формула, мгновенный и средний расчет силы.
Термин «мощность» в физике имеет специфический смысл. Механическая работа может выполняться с различной скоростью. А механическая мощность обозначает, как быстро совершается эта работа. Способность правильно измерить мощность имеет важное значение для использования энергетических ресурсов.

Физический смысл мощности
Разные виды мощности
Для формулы механической мощности применяется следующее выражение:
N = ΔA/Δt.
В числителе формулы затраченная работа, в знаменателе – временной промежуток ее совершения. Это отношение и называется мощностью.
Существует три величины, которыми можно выразить мощность: мгновенная, средняя и пиковая:
- Мгновенная мощность – мощностной показатель, измеренный в данный момент времени. Если рассмотреть уравнение для мощности N = ΔA/Δt , то мгновенная мощность представляет собой ту, которая берется в чрезвычайно малый промежуток времени Δt. Если имеется построенная графическая зависимость мощности от времени, то мгновенная мощность – это просто считываемое с графика значение в любой взятый момент времени. Другая запись выражения для мгновенной мощности:
N = dA/dt.
- Средняя мощность – мощностная величина, измеренная за относительно большой временной отрезок Δt;
- Пиковая мощность – максимальное значение, которое мгновенная мощность может иметь в конкретной системе в течение определенного временного промежутка. Стереосистемы и двигатели автомобилей – примеры устройств, способных обеспечить максимальную мощность, намного выше их средней номинальной мощности. Однако поддерживать эту мощностную величину можно в течение короткого времени. Хотя для эксплуатационных характеристик устройств она может быть более важной, чем средняя мощность.
Важно! Дифференциальная форма уравнения N = dA/dt универсальна. Если механическая работа выполняется равномерно в течение времени t, то средняя мощность будет равна мгновенной.
Из общего уравнения получается запись:
N = A/t,
где A будет общая работа за заданное время t. Тогда при равномерной работе вычисленный показатель равен мгновенной мощности, а при неравномерной –средней.

Формулы для механической мощности
В каких единицах измеряют мощность
Стандартной единицей для измерения мощности служит Ватт (Вт), названный в честь шотландского изобретателя и промышленника Джеймса Ватта. Согласно формуле, Вт = Дж/с.
Существует еще одна единица мощности, до сих пор широко используемая, – лошадиная сила (л. с.).
Интересно. Термин «лошадиная сила» берет свое начало в 17-м веке, когда лошадей использовали для поднятия груза из шахты. Одна л. с. равна мощности для поднятия 75 кг на 1 м за 1 с. Это эквивалентно 735,5 Вт.
Мощность силы
Уравнение для мощности соединяет выполненную работу и время. Поскольку известно, что работа выполняется силами, а силы могут перемещать объекты, можно получить другое выражение для мгновенной мощности:
- Работа, проделанная силой при перемещении:
A = F x S x cos φ.
- Если поставить А в универсальную формулу для N, определяется мощность силы:
N = (F x S x cos φ)/t = F x V x cos φ, так как V = S/t.
- Если сила параллельна скорости частицы, то формула принимает вид:
N = F x V.
Мощность вращающихся объектов
Процессы, связанные с вращением объектов, могут быть описаны аналогичными уравнениями. Эквивалентом силы для вращения является крутящий момент М, эквивалент скорости V – угловая скорость ω.
Если заменить соответствующие величины, то получается формула:
N = M x ω.
M = F x r, где r – радиус вращения.
Для расчета мощности вала, вращающегося против силы, применяется формула:
N = 2π x M x n,
где n – скорость в об/с (n = ω/2π).
Отсюда получается то же упрощенное выражение:
N = M x ω.
Таким образом, двигатель может достичь высокой мощности либо при высокой скорости, либо, обладая большим крутящим моментом. Если угловая скорость ω равна нулю, то мощность тоже равна нулю, независимо от крутящего момента.
Видео
Оцените статью:Формула силы в физике
Определение и формула силы
ОпределениеСилой называют векторную величину, которая характеризует взаимодействия тел. Ее модуль определяет «степень» (интенсивность) воздействия. Направление силы совпадает с направлением ускорения, которое приобретает тело при взаимодействии с другими телами.
Силы способны изменять скорости тел и вызывать их деформации. Примером деформированного тела служит сжатая (растянутая) пружина.
Две силы считают равными по модулю и противоположными по направлению, если они приложены к одному телу, но ускорение такого тела равно нулю.
