Силы
Толчки и тяга, трение и тяготение, а также три закона, которыми Ньютон связал силу с движением. В лаборатории движения можно запустить маятник на Земле, Луне или Марсе и сравнить измеренный период с формулой.
О курсе
Сила является вектором, поэтому направление важно. Два человека, тянущие тележку в одну сторону с силами 30 Н и 20 Н, дают вместе 50 Н. Если они тянут в противоположные стороны, получается 30 − 20 = 10 Н в сторону более сильного. Силы под прямым углом складываются как стороны прямоугольного треугольника: 3 Н на восток и 4 Н на север дают 5 Н на северо-восток.
Шесть уроков: что такое сила, три закона Ньютона, трение, тяготение и вес, маятник, первое знакомство с работой и энергией. Ньютон изложил три закона в «Началах» 1687 года. Пара сил из третьего закона действует на разные тела, поэтому эти силы не уравновешивают друг друга. Лошадь с телегой всё же движется, потому что ускорение лошади зависит от всех действующих на неё сил, включая толчок земли на копыта. Трение почти не зависит от площади соприкосновения: кирпич скользит примерно с одним и тем же трением, лежит ли он плашмя или на узкой стороне. Человек массой 70 кг весит около 687 Н на Земле, 260 Н на Марсе и 113 Н на Луне, хотя масса везде одинакова.
В лаборатории движения маятник качается на Земле, Луне или Марсе, а измеренный период сравнивается с формулой. OpenStax даёт T = 2π√(L ÷ g). Масса груза в неё не входит, поэтому тяжёлый и лёгкий грузы на подвесах одинаковой длины качаются синхронно. Для маятника длиной 1.00 м на Земле T ≈ 2.006 с. Расчёт можно обратить: маятник длиной 75.000 см с периодом 1.7357 с даёт g ≈ 9.828 м/с².
Перед началом
Силы объясняют, почему тела движутся так, как описывает курс Движение, поэтому он станет естественным первым шагом, особенно тема об ускорении. Ты также будешь использовать F = ma и квадратный корень для маятника, так что хватит базовой алгебры. Больше ничего не нужно.
Когда закончишь
Ты сможешь складывать силы, чтобы найти равнодействующую, с помощью второго закона Ньютона находить ускорение по силе и массе и вычислять силу толчка, нужную, чтобы сдвинуть ящик против трения. Ты отличишь массу от веса на Земле, Марсе и Луне, измеришь период маятника и сверишь его с формулой и вычислишь работу при подъёме сумки на полку.
- 1Что такое сила?Один ньютон примерно равен силе тяжести, действующей на небольшое яблоко у тебя в руке.
- 2Три закона НьютонаАвтомобилю массой 1200 kg нужна равнодействующая сила 3600 N, чтобы разгоняться с ускорением 3 m/s².
- 3ТрениеДля скользящей шины на сухом бетоне коэффициент трения составляет около 0.7, а на мокром снижается примерно до 0.5.
- 4Тяготение и весНа человека массой 70 kg действует сила тяжести около 687 N на Земле, 260 N на Марсе и 113 N на Луне. Масса везде одинакова.
- 5МаятникМаятник длиной 99.4 cm совершает полное колебание за 2 секунды, по одной секунде в каждую сторону.
- 6Работа и энергия: первое знакомствоЧтобы поднять сумку массой 2 kg на полку высотой 1.5 m, нужно совершить работу около 29 джоулей. При падении сумка отдаст те же 29 J.
Источники курса (10)
- OpenStax College Physics 2e, chapter 4 (Newton's laws)
- 5.1 (Friction, Table 5.1 coefficients)
- 5.2 (Drag)
- 7 (Work and energy)
- 16.4 (The simple pendulum, worked example 75.000 cm and 1.7357 s) (openstax.org/books/college-physics-2e)
- NIST CODATA standard acceleration of gravity 9.80665 m/s² and Newtonian constant of gravitation (physics.nist.gov/cuu/Constants)
- NASA Moon and Mars Fact Sheets (surface gravity 1.62 m/s²; Mars 3.69 to 3.73 m/s²; Earth GM 0.39860 × 10⁶ km³/s², mean radius 6371 km; Earth surface acceleration 9.78 equator, 9.83 pole) (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/)
- Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)
- Galileo, Two New Sciences (1638)
- American Physical Society, "Christiaan Huygens Patents the First Pendulum Clock" (aps.org/apsnews/2017/06/huygens-patents-first-pendulum-clock).
Проверено: 2026-10-17