|
|
| Строка 1: |
Строка 1: |
| {{значения|Сила (значения){{!}}Сила}} | | {{Cf|сила}} |
| {{Физическая величина
| |
| | Название = Сила
| |
| | Символ = <math>\ F</math>
| |
| | Размерность = LMT<sup>−2</sup>
| |
| | СИ = [[Ньютон (единица измерения)|ньютон]]
| |
| | СГС = [[Дина (единица измерения)|дина]]
| |
| | Примечания = [[векторная величина]]
| |
| }}
| |
| {{Классическая механика}}
| |
| '''Си́ла''' — физическая [[векторная величина]], являющаяся мерой воздействия на данное [[Тело (физика)|тело]] со стороны других тел или внешнего [[Поле (физика)|поля]]. Приложение силы может приводить к изменению [[скорость|скорости]] тела или к [[деформация|деформациям]] и [[механическое напряжение|механическим напряжениям]] (в самом теле, если оно имеет конечные размеры, и в фиксирующих его объектах, например, пружинах).
| |
|
| |
|
| Взаимодействие тел, в том числе при их контакте, всегда осуществляется посредством создаваемых телами полей. Различные взаимодействия сводятся к четырём [[фундаментальные взаимодействия|фундаментальным]]; согласно [[Стандартная модель|Стандартной модели]] [[физика элементарных частиц|физики элементарных частиц]], эти фундаментальные взаимодействия ([[слабое взаимодействие|слабое]], [[электромагнитное взаимодействие|электромагнитное]], [[сильное взаимодействие|сильное]] и, предположительно, [[гравитационное взаимодействие|гравитационное]]) реализуются путём обмена [[калибровочные бозоны|калибровочными бозонами]]<ref name="texts">{{книга |заглавие=Lectures on Physics, Vol 1 |издательство=[[Addison-Wesley]] |год=1963 |язык=en |автор=Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M.}}</ref>.
| | {{wikipedia|Сила (значения)}} |
|
| |
|
| Для обозначения силы обычно используется символ ''F'' — от {{lang-la|[[wikt:fortis|fortis]]}} (сильный).
| | = {{-ru-}} = |
|
| |
|
| В современных учебниках физики сила рассматривается как причина [[Ускорение|ускорения]]{{sfn|Коэльо|2010|с=91}}. Важнейший физический закон, в который входит сила, — [[второй закон Ньютона]]. Он гласит, что в [[инерциальная система отсчёта|инерциальных системах отсчёта]] ускорение [[материальная точка|материальной точки]] по направлению совпадает с равнодействующей силой, то есть суммой сил, приложенных к данной точке, а по модулю прямо пропорционально модулю равнодействующей и обратно пропорционально массе материальной точки.
| | === Морфологические и синтаксические свойства === |
| | {{сущ-ru|Си́ла|мо <жо 1a> |
| | |слоги={{по-слогам|Си́|ла}} |
| | }} |
| | {{собств.|тип=личное имя|ru}} |
|
| |
|
| Слово «сила» в русском языке является многозначным и нередко используется (само или в сочетаниях, в науке и обиходных ситуациях) в смыслах, отличных от физической трактовки термина.
| | {{морфо-ru|Сил|+а}} |
|
| |
|
| == Общая информация == | | === Произношение === |
| | {{transcriptions-ru|Си́ла|Си́лы}} |
|
| |
|
| === Об определении силы === | | === Семантические свойства === |
| Для силы не существует стандартизированного [[Определение (логика)|определения]] — ни достаточно информативного словесного, ни в виде математической формулы. Данное положение вещей является предметом дискуссий с участием крупнейших учёных со времён [[Ньютон, Исаак|Ньютона]]{{sfn|Коэльо|2010}}. Отсутствие консенсусного [[Семантика|семантического]] определения силы может быть восполнено изложением способов её измерения и создания, в сочетании с [[описание]]м свойств обсуждаемой величины — в терминах [[логика|логики]] этим конструируется так называемое [[операциональное определение]]<ref>''[[Ивин, Александр Архипович|А. А. Ивин]]'', ''[[Никифоров, Александр Леонидович|А. Л. Никифоров]]'', Словарь по логике (см. [https://azbyka.ru/otechnik/Spravochniki/slovar-po-logike/265 «определение операциональное»] {{Wayback|url=https://azbyka.ru/otechnik/Spravochniki/slovar-po-logike/265 |date=20211219163632 }}). — М.: Туманит, изд. центр ВЛАДОС (1997).</ref>.