Второй закон Ньютона
Равнодействующая всех сил приложенных к телу (векторная сумма всех сил) () равна производной от импульса тела по времени:
где — импульс тела, m–масса рассматриваемого тела, — скорость. Надо отметить, что уравнение (1) строго применимо только относительно материальной точки. Если рассматривается протяженное тело, то под скоростью понимают скорость движения центра масс тела.
Если масса материальной точки (m)не изменяется во времени, то формула, определяющая результирующую силу, приложенную к ней (второй закон Ньютона) можно представить в виде:
где – ускорение, которое материальная точка приобретает в результате воздействия на нее силы. Выражение (2) показывает то, что если =0, то тело (материальная точка) движется равномерно и прямолинейно или покоится.
Если сила, приложенная к телу, является постоянной (по модулю и направлению), то формулу для нее можно представить в виде:
Единицы измерения силы
Основной единицей измерения момента силы в системе СИ является: [F]=Н=(кг•м)/с2
В СГС: [F]=дин
Примеры решения задач
ПримерЗадание. Уравнения ( и – постоянные коэффициенты) задают движение материальной точки массы m=const. Как изменяется по модулю сила, которая действует на точку?
Решение. В качестве основы для решения задачи используем второй закон Ньютона в виде:
Зная законы изменения координат точки в зависимости от времени определим уравнения изменения составляющих ускорения. Для этого найдем производные по времени от соответствующих координат:
A. Мощность — PhysBook
Мощность
Различные машины и механизмы, выполняющие одинаковую работу, могут отличаться мощностью. Мощность характеризует быстроту совершения работы. Очевидно, что чем меньшее время требуется для выполнения данной работы, тем эффективнее работает машина, механизм и др.
При движении любого тела на него в общем случае действует несколько сил. Каждая сила совершает работу, и, следовательно, для каждой силы мы можем вычислить мощность.
Средняя мощность силы — скалярная физическая величина Ν, равная отношению работы А, совершаемой силой, к промежутку времени Δt, в течение которого она совершается:
\(~N = \frac{A}{\Delta t}.\)В СИ единицей мощности является ватт (Вт).
Если тело движется прямолинейно и на него действует постоянная сила, то она совершает работу \(~A = F \Delta r \cos \alpha\). Поэтому мощность этой силы
где Fυ — проекция силы на направление движения.
По этой формуле можно рассчитывать и среднюю, и мгновенную мощности, подставляя значения средней \(~\mathcal h \upsilon \mathcal i\) или мгновенной υ скорости.
Мгновенная мощность — это мощность силы в данный момент времени.
\(~N_m = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{A}{\Delta t} = A’ .\)Любой двигатель или механизм предназначены для выполнения определенной механической работы, которую называют полезной работой Ap
Коэффициент полезного действия η — это отношение полезной работы Ap, совершенной машиной, ко всей затраченной работе Az (подведенной энергии W):
\(~\eta = \frac{A_p}{A_z} = \frac{A_p}{W} = \frac{N_p}{N_z},\)где Np, Nz — полезная и затраченная мощности соответственно. КПД обычно выражают в процентах.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 63-64.
Формула расчета средней мощности
Все мы много раз сталкивались с понятием мощности. Например, разные автомобили характеризуются разной мощностью двигателя. Также, электроприборы могут иметь различную мощность, даже если они имеют одинаковое предназначение.
Мощность — это физическая величина, характеризующая скорость работы.
Соответственно, механическая мощность — это физическая величина, характеризующая скорость механической работы:
Т. е. мощность — это работа в единицу времени.
Мощность в системе СИ измеряется в ваттах: [N ] = [Вт].
1 Вт — это работа в 1 Дж, совершенная за 1 с.
Существуют и другие единицы измерения мощности, например, такие, как лошадиная сила:
Именно в лошадиных силах чаще всего измеряется мощность двигателя автомобилей.
Давайте вернемся к формуле для мощности: Формула, по которой вычисляется работа, нам известна: Поэтому мы можем преобразовать выражение для мощности:
Тогда в формуле у нас образуется отношение модуля перемещения к промежутку времени. Это, как вы знаете, скорость:
Только обратите внимание, что в получившейся формуле мы используем модуль скорости, поскольку на время мы поделили не само перемещение, а его модуль. Итак,
Это вполне логично: скажем, мощность поршня можно повысить за счет увеличения силы его действия. Прикладывая бо́льшую силу, он будет совершать больше работы за то же время, то есть увеличит мощность. Но даже если оставить силу постоянной, и заставить поршень двигаться быстрее, он, несомненно, увеличит работу, совершаемую в единицу времени. Следовательно, увеличится мощность.
