Сила (F = ma)

Сравнение Расчётов

Скачивания

Включает ваши данные и результаты этого расчёта, а также все дополнительные расчёты, которые вы сравнивали.

Расчёт Силы по Второму Закону Ньютона

Второй закон Ньютона гласит, что сила, действующая на объект, равна его массе, умноженной на его ускорение. Введите любые два значения из силы, массы или ускорения, и этот калькулятор найдёт третье — результат показывается в ньютонах (Н), единице СИ силы, наряду с фунт-силой (lbf) для читателя, привыкшего к имперским единицам.

Формула

\vC{\text{Сила}} = \vA{\text{Масса}} \times \vB{\text{Ускорение}}

\vA{\text{Масса}} = \frac{\vC{\text{Сила}}}{\vB{\text{Ускорение}}}

\vB{\text{Ускорение}} = \frac{\vC{\text{Сила}}}{\vA{\text{Масса}}}

Часто известная опорная точка: стандартная гравитация Земли составляет около 9,80665 м/с² (иногда называемая «1 g») — ввод этого значения как ускорения находит вес объекта, направленную вниз силу, которую к нему прикладывает гравитация.

Пример Расчёта

Объект массой 10 кг, ускоряющийся с 5 м/с²:

Примените формулу: $\vC{\text{Сила}} = \vA{10} \times \vB{5} = \vC{50}$ ньютонов.
Переведите в фунт-силу: $50 \div 4.44822 \approx 11.24$ lbf.

Ключевые Факторы, Которые Следует Учитывать

Здесь рассчитывается ЧИСТАЯ (результирующая) сила, которая может быть совместным результатом нескольких отдельных сил, действующих на объект одновременно. В реальном сценарии с несколькими силами (например, трение, противодействующее приложенному толчку) F в формуле F = ma — это сумма всех сил с учётом их направления, а не обязательно какая-то одна приложенная сила сама по себе.
Масса и вес связаны, но различны — распространённая путаница, которую напрямую проясняет пример с гравитацией в этом калькуляторе. Масса — это внутреннее свойство объекта (сколько вещества он содержит), в то время как вес — это сила, которую гравитация оказывает на эту массу — один и тот же объект имеет одинаковую массу везде, но его вес меняется в зависимости от местного гравитационного ускорения (например, иной на Луне, чем на Земле).
Это классическая (ньютоновская) формула, которая перестаёт работать при скоростях, приближающихся к скорости света. Для повседневных объектов при обычных скоростях F = ma чрезвычайно точна — только при заметной доле скорости света релятивистские эффекты потребовали бы иного, более сложного подхода.
В основе этой формулы лежит предположение о постоянном ускорении — реальные силы часто изменчивы. F = ma описывает соотношение в отдельный момент времени (или при постоянном ускорении); силу, меняющуюся со временем (например, сопротивление воздуха, растущее со скоростью), потребовалось бы анализировать методами дифференциального исчисления, чтобы охватить всё движение, выходя за рамки моментального расчёта этого калькулятора.

Частые Ошибки

Путать массу и вес при вводе значений или чтении результата. Как было сказано выше, масса (кг, г, фунт-масса) и вес (сила, измеряемая в ньютонах или фунт-силе) — разные величины — ввод значения веса там, где калькулятор ожидает массу, или наоборот, даёт число, которое выглядит правдоподобно, но отвечает не на тот вопрос.
Считать силу этого калькулятора одним отдельным приложенным толчком или тягой. Как было сказано выше, F в F = ma — это результирующая сила — если на объект также действует трение, сопротивление воздуха или другая противодействующая сила, приложенная сила сама по себе не совпадёт с тем, что сообщает этот калькулятор.
Забывать учитывать гравитацию, когда она на самом деле является частью сценария. Как объясняет вопрос выше, найти вес объекта означает ввести гравитационное ускорение (около 9,80665 м/с²) — оставление ускорения на каком-то другом значении, когда искомая сила — гравитация, даёт результат для совершенно другого сценария.
Применять F = ma к ситуации с изменяющимся ускорением и ожидать единственный точный ответ. Как было сказано выше, эта формула описывает один момент (или постоянное ускорение) — сила, изменяющаяся со временем, например возрастающее с скоростью сопротивление воздуха, требует подхода на основе дифференциального исчисления для описания полного движения, а не единственного расчёта F = ma.

Полезно Знать

F = ma — одно из наиболее проверенных соотношений в физике, сохраняющее огромную точность для повседневных объектов и скоростей — заменять его релятивистской механикой нужно только вблизи скорости света — режима, далеко выходящего за рамки типичного повседневного или инженерного применения.
Сам ньютон определяется непосредственно из этой формулы: один ньютон — это сила, необходимая для придания массе в 1 кг ускорения 1 м/с² — то есть единица и уравнение на самом деле выражают одну и ту же идею двумя способами.
Этот калькулятор естественно сочетается с Калькулятором Свободного Падения (для нахождения скорости или времени падения объекта под действием силы тяжести) и Калькулятором Кинетической и Потенциальной Энергии (для того, во что превращается сила движущегося объекта на определённом расстоянии).

Источник: Newton's second law of motion.

Часто Задаваемые Вопросы

Что такое второй закон Ньютона?

Второй закон Ньютона гласит, что результирующая сила, действующая на объект, равна его массе, умноженной на его ускорение (F = m × a). Это одно из основополагающих соотношений в классической механике, описывающее, как изменяется движение объекта в ответ на силу.

Какие единицы использует этот калькулятор?

Сила рассчитывается в ньютонах (Н), единице СИ силы, а результат также показывается в фунт-силе (lbf) для читателя, привыкшего к имперским единицам — масса вводится по вашему выбору в килограммах, граммах или фунтах, а ускорение — в метрах в секунду в квадрате (м/с²).

Какую силу гравитация прикладывает к объекту?

Вес объекта — направленная вниз сила, которую к нему прикладывает гравитация — это его масса, умноженная на гравитационное ускорение (около 9,80665 м/с² на поверхности Земли, иногда называемое «1 g»). Введите это значение как ускорение, чтобы найти вес объекта в ньютонах.