| |
|
| |
|
| В физических величинах сила выражается как произведение массы на ускорение <math>m\vec{a}</math> согласно [[второй закон Ньютона|второму закону Ньютона]] или как произведение коэффициента упругости на деформацию <math>k\Delta l\cdot\vec{e}_x</math> (<math>\vec{e}_x</math> — [[Единичный вектор|орт]]) согласно [[закон Гука|закону Гука]]<ref>[[Ландсберг, Григорий Самуилович|Ландсберг Г. С.]] Элементарный учебник физики. Том 1 // Изд-во ТГУ, 2013, 624 с.</ref>. Приведённые выражения часто являются базовыми для измерения силы, но служить её [[Определение (логика)|дефиницией]] не могут — иначе соответствующие законы превратились бы в [[Тавтология (логика)|тавтологию]].
| | ==== Значение ==== |
| | # русское мужское [[имя]] {{пример|}} |
| | # |
|
| |
|
| === Характеристики силы === | | ==== Синонимы ==== |
| Сила является [[Вектор (математика)|векторной]] величиной. Она характеризуется ''[[Абсолютная величина|модулем]]'', ''направлением'' и ''точкой приложения''. Также используют понятие ''линия действия силы'', означающее проходящую через точку приложения силы прямую, вдоль которой направлена сила.
| | # ? |
| | # |
|
| |
|
| Зависимость силы от расстояния между телами может иметь различный вид, однако, как правило, при больших расстояниях сила стремится к нулю — поэтому отдалением рассматриваемого тела от других тел с хорошей точностью обеспечивается ситуация «отсутствия внешних сил»<ref>{{Книга|автор=И. Бутиков, А. С. Кондратьев|часть=§ 15. Инерция. Первый закон Ньютона|ссылка часть=http://www.booksshare.net/books/physics/butikov-ei/20041/files/fizikadlyauglublennogoizucheniya2004.pdf|заглавие=Физика для углублённого изучения 1. Механика|ссылка=|ответственный=|издание=|место=|издательство=|год=|страницы=85, 87|страниц=|isbn=|isbn2=}}</ref>. Исключения возможны в некоторых задачах [[Космология|космологии]], касающихся [[Тёмная энергия|тёмной энергии]]<ref>{{Книга|автор=Rupert W. Anderson|заглавие=The Cosmic Compendium: The Big Bang & the Early Universe|ссылка=https://books.google.com/books?id=9U6yCQAAQBAJ&pg=PA86&dq=repulsive+force#v=onepage&q=repulsive%20force&f=false|ответственный=|издание=|место=|издательство=Lulu.com|год=2015-03-28|страницы=86|страниц=244|isbn=9781329024182|isbn2=}}</ref>.
| | ==== Антонимы ==== |
| | # ? |
| | # |
|
| |
|
| Кроме разделения по типу фундаментальных взаимодействий, существуют иные классификации сил, в том числе: внешние—внутренние (то есть действующие на материальные точки (тела) данной механической системы со стороны материальных точек (тел) не принадлежащих этой системе и силы взаимодействия между материальными точками (телами) данной системы<ref name="tara">''Тарасов В. Н., Бояркина И. В., Коваленко М. В., Федорченко Н. П., Фисенко Н. И.'' Теоретическая механика. — М., ТрансЛит, 2012. — C. 24-25</ref>), [[консервативные силы|потенциальные]] и нет ([[силовое поле (физика)|потенциально ли поле]] изучаемых сил), упругие—[[диссипативные силы|диссипативные]], сосредоточенные—[[Объёмная сила|распределённые]] (приложены в одной или многих точках), постоянные или переменные во времени.