Примеры решения задач.
Задача 1. Мощность мотоцикла равна 80 л.с. Двигаясь по горизонтальному участку, мотоциклист развивает скорость равную 150 кмч. При этом, двигатель работает на 75% от своей максимальной мощности. Определите силу трения, действующую на мотоцикл.
Задача 2. Истребитель, под действием постоянной силы тяги, направленной под углом 45° к горизонту, разгоняется от 150 м/с до 570 м/с. При этом, вертикальная и горизонтальная скорость истребителя увеличиваются на одинаковое значение в каждый момент времени. Масса истребителя равна 20 т. Если истребитель разгонялся в течение одной минуты, то какова мощность его двигателя?
Здравствуйте! Для вычисления физической величины, называемой мощностью, пользуются формулой, где физическую величину — работу делят на время, за которое эта работа производилась.
Выглядит она так:
В зависимости от учебников и разделов физики, мощность в формуле может обозначаться буквами P, W или N.
Чаще всего мощность применяется, в таких разделах физики и науки, как механика, электродинамика и электротехника. В каждом случае, мощность имеет свою формулу для вычисления. Для переменного и постоянного тока она тоже различна. Для измерения мощности используют ваттметры.
Теперь вы знаете, что мощность измеряется в ваттах. По-английски ватт — watt, международное обозначение — W, русское сокращение — Вт. Это важно запомнить, потому что во всех бытовых приборах есть такой параметр.
Мощность — скалярная величина, она не вектор, в отличие от силы, которая может иметь направление. В механике, общий вид формулы мощности можно записать так:
Из формул видно, как мы вместо А подставляем силу F умноженную на путь s. В итоге мощность в механике, можно записать, как силу умноженную на скорость. К примеру, автомобиль имея определенную мощность, вынужден снижать скорость при движении в гору, так как это требует большей силы.
Средняя мощность человека принята за 70-80 Вт. Мощность автомобилей, самолетов, кораблей, ракет и промышленных установок, часто, измеряют в лошадиных силах. Лошадиные силы применяли еще задолго до внедрения ватт. Одна лошадиная сила равна 745,7Вт. Причем в России принято что л. с. равна 735,5 Вт.
Если вас вдруг случайно спросят через 20 лет в интервью среди прохожих о мощности, а вы запомнили, что мощность — это отношение работы А, совершенной в единицу времени t. Если сможете так сказать, приятно удивите толпу. Ведь в этом определении, главное запомнить, что делитель здесь работа А, а делимое время t. В итоге, имея работу и время, и разделив первое на второе, мы получим долгожданную мощность.
При выборе в магазинах, важно обращать внимание на мощность прибора. Чем мощнее чайник, тем быстрее он погреет воду. Мощность кондиционера определяет, какой величины пространство он сможет охлаждать без экстремальной нагрузки на двигатель. Чем больше мощность электроприбора, тем больше тока он потребляет, тем больше электроэнергии потратит, тем больше будет плата за электричество.
В общем случае электрическая мощность определяется формулой:
где I — сила тока, U-напряжение
Иногда даже ее так и измеряют в вольт-амперах, записывая, как В*А. В вольт-амперах меряют полную мощность, а чтобы вычислить активную мощность нужно полную мощность умножить на коэффициент полезного действия(КПД) прибора, тогда получим активную мощность в ваттах.
Часто такие приборы, как кондиционер, холодильник, утюг работают циклически, включаясь и отключаясь от термостата, и их средняя мощность за общее время работы может быть небольшой.
В цепях переменного тока, помимо понятия мгновенной мощности, совпадающей с общефизической, существуют активная, реактивная и полная мощности. Полная мощность равна сумме активной и реактивной мощностей.
Для измерения мощности используют электронные приборы — Ваттметры. Единица измерения Ватт, получила свое название в честь изобретателя усовершенствованной паровой машины, которая произвела революцию среди энергетических установок того времени. Благодаря этому изобретению развитие индустриального общества ускорилось, появились поезда, пароходы, заводы, использующие силу паровой машины для передвижения и производства изделий.
Если вам нужно единицы измерения мощности привести в одну систему, вам пригодится наш перевод мощности – конвертер онлайн. А ниже вы сможете почитать, в чем измеряется мощность.
Мощность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.
В чем измеряется мощность?
