Фізика як наука, яка вивчає закони Всесвіту, використовують стандартну методику досліджень і певну систему одиниць вимірювання. Одиницю вимірювання сили прийнято позначати Н (ньютон). Що таке сила, як її знайти і виміряти? Давайте розглянемо це питання більш докладно.

Цікаве з історії

Ісаак Ньютон – це видатний англійський вчений XVII століття, який вніс неоціненний вклад у розвиток точних математичних наук. Саме він є прабатьком класичної фізики. Йому вдалося описати закони, яким підкоряються і величезні небесні тіла, і дрібні піщинки, відносяться потоком вітру. Одним з головних його відкриттів вважається закон всесвітнього тяжіння і три основних закони механіки, що описують взаємодію тіл у природі. Пізніше й інші вчені змогли вивести закони тертя, спокою і ковзання тільки завдяки науковим відкриттям Ісаака Ньютона.

Трохи теорії

На честь вченого була названа фізична величина. Ньютон – одиниця вимірювання сили. Саме визначення сили можна описати так: "сила – це кількісна міра взаємодії між тілами, або величина, яка характеризує ступінь інтенсивності або напруженості тіл". Величина сили вимірюється в ньютонах не просто так. Саме цим вченим були створені три непорушні "силових" закону, які актуальні і по наші дні. Давайте вивчимо їх на прикладах.

Перший закон

Для повного розуміння питання: "Чим є ньютон?", "Одиниця виміру чого?" і "Який його фізичний зміст?", варто уважно вивчити три основних закони механіки. Перший говорить про те, що якщо на тіло не роблять ніякого впливу інші тіла, то воно буде знаходитися в стані спокою. А якщо тіло перебувало в русі, то при повній відсутності будь-якого дії на нього воно буде продовжувати своє рівномірний рух по прямій лінії.


Уявіть, що на плоскій поверхні столу лежить якась книга з певною масою. Позначивши всі діючі на нього сили, отримаємо, що це сила тяжіння, яка спрямована вертикально вниз, і сила реакції опори (в даному випадку столу), спрямована вертикально вгору. Так як обидві сили врівноважують дії один одного, то величина рівнодійної сили дорівнює нулю. Відповідно до першого закону Ньютона, саме з цієї причини книга спочиває.

Другий закон

Він описує взаємозв'язок між силою, що діє на тіло, і прискоренням, яке вона отримує внаслідок прикладеної сили. Ісаак Ньютон при формулюванні цього закону вперше використав постійну величину маси як міру прояву інерції та інертності тіла. Інертністю називають здатність або властивість тіл зберігати своє початкове положення, тобто чинити опір зовнішнім впливам. Другий закон часто описують наступною формулою: F = a*m; де F – рівнодійна всіх сил, прикладених до тіла, a – прискорення, що отримується тілом, і m – маса тіла. Сила зрештою виражається в кг*м/с 2 . Цей вираз і прийнято позначати в ньютонах. Що таке ньютон у фізиці, визначення прискорення яке і як воно пов'язане з силою? Ось на ці питання відповідає формула другого закону механіки. Слід розуміти, що цей закон працює тільки для тих тіл, що рухаються зі швидкостями, значно меншими швидкості світла. При значеннях швидкостей, близьких до швидкості світла, працюють вже трохи інші закони, адаптовані спеціальним розділом фізики про теорію відносності.

Третій закон Ньютона

Це, мабуть, самий зрозумілий і простий закон, який описує взаємодію двох тел. Він говорить про те, що всі сили виникають попарно, тобто якщо одне тіло діє на інше з певною силою, то і друге тіло, в свою чергу, також надає дію на перше з рівною за модулем силі. Саме формулювання закону вченим виглядає наступним чином: "взаємодії двох тіл один на одного рівні між собою, але при цьому спрямовані в протилежні сторони". Давайте розберемося, що ж таке ньютон. У фізиці прийнято все розглядати на конкретних явищах, тому наведемо кілька прикладів, що описують закони механіки.

Водоплавні тварини начебто качок, риб або жаб рухаються у воді або у воді саме завдяки взаємодії з нею. Третій закон Ньютона говорить про те, що при дії одного тіла на інше завжди виникає протидія, по силі рівнозначне першому, але спрямоване в протилежну сторону. Виходячи з цього, можна зробити висновок, що рух качок відбувається завдяки тому, що вони лапками відштовхують воду назад, а вперед самі пливуть в силу відповідної дії води.