| | ==== Гиперонимы ==== |
| | # ? |
| | # |
|
| |
|
| При переходе из одной [[инерциальная система отсчёта|инерциальной системы отсчёта]] в другую преобразование сил осуществляется так же, как и полей соответствующей природы (например, электромагнитных, если сила электромагнитная). В [[Классическая механика|классической механике]] сила является [[инвариант (физика)|инвариантом]] [[Преобразования Галилея|преобразований Галилея]]<ref name="preobgal">{{cite web |url= http://niv.ru/doc/encyclopedia/bse/articles/2836/galileya-princip-otnositelnosti.htm |title= Галилея принцип относительности |author= В. И. Григорьев |publisher= [[БСЭ]], 3-е изд. |date= 1969—1978 |access-date= 2023-03-17 |quote= …силы… являются в классической механике инвариантами, т.е. величинами, не изменяющимися при переходе от одной системы отсчёта к другой |archive-date= 2023-03-30 |archive-url= https://web.archive.org/web/20230330215702/http://niv.ru/doc/encyclopedia/bse/articles/2836/galileya-princip-otnositelnosti.htm |url-status= live }}</ref>.
| | ==== Гипонимы ==== |
| | # ? |
| | # |
|
| |
|
| Системой сил называется совокупность сил, действующих на рассматриваемое тело или на точки механической системы. Две системы сил называют эквивалентными, если их действие по отдельности на одно и то же твердое тело или материальную точку одинаково при прочих равных условиях<ref name="tara" />.
| | === Родственные слова === |
| | {{родств-блок |
| | |умласк= |
| | |уничиж= |
| | |прилагательные= |
| | |отч-муж=Силыч |
| | |отч-жен=Силична |
| | |фамилии=Силанов, Силонов, Силаев |
| | |имена-собственные= |
| | |полн= |
| | |lang=ru |
| | }} |
|
| |
|
| Уравновешенной системой сил (или системой сил, эквивалентной нулю) называется система сил, действие которой на твердое тело или материальную точку не приводит к изменению их кинематического состояния<ref name="tara" />.
| | === Этимология === |
| | От {{этимология:|да}} |
|
| |
|
| === Размерность силы === | | === Фразеологизмы и устойчивые сочетания === |
| [[Размерность физической величины|Размерность]] силы в [[Система физических величин#Примеры|Международной системе величин]] ({{lang-en|International System of Quantities, ISQ}}), на которой базируется [[СИ|Международная система единиц (СИ)]], и в системе величин ''LMT'', используемой в качестве основы для системы единиц [[СГС]], — ''LMT<sup>−2</sup>''. Единицей измерения в СИ является [[Ньютон (единица измерения)|ньютон]] (русское обозначение: Н; международное: N), в системе СГС — [[Дина (единица измерения)|дина]] (русское обозначение: дин, международное: dyn).