Единицы измерения мощности, которые известны каждому школьнику и являются принятыми в международном сообществе – ватты. Названы так в честь ученого Дж. Уатта. Обозначаются латинской W или вт.
1 Ватт – единица измерения мощности, при которой за секунду происходит работа, равная 1 джоулю. Ватт равен мощности тока, сила которого 1 ампер, а напряжение – 1 вольт. В технике, как правило, применяются мегаватты и киловатты. 1 киловатт равен 1000 ватт.
Измеряется мощность и в эрг в секунду. 1 эрг в сек. Равен 10 в минус седьмой степени ватт. Соответственно, 1 ватт равен 10 в седьмой степени эрг/сек.
А еще единицей измерения мощности считается внесистемная «лошадиная сила». Она была введена в оборот еще в восемнадцатом веке и продолжает до сих пор применяться в автомобилестроении. Обозначается она так:
- Л.С. (в русском),
- HP (в английском).
- PS (в немецком),
- CV (во французском).
При переводе мощности помните, что в рунете существует невообразимая путаница при конверте лошадиных сил в ватты. В России, странах СНГ и некоторых других государствах 1 л.с. равняется 735, 5 ватт. В Англии и Америке 1 hp равняется 745, 7 ватт.
Производственная мощность предприятия
Любое предприятие имеет окончательным результатом определенную продукцию, изделия, услуги или работу. Производственные возможности при этом выступают в качестве основного ограничения производственных объемов продукции. Конкретныая величина производственных возможностей любой компании заключается в оптимальном производственном объеме и его производственной мощности.
Оптимальный объем производства представляет объем, обеспечивающий выполнение заключаемых договоров и обязательств по выпуску продукции в устанавливаемые сроки с минимальными затратами и максимально возможной эффективностью. Производственная мощность представляет собой годовой объем предложения компании, при учёте наличия и использования ресурсов, изменений уровня действующих цен.
Расчет производственной мощности
Величина производственной мощности представляет собой объем основных производственных средств, включая степень их использования. Таким образом, производственную мощность можно определить в качестве максимально возможного выпуска изделий за единицу времени в натуральном выражении в устанавливаемой номенклатуре и ассортименте по плану, при полном использовании оборудования и площади производства. Расчет производственной мощности учитывает применение передовой технологии, совершенствование производственной организации и организации труда, обеспечивает высокое качество продукции.
Факторы производственной мощности
На величину производственной мощности могут оказывать влияние несколько факторов, среди которых можно выделить:
- число и состав устанавливаемых машин, оборудования, агрегатов и механизмов,
- техническое и экономическое использование механизмов, машин,
- прогрессивность техники и технологии в производстве,
- фонд рабочего времени по оборудованию,
- уровень организации труда и производственного процесса,
- производственные площади основных цехов и предприятия в целом,
- намеченные ассортимент и номенклатура изделий, которые оказывают непосредственное воздействие на производство продукции при наличии определенного оборудования.
В случае определения состава оборудования к учету принимается совокупность оборудования основного производства в соответствии с видами, которые установлены на начало года, а также введённые в эксплуатацию плановом году. Расчет производственной мощности не включает резервное оборудование, оборудование опытных и экспериментальных участков, оборудование, которое используется для профессионального и технического обучения.
Методика расчёта
Расчет производственной мощности предприятия нельзя осуществлять один раз, поскольку она изменяется во времени. Расчет производственной мощности происходит по определённой календарной дате, в основном 1 января планового года и 1 января следующего. При этом в плановом году рассчитывается входная мощность, а в следующем году выходная мощность. Расчет производственной мощности также вычисляет показатель среднегодовой мощности, используемый для того чтобы сопоставить планы и отчеты о выпуске готовых изделий. В общем виде формула расчета производственной мощности представлена в следующем виде:
МП = Поб * Фоб
МП = Фоб/Т
Здесь МП – показатель мощности,
Поб – производительность в штуках за единицу времени,
Фоб – фонд времени оборудования,
Выходная и среднегодовая мощность
Выходную и среднегодовую мощность предприятия можно рассчитать по нескольким формулам. Расчет выходной мощности производится по следующей формуле:
Мвых = Мвх + Мвв — Мвыб
Расчет среднегодовой мощности предприятия производится по формуле:
М ср = Мвх + (Мвв * н1/12) – (Мвыб *н2/12)
Здесь Мвв – вводимые мощности,
Мвх – входная мощность,
Мвыб – выбывающая мощность,
Н1 – месяцы работы введенной мощности,
Н2 – месяцы отсутствия выбывающих мощностей
Примеры решения задач
Задание | Стоимость основных фондов, которая сохраняет элементы на момент выбытия, вычитая расходы по ликвидации: |
Задание | В цеху предприятия работают два комплекса, в следующем году планируется купить ещё один. На данном участке выпускаются комплекты деталей. На выпуск одного комплекта затрачивается полчаса работы комплекса. На начало периода за 1 час участкам выпускаются 4 комплекта деталей, на конец периода 6 комплектов. Действительный рабочий фонд времени составляет 7200 часов. Необходимо определить входную, выходную мощность и среднюю производственную мощность. |
Решение | Расчет производственной мощности входной: |
7200 * 4 = 28 800 компл.
