Обсуждение:Сила/Величина силы. Единичная сила

Величина силы. Единичная сила (совсем другой вариант текста)

Принятого общего определения силы в стиле «F = …», где вместо многоточия стояла бы некая математическая формула, не существует.^{можно убрать --Mikisavex (обс.) 03:13, 5 августа 2017 (UTC)} Количественно сила определяется как величина, равная по модулю и противоположная по направлению к той известной силе, которую она способна уравновесить: ${\vec {F}}$ = -${\vec {F}}$_ref. Под уравновешиванием понимается обеспечение ситуации, когда совместное наложение двух воздействий — изучаемого и известного — не приводит к ускорению тела.

Единичной (1 ньютон) объявляется сила F_unity, сообщающая свободному телу массой 1 кг (например, эталону килограмма) ускорение 1 м/с².

Располагая каким-либо способом создания единичной силы F_unity, можно «воспроизвести» её в любом числе экземпляров. Ориентируя n таких экземпляров сонаправленно и под некоторым углом α к другим n, также сонаправленным, экземплярам, принципиально можно получить известную суммарную силу ${\vec {F}}$_ref, действующую вдоль биссектрисы угла. Для модуля F_ref = 2nF_unity•cos(α/2) доступны любые значения. Ради количественной характеризации (измерения) изучаемой силы F, варьированием α и n подбирается уравновешивающая её F_ref при совместном приложении к материальной точке.

Данное выше определение силы и соглашение насчёт F_unity не базируются на какой-либо математической связи «сила—ускорение», и, соответственно, сила введена независимо от выражения второго закона Ньютона, хотя другие точки зрения на методы дефиниции силы тоже имеют право на существование. --Mikisavex (обс.) 17:46, 4 августа 2017 (UTC)

Величина силы. Единичная сила (новый вариант текста)

Количественно сила определяется как отношение величин деформации объекта под изучаемым воздействием и под воздействием, которому отвечает единичная сила: F = Δx/Δx_unity•F_unity. Единичной (1 Н) объявляется сила F_unity, сообщающая телу массой 1 кг (эталону килограмма или его копии) ускорение 1 м/с².

Деформироваться может упругое тело, подвергнутое воздействиям, или, что нагляднее, тестовая пружина с закреплённым на её торце телом. Опыт показал, что изменение во сколько-то раз воздействия на тело влечёт изменение во столько же раз смещения торца пружины Δx. (Подобные наблюдения легли в основу закона Гука.) Это важно для естественности терминологии: сила F, условно говоря, пропорциональна воздействию, то есть реально выступает его мерой. Опытным же путём подтверждена независимость отношения Δx_i/Δx_j от выбора пружины для любых воздействий i, j, в том числе разнотипных, гарантирующая непротиворечивость определения. Далее, экспериментами с не закреплёнными телами установлено, что сила придаёт им ускорение, причём равные силы вызывают одинаковые ускорения одного и того же тела.

Как видно из формулы для F, сила равна деформации с точностью до калибровочного множителя, «жёсткости», используемой пружины: F = k•Δx, где k = F_unity/Δx_unity. Воспроизведя единичную силу F_unity, можно измерить Δx_unity и найти k для любой пружины, а затем использовать её для измерений «в числе».

Данное выше определение силы и соглашение насчёт F_unity не базируются на какой-либо математической связи «сила—ускорение», и, соответственно, сила введена независимо от выражения второго закона Ньютона, хотя другие точки зрения на методы дефиниции силы тоже имеют право на существование. --Mikisavex (обс.) 12:30, 3 августа 2017 (UTC)

=== Величина силы. Единичная сила === Сила определяется как величина, пропорциональная продольной деформации объекта (F ~ Δx), вызываемой воздействием на него. Деформироваться может само тело, подвергнутое воздействию, или, что нагляднее, тестовая пружина, на торце которой тело закреплено.

Очевидное кратное увеличение внешнего воздействия (пример: подвешивание двух-трёх одинаковых кирпичей вместо одного) влечёт такое же изменение (удвоение, утроение) смещения торца пружины и, по определению, такое же кратное увеличение силы. Подобные наблюдения лежат в основе закона Гука. Отношение Δx_i/Δx_j для любых двух сил F_i, F_j не зависит от выбора тестовой пружины, так что осуществимо «сравнительное» измерение сил: F = F_ref/Δx_ref•Δx = k•Δx, где F — исследуемая сила, Δx — создаваемая ею деформация, Δx_ref — то же для другой силы F_ref, взятой для сравнения, k — калибровочный множитель («жёсткость» данной пружины).

На опыте проверяется, что равные силы вызывают одинаковые ускорения любого не закреплённого тела. Единичная сила вводится специальным соглашением: один ньютон — это сила, сообщающая телу массой 1 кг (эталон килограмма задаётся конкретным объектом) ускорение в 1 м/с². Наличие соглашения логически позволяет воспроизвести силу 1 Н, вычислять жёсткости пружин, а затем измерять силы с их помощью уже «в числе». При этом не используется какой-либо математической связи «сила—ускорение» и, соответственно, сила определена независимо от выражения второго закона Ньютона.^{вариант утратил актуальность --Mikisavex (обс.) 03:13, 5 августа 2017 (UTC)}