| | * |
|
| |
|
| === Примеры величин сил === | | === Перевод === |
| {{mainref|<ref>''Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Пономарёва А.В.'' Факультативный курс физики. 8 класс. — М.: [[Просвещение (издательство)|Просвещение]], 1985. — Тираж 143 500 экз. — С. 208</ref>}} | | {{перев-блок|| |
| {| class="wikitable"
| | |en=[[Sila]] |
| |+
| | }} |
| !Пример
| |
| !Сила (Н)
| |
| |-
| |
| |Сила притяжения между Солнцем и Землёй | |
| |<math>3{,}5\times10^{22}</math><ref name="FAKU">''Кабардин О. Ф., Орлов В. А., Пономарёва А. В.'' Факультативный курс физики. 8 класс. — М.: [[Просвещение (издательство)|Просвещение]], 1985. — 3-е изд., перераб. — 208 c. — Тираж 143500 экз.</ref> | |
| |- | |
| |Сила притяжения между Землёй и Луной
| |
| |<math>2{,}0\times10^{20}</math><ref name="FAKU" />
| |
| |-
| |
| |Сила тяги двигателей первой и второй ступеней [[Союз (ракета-носитель)|ракеты-носителя «Союз»]]
| |
| |<math>4{,}0\times10^{6}</math><ref>Данные взяты из статьи Википедии [[Союз (ракета-носитель)]]</ref>
| |
| |-
| |
| |Сила тяги тепловоза [[ТЭП70|2ТЭ70]]
| |
| |<math>6{,}1\times10^{5}</math><ref>Данные взяты из статьи Википедии [[ТЭП70]]</ref>
| |
| |-
| |
| |Сила притяжения между электроном и протоном в атоме водорода
| |
| |<math>2{,}0\times10^{-8}</math><ref name="FAKU" />
| |
| |-
| |
| |Сила звукового давления в ухе человека у порога слышимости
| |
| |<math>2{,}0\times10^{-9}</math><ref name="FAKU" />
| |
| |}
| |
|
| |
|
| === Равнодействующая системы сил === | | === Анаграммы === |
| Если к незакреплённому телу приложено несколько сил, то каждая из них сообщает телу такое ускорение, какое она сообщила бы в отсутствие действия других сил. Это утверждение, основанное на опытных фактах, носит название принципа независимости действия сил ([[принцип суперпозиции|принципа суперпозиции]]). Поэтому при расчёте ускорения тела все действующие на него силы заменяют одной силой, называемой равнодействующей, а именно [[Вектор (математика)#Сложение векторов|векторной суммой]] действующих сил. В частном случае равенства равнодействующей сил нулю ускорение тела как целого также будет нулевым. Для материальной точки нулевое значение равнодействующей означает, что система сил является уравновешенной; для тела конечных размеров достижение уравновешенности сил дополнительно требует равенства нулю суммы [[Момент силы|их моментов]] (иначе тело сможет приобретать угловое ускорение, см. [[Механическое равновесие#Определение механического равновесия|подробнее]]).
| | * [[Асли]], [[Илас]], [[лиса]], [[Лиса]], [[Сали]] |
|
| |
|
| === Измерение сил === | | === Библиография === |
| Для измерения сил используются два метода: ''статический'' и ''динамический''<ref name="ФЭ">{{Книга:Физическая энциклопедия|4|автор=[[Тарг, Семён Михайлович|Тарг С. М.]]|статья=Сила|ссылка=http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3618.html|страницы=494}}</ref>.
| | * |
| * Статический метод заключается в уравновешивании измеряемой силы другой силой, значение которой известно. Например, в качестве уравновешивающей силы может выступать сила упругости, возникающая в градуированной пружине, деформированной исследуемой силой. На использовании статического метода основаны приборы, называемые [[динамометр]]ами.
| |
| * Динамический метод основан на использовании уравнения второго закона Ньютона <math>m \vec{a} = \vec{F}</math>. Уравнение позволяет найти силу <math>\vec{F}</math>, действующую на тело, если известны [[Масса|масса тела]] <math>m</math> и [[ускорение]] <math>\vec{a}</math> его поступательного движения относительно инерциальной системы отсчёта (ИСО). | |
|
| |
|
| == Исторический аспект понятия «сила» ==
| | {{прочее-блок |
| | | |частотность= |
| === В древнем мире ===
| | |анаграммы= |
| Человечество вначале стало воспринимать понятие силы через непосредственный опыт передвижения тяжёлых предметов. «Сила», «мощность», «работа» при этом были синонимами (как и в современном языке за пределами естествознания). Перенос личных ощущений на объекты природы привёл к [[антропоморфизм]]у: все предметы, которые могут воздействовать на другие (реки, камни, деревья) должны быть живыми, в живых существах должна содержаться та же сила, которую человек чувствовал в себе.