Расчет производственной мощности выходной:
28 800 + 7200*2 = 43 200 компл.
Расчет производственной мощности средний:
28 800 + 14 400 * 5 / 12 = 34 800 компл.
Понравился сайт? Расскажи друзьям! |
Формула силы. Сила — формула (физика)
Слово «сила» настолько всеобъемлюще, что дать ему четкое понятие – задача практически невыполнимая. Разнообразие от силы мышц до силы разума не охватывает весь спектр вложенных в него понятий. Сила, рассмотренная как физическая величина, имеет четко определенное значение и определение. Формула силы задает математическую модель: зависимость силы от основных параметров.
История исследования сил включает определение зависимости от параметров и экспериментальное доказательство зависимости.
Сила в физике
Сила – мера взаимодействия тел. Взаимное действие тел друг на друга полностью описывает процессы, связанные с изменением скорости или деформацией тел.

За силу в 1 ньютон принята сила, под действием которой тело массой 1 кг изменяет свою скорость на 1 м за 1 секунду.
Сила как векторная величина определяется:
- направлением действия;
- точкой приложения;
- модулем, абсолютной величиной.
Описывая взаимодействие, обязательно указывают эти параметры.
Виды природных взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильные, слабые. Гравитационные силы (сила всемирного тяготения с ее разновидностью – силой тяжести) существуют благодаря влиянию гравитационных полей, окружающих любое тело, имеющее массу. Исследование полей гравитации не закончено до сих пор. Найти источник поля пока не представляется возможным.
Больший ряд сил возникает вследствие электромагнитного взаимодействия атомов, из которых состоит вещество.
Сила давления
При взаимодействии тела с Землей оно оказывает давление на поверхность. Сила давления, формула которой имеет вид: P = mg, определяется массой тела (m). Ускорение свободного падения (g) имеет различные значения на разных широтах Земли.
Сила вертикального давления равна по модулю и противоположна по направлению силе упругости, возникающей в опоре. Формула силы при этом меняется в зависимости от движения тела.
Изменение веса тела
Действие тела на опору вследствие взаимодействия с Землей чаще именуют весом тела. Интересно, что величина веса тела зависит от ускорения движения в вертикальном направлении. В том случае, когда направление ускорения противоположно ускорению свободного падения, наблюдается увеличение веса. Если ускорение тела совпадает с направлением свободного падения, то вес тела уменьшается. К примеру, находясь в поднимающемся лифте, в начале подъема человек чувствует увеличение веса некоторое время. Утверждать, что его масса меняется, не приходится. При этом разделяем понятия «вес тела» и его «масса».
Сила упругости
При изменении формы тела (его деформации) появляется сила, которая стремится вернуть телу его первоначальную форму. Этой силе дали название «сила упругости». Возникает она вследствие электрического взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Рассмотрим простейшую деформацию: растяжение и сжатие. Растяжение сопровождается увеличением линейных размеров тел, сжатие – их уменьшением. Величину, характеризующую эти процессы, называют удлинением тела. Обозначим ее «x». Формула силы упругости напрямую связана с удлинением. Каждое тело, подвергающееся деформации, имеет собственные геометрические и физические параметры. Зависимость упругого сопротивления деформации от свойств тела и материала, из которого оно изготовлено, определяется коэффициентом упругости, назовем его жесткостью (k).
Математическая модель упругого взаимодействия описывается законом Гука.
Сила, возникающая при деформации тела, направлена против направления смещения отдельных частей тела, прямо пропорциональна его удлинению:
- Fy = -kx (в векторной записи).
Знак «-» говорит о противоположности направления деформации и силы.
