Кожен школяр знає, що значення всіх фізичних величин даний час представлені стандартами Міжнародної системи одиниць, або СІ. Однією з важливих величин у фізиці є сила. Розглянемо питання, яка її одиниця вимірювання в СІ, а також в інших часто використовуваних системах.

Що таке сила?

Перш ніж розглядати питання одиниці виміру сили в системі СІ, розберемося з самим поняттям сили. У класичній фізиці під нею розуміють величину, яка здатна змінювати характер руху деякого об'єкта, наприклад, напрямок руху або швидкість. Ця фізична величина разом з енергією визначає інтенсивність будь-яких взаємодій, які існують в природі. Коли говорять про силу, то прийнято розглядати з двох точок зору:

Природа походження сили, наприклад гравітаційна, електрична або механічна.

Результат її дії, тобто як вона вплинула на рух об'єкта. В цьому розумінні мають на увазі використання другого закону Ньютона.

Прикладами прояву сили в дії є рух автомобіля (механічна сила, що змушує обертати його колеса) або падіння м'яча з деякої висоти (сила земного тяжіння).

Історична довідка

Поява концепції сили відноситься до часів філософів Стародавньої Греції. Зокрема, Архімед вважав, що будь-яке тіло перебуває в стані спокою, якщо на нього не впливають інші тіла, тобто філософ розглядав силу в статиці. Перше визначення цієї фізичної величини з динамічних позицій приписується Галілею (XVII століття), який, на відміну від Архімеда, вважав, що відсутність взаємодії з іншими об'єктами розглянутого тіла не буде змінювати його інерційний рух. Сучасну концепцію сили розвинув у своїх працях Ісаак Ньютон. Він детально визначив це поняття, включивши його у всі закони класичної механіки. Так, Ньютон визначив, що інтенсивність взаємодії абсолютно будь-яких тіл, що мають кінцеву масу, зменшується, як квадрат відстані (закон всесвітнього тяжіння). Лише за одне століття (кінець XVIII ст.) Генрі Кавендіш, використовуючи крутильні ваги, зміг виміряти гравітаційну постійну, яка була введена Ньютоном. За перелічені послуги у фізиці Ньютона, одиниця вимірювання сили в системі СІ отримала назву за його прізвища.


У сучасній фізиці поняття сили використовується головним чином для опису макроскопічних об'єктів. В квантовій механіці і фізиці елементарних частинок частіше оперують концепцією "енергія".

Міжнародна система одиниць і Ньютон

Під цією назвою розуміють систему заходів і величин, яка коротко позначається СІ (з франц. Syst?me International). В її основу покладені 7 основних фізичних величин (ампер, кельвін, секунда, кандела, кілограм, метр і моль). СІ була прийнята в 1960 році, а в 1971 році в неї була додана остання фундаментальна величина "моль". В системі СІ одиниця вимірювання сили - ньютон. Під ним розуміють таку категорію, яка, діючи на тіло з масою 1 кг, прискорює його рух на 1 м/с за кожну секунду часу. В російській мові прийнято позначення ньютона[Н]на латиниці ж воно записується як[N].
Застосування затверджених в СІ приставок до основних одиниць вимірювання дозволяє отримати їх дробові або великі значення. Для сили це можуть бути, наприклад, мкН (микроньютон, 1 мкН = 10 -6 Н), мН (миллиньютон, 1 мН = 10 -3 Н) або кН (кілоньютон, в ньютонах це 1000 Н). Цікаво відзначити, що ньютон не входить в число 7 фундаментальних одиниць вимірювання сили в системі СІ, тому він є похідною одиницею. Зокрема, 1[Н]= 1[кг*м/с2], тобто він виражається через кілограм (маса), метр (відстань) і секунду (час).

Робота сили в системі СІ

Вище вже було згадано, що концепції сили і енергії тісно пов'язані один з одним. Цю зв'язок наочно можна виразити через роботу. У фізиці робота - це величина, що отримується в результаті добутку модуля сили, яка діє на тіло в напрямку його переміщення, на це саме переміщення. У математичному вигляді можна записати: A = F*l, де F - модель сили, l - відстань, на яке тіло перемістилося в результаті дії F. В СІ сила вимірюється в ньютонах, а відстань у метрах, тому робота буде виражатися в Н*м. Однак ця величина має власну назву: джоуль (Дж), тобто вона виражається в тих же одиницях, що і енергія.

Яким приладом вимірюють силу?

Для вимірювання сили в ньютонах, килоньютонах, миллиньютонах використовують прилад, який називається динамометр. Винайдений він був ще Ісааком Ньютоном. Прилад представляє собою пружину, закріплену на градуйованою лінійці. Оскільки розтягування пружини описується законом Гука, тобто є пружним, то сила завжди прямо пропорційна величині видовження пружини. Цей факт і використовується в динамометре при градуюванні.
Крім динамометра для вимірювання дуже малих сил використовують крутильні ваги, основним елементом яких є так званий крутильних маятник. Вимірювання сили за допомогою цих ваг засноване на пружній сдвиговой деформації робочого елемента.

Сила в інших системах одиниць

Система СІ використовується у всьому світі і у всіх областях дослідження, тим не менш, в деяких сферах у вигляді історичних причин або простого зручності застосування продовжують зазначатися одиниці вимірювання з інших систем. Переклад всіх їх в одиниці СІ також стандартизовані. Однією з найпопулярніших є система СГС (сантиметр, грам, секунда). Ця система була запропонована ще в 1832 році німецьким вченим Гауссом. В ній сила вимірюється в динах (дін), 1 дін еквівалентна 10 -5 ньютонів. СГС часто використовується для опису електромагнітних явищ, оскільки в її формі представлення багато законів виглядають простіше, ніж в одиницях СІ. Ще одна система одиниць, яку прийнято називати технічною, часто використовувалась для опису процесів інженерії. В ній сила є фундаментальною одиницею, через яку визначається маса. Називається вона кілограм-силою або килопондом. Кілограм-сила являє собою таку інтенсивність впливу на тіло масою 1 кг, що дорівнює силі гравітаційного притягання тіла Землею, тобто 1 килопонд = 981 ньютона. З появою СІ технічна система одиниць практично перестала використовуватися.