| | |метаграммы= |
| | | }} |
| С развитием человечества сила была обожествлена, причём как египетский, так и месопотамский боги силы символизировали не только жестокость и мощь, но и наведение порядка во вселенной{{sfn|Джеммер|1999|с=18—20}}. Всемогущий Бог Библии также несёт в своих именах и [[эпитет]]ах ассоциации с силой{{sfn|Джеммер|1999|с=21}}.
| |
| | |
| === В античности ===
| |
| Когда греческие учёные стали задумываться о природе движения, понятие силы возникло как часть учения [[Гераклит]]а о статике как балансе противоположностей{{sfn|Джеммер|1999|с=25}}. [[Эмпедокл]] и [[Анаксагор]] пытались объяснить причину движения и пришли к понятиям, близким к понятию силы{{sfn|Джеммер|1999|с=25}}. У Анаксагора «ум» движет внешней по отношению к нему материей{{sfn|Джеммер|1999|с=26}}. У Эмпедокла движение вызывается борьбой двух начал, «любви» (филии) и «вражды» (фобии){{sfn|Джеммер|1999|с=26}}, которые [[Платон]] рассматривал как притяжение и отталкивание{{sfn|Джеммер|1999|с=27}}. При этом взаимодействие, по Платону, объяснялось в терминах [[Четыре элемента|четырёх элементов]] (огня, воды, земли и воздуха): близкие вещи притягиваются, земля к земле, вода к воде, огонь к огню{{sfn|Джеммер|1999|с=31}}. В древнегреческой науке каждый элемент также имел своё место в природе, которое старался занять. Таким образом, сила тяжести, например, объяснялась двумя способами: притяжением подобных вещей и стремлением элементов занять своё место{{sfn|Джеммер|1999|с=32}}. В отличие от Платона, [[Аристотель]] последовательно занимал вторую позицию, что отложило концепцию общей силы тяготения, которая бы объясняла движение земных и небесных тел, до времён [[Ньютон, Исаак|Ньютона]]{{sfn|Джеммер|1999|с=32}}.
| |
| | |
| Для обозначения понятия силы Платон использовал термин «динамис» («возможность» движения). Термин употреблялся в расширенном смысле, близком к современному понятию [[мощность|мощности]]: химические реакции, тепло и свет все также представляли собой динамисы{{sfn|Джеммер|1999|с=34—35}}.
| |
| | |
| Аристотель рассматривал две разные силы: присущую самому телу («природу», физис) и силу, с которой одно тело тянет или толкает другое (при этом тела должны быть в контакте){{sfn|Джеммер|1999|с=36}}. Именно это понятие о силе и легло в основу аристотелевой механики, хотя дуализм и препятствовал количественному определению силы взаимодействия двух тел (так как вес был природной силой, не связанной с взаимодействием, и потому не мог использоваться в качестве стандарта){{sfn|Джеммер|1999|с=35—39}}. В случае природного движения (падения тяжёлого или подъёма лёгкого тела) Аристотель предложил формулу для скорости в виде отношения плотностей движущегося тела A и среды, сквозь которую происходит движение, B: v=A/B{{sfn|Джеммер|1999|с=39}} (очевидная проблема для случая равных плотностей была отмечена уже в VI веке{{sfn|Джеммер|1999|с=66}}).
| |
| | |
| Изучением сил в процессе конструирования [[простые механизмы|простых механизмов]] занимался в III в. до н. э. [[Архимед]]<ref name="Archimedes">{{cite web
| |
| |last = Heath,T.L.
| |
| |url = https://archive.org/details/worksofarchimede029517mbp
| |
| |title = The Works of Archimedes (1897)
| |
| |publisher = Archive.org
| |
| |access-date = 2007-10-14
| |
| |archive-url = https://www.webcitation.org/618krXWwH?url=http://www.archive.org/details/worksofarchimede029517mbp#
| |
| |archive-date = 2011-08-23
| |
| |url-status = live
| |
| |lang=en}}</ref>. Архимед рассматривал силы в [[статика|статике]] и чисто геометрически, и потому его вклад в развитие понятия силы незначителен{{sfn|Джеммер|1999|с=41}}.