В скалярной форме отрицательный знак отсутствует. Сила упругости, формула которой имеет следующий вид Fy = kx, используется только при упругих деформациях.
Взаимодействие магнитного поля с током
Влияние магнитного поля на постоянный ток описывается законом Ампера. При этом сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, помещенный в него, называется силой Ампера.
Взаимодействие магнитного поля с движущимся электрическим зарядом вызывает силовое проявление. Сила Ампера, формула которой имеет вид F = IBlsinα, зависит от магнитной индукции поля (В), длины активной части проводника (l), силы тока (I) в проводнике и угла между направлением тока и магнитной индукцией.

Благодаря последней зависимости можно утверждать, что вектор действия магнитного поля может измениться при повороте проводника или изменении направления тока. Правило левой руки позволяет установить направление действия. Если левую руку расположить таким образом, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, четыре пальца были направлены по току в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление действия магнитного поля.
Применение этому воздействию человечеством найдено, к примеру, в электродвигателях. Вращение ротора вызывается магнитным полем, созданным мощным электромагнитом. Формула силы позволяет судить о возможности изменения мощности двигателя. С увеличением силы тока или величины поля вращательный момент возрастает, что приводит к увеличению мощности двигателя.
Траектории частиц
Взаимодействие магнитного поля с зарядом широко используется в масс-спектрографах при исследовании элементарных частиц.
Действие поля при этом вызывает появление силы, названной силой Лоренца. При попадании в магнитное поле движущейся с некоторой скоростью заряженной частицы сила Лоренца, формула которой имеет вид F = vBqsinα, вызывает движение частицы по окружности.
В этой математической модели v – модуль скорости частицы, электрический заряд которой – q, В – магнитная индукция поля, α – угол между направлениями скорости и магнитной индукции.

Частица движется по окружности (либо дуге окружности), так как сила и скорость направлены под углом 90° друг к другу. Изменение направления линейной скорости вызывает появление ускорения.
Правило левой руки, рассмотренное выше, имеет место и при изучении силы Лоренца: если левую руку расположить таким образом, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, четыре пальца, вытянутых в линию, были направлены по скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление действия силы.

Проблемы плазмы
Взаимодействие магнитного поля и вещества используется в циклотронах. Проблемы, связанные с лабораторным изучением плазмы, не позволяют содержать ее в замкнутых сосудах. Высоко ионизированный газ может существовать только при высоких температурах. Удержать плазму в одном месте пространства можно посредством магнитных полей, закручивая газ в виде кольца. Управляемые термоядерные реакции можно изучать, также закручивая высокотемпературную плазму в шнур при помощи магнитных полей.
Пример действия магнитного поля в естественных условиях на ионизированный газ – Полярное сияние. Это величественное зрелище наблюдается за полярным кругом на высоте 100 км над поверхностью земли. Загадочное красочное свечение газа пояснить смогли лишь в ХХ веке. Магнитное поле земли вблизи полюсов не может препятствовать проникновению солнечного ветра в атмосферу. Наиболее активное излучение, направленное вдоль линий магнитной индукции, вызывает ионизацию атмосферы.

Явления, связанные с движением заряда
Исторически сложилось так, что основной величиной, характеризующей протекание тока в проводнике, называют силу тока. Интересно, что это понятие ничего общего с силой в физике не имеет. Сила тока, формула которой включает заряд, протекающий за единицу времени через поперечное сечение проводника, имеет вид:
- I = q/t, где t – время протекания заряда q.
Фактически, сила тока – величина заряда. Единицей ее измерения является Ампер (А), в отличие от Н.
Определение работы силы
Силовое воздействие на вещество сопровождается совершением работы. Работа силы – физическая величина, численно равная произведению силы на перемещение, пройденное под ее действием, и косинус угла между направлениями силы и перемещения.
Искомая работа силы, формула которой имеет вид A = FScosα, включает величину силы.

Действие тела сопровождается изменением скорости тела или деформацией, что говорит об одновременных изменениях энергии. Работа силы напрямую зависит от величины.
Формула силы
Здесь – сила, – масса тела, – ускорение.
Единица измерения силы – Н (ньютон).
Сила, векторная величина, то есть формулу правильнее было бы записать следующим образом:
Вектор силы направлен туда же, куда и ускорение. Если на тело действует несколько сил, то его движение будет обусловлено их равнодействующей. Если равнодействующая всех сил равна нулю, то тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться равномерно и прямолинейно.
