Единица измерения силы

Одним из основных законов классической динамики является второй закон Ньютона. Он содержит две величины, которые нельзя выразить только при помощи кинематических величин. Этими величинами являются сила и масса. Данные величины равноправны. Каждую из них можно считать основной как силу, так и массу. Избрав для единицы одной из них эталон, получают единицу для другой, применяя второй закон Ньютона. Так можно получить две разные системы единиц, в одной из них (метрической) основными единицами служат единицы массы, а единицы силы считаются производными. Причиной выбора единиц массы как основным в первую очередь служит то, что для массы проще создать эталон.

Ньютон - единица измерения силы в системе СИ

На сегодняшний момент в физике используют Международную систему единиц (СИ) в которой ньютон - единица измерения силы. Один ньютон (1Н) - это сила, сообщающая телу, имеющему массу в 1 килограмм, ускорение равное 1 метру, деленному на секунду в квадрате в направлении действия силы:

\[1Н=1кг\cdot 1\frac{м}{с^2}.\]

Ньютон является производной единицей в СИ.

Первоначально единицу силы как сформулировано выше приняли для системы единиц МКС (метр-килограмм-секунда) в 1946 г. Немного позднее единицу силы назвали ньютоном (в 1948 г). В системе СИ ньютон - единица измерения силы с 1960 года. Очевидно, что свое имя единица силы получила в честь английского ученого И. Ньютона, основателя классической динамики. Ньютон в своих разработках не использовал единиц измерения силы, рассматривая ее как абстракцию.

При вычислениях часто используют кратные и дольные единицы силы, применяя стандартные приставки системы СИ, например: $1кН={10}^3Н;;\ 1нН={10}^{-9}Н;;\ 1МН={10}^6Н.$

Единицы измерения силы в других системах единиц

Долгое время, и иногда сейчас, в физике используют систему единиц, называемую СГС. В этой системе единицей длины является сантиметр (см), единицей массы - грамм (г), единицей времени стала секунда (с). В системе СГС единицей силы является дина (дин). Одна дина - это сила, сообщающая телу массой 1 г ускорение, равное 1$\frac{см}{с^2}$. Дина является очень маленькой единицей силы. Ньютон и дина соотносятся как:

\[1Н={10}^5дин.\]

В технических расчетах используют еще одну единицу измерения силы, которую называют килограмм - сила (кгс). 1 кгс - это сила, с которой Земля действует на эталонную массу в один килограмм, притягивая ее.

\[1Н\approx 0,10197162\ кгс.\]

В России килограмм-сила используется как внесистемная единица измерения силы, ее рекомендуют использовать там, где численные значения силы невозможно или нерационально выражать в СИ.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Тело падает на Землю с высоты $h$. Масса тела равна $m$. Удар длится время $\Delta t$. Какова средняя сила удара тела о Землю ($\left\langle F\right\rangle $)? Считайте, что все величины заданы в единицах системы СИ, проверьте, в чем будет измеряться сила.

Решение. Сделаем рисунок.

Единица измерения силы, пример 1

Тело падает на Землю, так как на него действует сила тяжести. За основу решения задачи примем уравнение движения материальной точки (второй закон Ньютона) в виде:

\[\left\langle F\right\rangle =\frac{\Delta p}{\Delta t}\left(1.1\right),\]

где $\Delta p=mv-0$ - изменение импульса тела. При движении тела с некоторой высоты, если не учитывать сопротивление воздуха, можно считать, что потенциальная энергия тела, поднятого над Землей, переходит в кинетическую энергию:

\[mgh=\frac{mv^2}{2}\left(1.2\right).\]

Из формулы (1.2) выразим скорость, с которой тело подлетает к поверхности Земли:

\[v=\sqrt{2gh}\left(1.3\right).\]

Найдем модуль силы удара используя выражения (1.1) и (1.3):$\ $

\[\left\langle F\right\rangle =\frac{m\sqrt{2gh}}{?t}.\]

Подставим единицы измерения величин в правую часть полученного выражения:

\[\left[F\right]=\frac{кг\sqrt{\frac{м}{с^2}м}}{с}=\frac{кг\cdot м}{с^2}=Н.\]

Ответ. $\left\langle F\right\rangle =\frac{m\sqrt{2gh}}{?t}.$ Полученная формула показывает, что ньютон - единица измерения силы.

Пример 2

Задание. Какова сила притяжения двух одинаковых шаров массы которых по одному килограмму, если их центры находятся на расстоянии 1 м?

Решение. Для шаров закон гравитации можно записать в виде:

\[F=\gamma \frac{m_1m_2}{r^2}\ \left(2.1\right),\]

где $\gamma =6,67\cdot {10}^{-11}\frac{м^3}{с^2кг}$ - гравитационная постоянная; $m_1{=m}_2=m$ - массы тел; $r$ - расстояние между центрами шаров.

Проведем вычисления:

\[F=6,67\cdot {10}^{-11}\frac{1\cdot 1}{1}=6,67\cdot {10}^{-11}\left(Н\right).\]

Ответ. $F=6,67\cdot {10}^{-11}Н$

Читать дальше: единица измерения сопротивления.

Калькулятор стоимости

Рассчитайте цену решения ваших задач

Ошибка
Ошибка
Закрыть

Калькулятор
стоимости

Решение контрольной
от 300 рублей *

* Точная стоимость будет определена после загрузки задания для исполнителя

Файлы doc, pdf, xls, jpg, png не более 5 МБ.
Ошибка
Ошибка
Нажимая кнопку «Узнать точную цену», я принимаю Политику конфиденциальности