střed tělesné hmoty

Opakem pozemní reakční síly

Bod na podpoře/zavěšení

Podél pružiny proti síle, která způsobila deformaci

Spojovací bod mezi tělem a pružinou

Opak působící síly

Bod kontaktu těla s povrchem

Střed tělesné hmoty

Působí síly na všechna tělesa?

To záleží. Myslíme si, že pro vás není žádným tajemstvím, že všechna těla se skládají z molekul a atomů. Na této úrovni mezi částicemi existují síly přitažlivosti a odpuzování a není před nimi úniku. Pokud by neexistovaly přitažlivé síly, molekuly by od sebe odlétaly a nemohly by tvořit tělesa. Odstraňte odpudivé síly a všechny částice se slepí do jedné velké hrudky.

Na všechna tělesa na planetě Zemi působí gravitační síla. Proto všechny předměty, které vyhodíte do vzduchu, se budou řítit dolů a ne nahoru. Když jsme se dostali do vesmíru, ocitneme se ve stavu beztíže: gravitační síla Země na nás nebude působit. Ale nespěchejte, abyste se radovali ze svobody! Zaprvé bude na kosmickou loď působit aerodynamická síla a zadruhé se můžeme snadno stát závislými na gravitační síle jiné planety, jakmile se k ní přiblížíme.

Některé síly vznikají pouze za určitých podmínek. Vezmeme libovolný předmět a začneme jej deformovat, natahovat nebo stlačovat – vznikne elastická síla. Ponořme těleso do kapaliny – objeví se Archimédova síla, začneme se kutálet po silnici – pohybu bude bránit valivá třecí síla.

Měření síly

Jak můžete měřit sílu? Existují dva správné způsoby: prakticky, pomocí měřicího zařízení a prostřednictvím vzorců.

Zařízení pro měření síly se nazývá dynamometr (z latinského „dynamos“ – síla). V závislosti na typu konstrukce a použití jsou dynamometry ruční, trakční, elektronické, hydraulické a pružinové.

V otázce měření sil pomocí vzorců existuje mnoho nuancí. Jaký vzorec byste si měli vybrat? Jak se naučit vyjadřovat neznámé ze vzorců? Kde mohu získat další informace o veličinách, jejichž hodnoty nejsou v problému? Odpovědi na všechny tyto otázky lze získat v online kurzech fyziky na Skysmart School! Lekce na interaktivní platformě jsou vzrušující, živé, se spoustou zážitků a experimentů.