Біляче колесо – яскравий приклад докази третього закону Ньютона. Що таке біляче колесо, напевно, знають всі. Це досить проста конструкція, що нагадує і колесо, і барабан. Її встановлюють у клітинах, щоб домашні вихованці начебто білок або декоративних щурів могли побігати. Взаємодія двох тіл, колеса і тварини, призводить до того, що обидва ці тіла рухаються. Причому коли білка біжить швидко, і колесо обертається з великою швидкістю, а коли вона уповільнює свій хід, то колесо починає крутитися повільніше. Це ще раз доводить, що дія та відповідну протидію завжди рівні між собою, хоча і спрямовані в протилежні сторони.

Все, що рухається на нашій планеті, рухається тільки завдяки "повторного дії" Землі. Це може здатися дивним, проте насправді при ходьбі ми прикладаємо зусилля тільки для того, щоб штовхати землю або будь-яку іншу поверхню. А рухаємося вперед, тому що нас штовхає у відповідь земля.

Що таке ньютон: одиниця виміру або фізична величина?

Саме визначення "ньютон" можна описати наступним чином: "це одиниця вимірювання сили". А в чому ж полягає його фізичний зміст? Отже, виходячи з другого закону Ньютона, це похідна величина, яка визначається як сила, здатна всього за 1 секунду змінити швидкість тіла масою 1 кг на 1 м/с. Виходить, що ньютон – це векторна величина, тобто вона має свій напрямок. Коли ми прикладаємо силу до предмета, наприклад штовхаємо двері, то ми одночасно ставимо і напрямок руху, який, відповідно до другого закону, буде таким же, як і напрямок сили.
Якщо слідувати формулою, виходить, що 1 Ньютон = 1 кг*м/с 2 . При рішенні різних задач з механіки дуже часто потрібно перевести ньютони в інші величини. Для зручності при знаходженні тих чи інших значень рекомендується запам'ятати основні тотожності, які пов'язують ньютони з іншими одиницями:

1 Н = 10 5 дін (дина – одиниця вимірювання в системі СГС);

1 Н = 01 кгс (кілограм-сила – одиниця сили в системі МКГСС);

1 Н = 10 -3 стін (одиниця вимірювання в системі МТС, 1 стін дорівнює силі, яка повідомляє прискорення 1 м/с 2 будь тілу масою 1 тонну).

Закон всесвітнього тяжіння

Одне з найважливіших відкриттів ученого, яка перевернула уявлення про нашу планету, це закон тяжіння Ньютона (що таке тяжіння, читайте нижче). Звичайно, і до нього були спроби розгадати таємницю тяжіння Землі. Наприклад, Йоганн Кеплер першим припустив, що не тільки Земля має притягальну силу, але також і самі тіла здатні притягувати Землю. Однак лише Ньютону вдалося математично довести взаємозв'язок сили тяжіння і закони руху планет. Після безлічі проведених дослідів учений зрозумів, що насправді не тільки Земля притягує до себе предмети, але і всі тіла примагничиваются один до одного. Він вивів закон гравітації, який свідчить, що будь-які тіла, включаючи і небесні світила, притягуються з силою, що дорівнює добутку G (гравітаційна постійна) і мас обох тіл m 1 *m 2 , розділеної на R 2 (квадрат відстані між тілами). Всі закони і виведені Ньютоном формули дозволили створити цілісну математичну модель, яка досі використовується при дослідженнях не тільки на поверхні Землі, але й далеко за межами нашої планети.

Перетворення одиниць

При вирішенні завдань слід пам'ятати про стандартних приставок СІ, які використовуються в тому числі і для "ньютонівських" одиниць виміру. Наприклад, в задачах про космічних об'єктах, де маси тіл великі, дуже часто виникає необхідність спрощувати великі значення до менших. Якщо при вирішенні виходить 5000 М, то відповідь буде зручніше записати у вигляді 5 кН (кілоньютон). Подібні одиниці бувають двох видів: разові і поточні. Ось найбільш використовувані з них: 10 2 Н = 1 гектоНьютон (гН); 10 3 Н = 1 кілоньютон (кН); 10 6 Н = 1 мегаНьютон (МН) і 10 -2 Н = 1 сантиНьютон (сН); 10 -3 Н = 1 миллиНьютон (мН); 10 -9 Н = 1 наноНьютон (пн).