Формула явно показывает, что сила зависит от ускорения тела, а не от скорости.
Примеры решения задач по теме «Сила»
Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||
Ускорение свободного падения — Википедия
Земля | 9,81 м/с2 | 1,00 g | Солнце | 273,1 м/с2 | 27,85 g |
Луна | 1,62 м/с2 | 0,165 g | Меркурий | 3,68—3,74 м/с2 | 0,375—0,381 g |
Венера | 8,88 м/с2 | 0,906 g | Марс | 3,86 м/с2 | 0,394 g |
Юпитер | 23,95 м/с2 | 2,442 g | Сатурн | 10,44 м/с2 | 1,065 g |
Уран | 8,86 м/с2 | 0,903 g | Нептун | 11,09 м/с2 | 1,131 g |
Ускоре́ние свобо́дного паде́ния (ускорение силы тяжести) — ускорение, придаваемое телу силой тяжести, при исключении из рассмотрения других сил. В соответствии с уравнением движения тел в неинерциальных системах отсчёта[2]ускорение свободного падения численно равно силе тяжести, воздействующей на объект единичной массы.
Ускорение свободного падения на поверхности Земли g (обычно произносится как «же») варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,82 м/с² на полюсах[3]. Стандартное («нормальное») значение, принятое при построении систем единиц, составляет g = 9,80666 м/с²[4][5]. Стандартное значение g было определено как «среднее» в каком-то смысле на всей Земле, оно примерно равно ускорению свободного падения на широте 45,5° на уровне моря. В приблизительных расчётах его обычно принимают равным 9,81, 9,8 или, грубо, 10 м/с².

Для определённости будем считать, что речь идёт об ускорении свободного падения на Земле. Эту величину можно представить как векторную сумму двух слагаемых: гравитационного ускорения, вызванного земным притяжением, и центростремительного ускорения, связанного с вращением Земли.
Центростремительное ускорение[править | править код]
Центростремительное ускорение является следствием вращения Земли вокруг своей оси. Именно центростремительное ускорение, вызванное вращением Земли вокруг своей оси, вносит наибольший вклад в неинерциальность системы отсчёта, связанную с Землёй. В точке, находящейся на расстоянии a от оси вращения, центростремительное ускорение равно ω2a, где ω — угловая скорость вращения Земли, определяемая выражением ω = 2π/T, в котором Т — время одного оборота вокруг своей оси (звёздные сутки), равное для Земли 86164 секунды. Центростремительное ускорение направлено по нормали к оси вращения Земли. На экваторе оно составляет 3,39636 см/с2, причем на других широтах направление вектора его не совпадает с направлением вектора гравитационного ускорения, направленного к центру Земли.
Гравитационное ускорение[править | править код]
h, км | g, м/с2 | h, км | g, м/с2 |
---|---|---|---|
0 | 9,8066 | 20 | 9,7452 |
1 | 9,8036 | 50 | 9,6542 |
2 | 9,8005 | 80 | 9,5644 |
3 | 9,7974 | 100 | 9,505 |
4 | 9,7943 | 120 | 9,447 |
5 | 9,7912 | 500 | 8,45 |
6 | 9,7882 | 1000 | 7,36 |
8 | 9,7820 | 10 000 | 1,50 |
10 | 9,7759 | 50 000 | 0,125 |
15 | 9,7605 | 400 000 | 0,0025 |
В соответствии с законом всемирного тяготения, величина гравитационного ускорения вызванного космическим телом, связано с его массой M следующим соотношением:
- g=GMR2{\displaystyle g=G{\frac {M}{R^{2}}}},
где G — гравитационная постоянная (6,67408(31)·10−11м3·с−2·кг−1)[6], а R — растояние от центра гравитации. Это соотношение справедливо в предположении, что плотность вещества планеты сферически симметрична. Приведённое соотношение позволяет определить массу любого космического тела, включая Землю, зная её радиус и гравитационное ускорение на её поверхности, либо наоборот по известной массе и радиусу определить ускорение свободного падения на поверхности.
Исторически масса Земли была впервые определена Генри Кавендишем, который провёл первые измерения гравитационной постоянной.
Гравитационное ускорение на высоте h над поверхностью Земли (или иного космического тела) можно вычислить по формуле:
- g(h)=GM(r+h)2{\displaystyle g(h)=G{\frac {M}{(r+h)^{2}}}},
- где M — масса планеты, а r — её радиус .
