Сила и динамометр

Взгляните на рисунки. Когда мальчик несет книги, он с силой поддерживает их. Гамак, растянувшийся под весом медведя, с силой тянет за ствол дерева, изгибая его. В этих примерах «с силой» есть общее – действие одного тела на другое. Руки действуют на книги, а гамак – на ствол. Поэтому можно сказать, что сила – термин, служащий для краткого обозначения действия одного тела на другое.

Сила может быть больше или меньше. Например, сила давления медведя на гамак больше, чем бабочки, так как правый гамак растянут сильнее. Следовательно, термин «сила» имеет и второе значение: сила – физическая величина, количественно характеризующая действие одного тела на другое.

Друг на друга действуют не только соприкасающиеся тела. Например, Земля притягивает летящих птиц, не прикасаясь к ним. Тогда возникает вопрос: как узнать, что на тело действует сила? Для этого служат признаки действия силы: изменение скорости или направления движения, изменение формы или размеров тела. Они не всегда заметны невооруженным глазом, но если на тело действует сила, хотя бы один признак обязательно присутствует.

Например, перестав взмахивать крыльями, птица, продолжая двигаться вперед, одновременно будет падать вниз. То есть тело птицы изменит направление движения. По мере падения птицы скорость движения её тела также не будет оставаться постоянной: она будет увеличиваться. Рассмотрите шуточный рисунок с бабочкой и медведем. Вы легко увидите и оставшиеся два признака действия силы: изменение формы и размеров натянутого гамака.

Для измерения сил служит измерительный прибор динамометр (греч. «динамис» – сила). Основные его части – упругая пружина со стрелкой и корпус со шкалой (см. рисунок ниже). Единица силы называется 1 ньютон (1 Н). Это приблизительно такая сила, с которой Земля притягивает к себе гирьку массой 102 г. Причину такого «странного» числа мы поймем при изучении § 3-г.

В физике единицы величин выбирают не случайным образом, а так, чтобы они были согласованы с уже выбранными ранее единицами. Как же выбрали единицу силы – 1 ньютон?

Оказывается, что если на покоящееся тело начнет действовать сила, то это тело будет двигаться ускоренно, а точнее, равномерно ускоренно. Это значит, что за равные промежутки времени скорость тела будет возрастать на равные значения. Зная эту особенность движения тел, силой в 1 ньютон назвали такую силу, которая, будучи приложенной к покоящемуся телу массой 1 кг, будет ежесекундно увеличивать его скорость на 1 м/с.

На рисунках и чертежах силу изображают в виде стрелки. Ее направление символизирует направление действия силы, а длина – числовое значение силы. Стрелку, изображающую силу на чертеже, называют вектором этой силы. Например, вектор силы, с которой мальчик поддерживает книги, направлен вверх, а вектор силы, с которой крючок динамометра тянет упирающегося ослика, направлен влево. На этом рисунке мы также обозначили точку приложения силы (в месте, где поводья ослика зацеплены за крючок).