Ускорение свободного падения на Земле[править | править код]
Ускорение свободного падения у поверхности Земли зависит от широты, времени суток, атмосферного давления и других факторов. Приблизительно оно может быть вычислено (в м/с²) по эмпирической формуле[7][8]:
- g=9,780318(1+0,005302sin2φ−0,000006sin22φ)−0,000003086h,{\displaystyle g=9{,}780318(1+0{,}005302\sin ^{2}\varphi -0{,}000006\sin ^{2}2\varphi )-0{,}000003086h,}
- где φ{\displaystyle \varphi } — широта рассматриваемого места,
- h{\displaystyle h} — высота над уровнем моря в метрах.
Полученное значение лишь приблизительно совпадает с ускорением свободного падения в данном месте. При более точных расчётах необходимо использовать одну из моделей гравитационного поля Земли, дополнив её поправками, связанными с вращением Земли, приливными воздействиями и другими факторами.
Пространственные изменения гравитационного поля Земли (гравитационные аномалии) связаны с неоднородности плотности в её недрах, что может быть использовано для поиска залежей полезных ископаемых методами гравиразведки.
Почти везде ускорение свободного падения на экваторе ниже, чем на полюсах, за счет центробежных сил, возникающих при вращении планеты, а также потому, что радиус r на полюсах меньше, чем на экваторе из-за сплюснутой формы планеты. Однако места экстремально низкого и высокого значения g несколько отличаются от следствий из этой упрощённой модели. Так, самое низкое значение g зафиксировано на горе Уаскаран в Перу (9,7639 м/с²) в 1000 км южнее экватора, а самое большое (9,8337 м/с²) — в 100 км от северного полюса[9].
Ускорение свободного падения для некоторых городов | ||||
---|---|---|---|---|
Город | Долгота | Широта | Высота над уровнем моря, м | Ускорение свободного падения, м/с2 |
Алматы | 76,85 в.д. | 43,22 с.ш. | 786 | 9.78125 |
Берлин | 13,40 в.д. | 52,50 с.ш. | 40 | 9,81280 |
Будапешт | 19,06 в.д. | 47,48 с.ш. | 108 | 9,80852 |
Вашингтон | 77,01 з.д. | 38,89 с.ш. | 14 | 9,80188 |
Вена | 16,36 в.д. | 48,21 с.ш. | 183 | 9,80860 |
Владивосток | 131,53 в.д. | 43,06 с.ш. | 50 | 9,80424 |
Гринвич | 0,0 в.д. | 51,48 с.ш. | 48 | 9,81188 |
Каир | 31,28 в.д. | 30,07 с.ш. | 30 | 9,79317 |
Киев | 30,30 в.д. | 50,27 с.ш. | 179 | 9,81054 |
Мадрид | 3,69 в.д. | 40,41 с.ш. | 667 | 9,79981 |
Минск | 27,55 в.д. | 53,92 с.ш. | 220 | 9,81347 |
Москва | 37,61 в.д. | 55,75 с.ш. | 151 | 9,8154 |
Нью-Йорк | 73,96 з.д. | 40,81 с.ш. | 38 | 9,80247 |
Одесса | 30,73 в.д. | 46,47 с.ш. | 54 | 9.80735 |
Осло | 10,72 в.д. | 59,91 с.ш. | 28 | 9,81927 |
Париж | 2,34 в.д. | 48,84 с.ш. | 61 | 9,80943 |
Прага | 14,39 в.д. | 50,09 с.ш. | 297 | 9,81014 |
Рим | 12,99 в.д. | 41,54 с.ш. | 37 | 9,80312 |
Стокгольм | 18,06 в.д. | 59,34 с.ш. | 45 | 9,81843 |
Токио | 139,80 в.д. | 35,71 с.ш. | 18 | 9,79801 |
Ускорение свободного падения у поверхности Земли может быть измерено посредством гравиметра. Различают две разновидности гравиметров: абсолютные и относительные. Абсолютные гравиметры измеряют ускорение свободного падения непосредственно. Относительные гравиметры, некоторые модели которых действуют по принципу пружинных весов, определяют приращение ускорения свободного падения относительно значения в некотором исходном пункте.
Ускорение свободного падения на поверхности Земли или другой планеты может быть также вычислено на основе данных о вращении планеты и её гравитационном поле. Последнее может быть определено посредством наблюдения за орбитами спутников и движения других небесных тел вблизи рассматриваемой планеты.
- Енохович А. С. Краткий справочник по физике. — М.: «Высшая школа», 1976. — 288 с.