| |
| | |
| Вклад в развитие понятие силы внесли [[стоики]]. Согласно их учению, силы неразрывно связывали два тела через дальнодействующую «симпатию» или (у [[Посидоний|Посидония]]) через всеобщее [[Напряжение (механика)|напряжение]], пронизывающее всё пространство. Стоики пришли к этим выводам путём наблюдения за [[прилив]]ами, где взаимодействие Луны, Солнца и воды в океане было трудно объяснить с позиции Аристотелева [[Близкодействие|близкодействия]] (сам Аристотель считал, что Солнце, садясь в океан, вызывает ветры, приводящие к приливам){{sfn|Джеммер|1999|с=41—42}}.
| |
| | |
| === В доклассической механике ===
| |
| [[Бэкон, Роджер|Бэкон]] и [[Оккам]] вернули в науку идею о [[Дальнодействие|дальнодействии]].
| |
| | |
| Бэкон называл дальнодействующие силы ''species'' (обычно этот специфичный для Бэкона термин не переводится) и рассматривал их распространение в среде как цепочку близких взаимодействий. Такие силы, по Бэкону, имели вполне телесный характер, ближайшим эквивалентом в современной физике является [[волна (физика)|волна]]{{sfn|Джеммер|1999|с=60}}.
| |
| | |
| Оккам первым отказался от аристотелевского описания взаимодействия как непосредственного контакта и декларировал возможность движителя воздействовать на движимое на расстоянии, приведя в качестве одного из примеров магниты{{sfn|Джеммер|1999|с=64}}.
| |
| | |
| Ревизии подвергалась и аристотелевская формула v=A/B. Уже в VI веке [[Иоанн Филопон]] рассматривал в качестве правой части разность A-B, что кроме проблемной ситуации с одинаковыми плотностями позволило также описать движение в вакууме{{sfn|Стиннер|1994|с=79}}. В XIV веке [[Брадвардин, Томас|Брадвардин]] предложил формулу v=log(A/B){{sfn|Джеммер|1999|с=66—67}}.
| |
| | |
| === У Кеплера ===
| |
| Взгляды [[Кеплер, Иоганн|Кеплера]] на силу претерпели быстрое изменение. Ещё в 1600 году Кеплер рассматривает силы как свойство, подобное душе, которое руководит движением небесных тел. Однако уже к 1605 году Кеплер пришёл к выводу, что притяжение — это не действие, а реакция, силы притяжения относятся к материальному миру и подлежат математическому изучению. В 1607 году Кеплер пришёл к выводу, что приливы вызываются воздействием силы притяжения Луны на океаны{{sfn|Джеммер|1999|с=81—83}}. По мнению [[Джеммер, Макс|М. Джеммера]], Кеплер пришёл к идее единой теории тяготения, охватывающей как падение тел, так и движение Луны, до [[Ньютон, Исаак|Ньютона]]{{sfn|Джеммер|1999|с=84}}.
| |
| | |
| === В классической механике ===
| |
| С зарождением [[классическая механика|классической механики]] [[Бекман, Исаак|Бекманом]] и [[Декарт]]ом был сформулирован [[закон сохранения количества движения]]. После осознания этого факта, который похоронил аристотелевскую связь силы и скорости, у исследователей оставалось два выхода: определить силу как причину ''изменения'' скорости или отбросить понятие силы как таковое. Сам Декарт вначале применял понятие силы, чтобы объяснить ускоренное падение тела на землю, но со временем в попытке геометризации физики пришёл к выводу, что понятие силы является искусственным, и в 1629 году описывал процесс свободного падения без упоминания «силы»{{sfn|Джеммер|1999|с=103—104}}. С другой стороны, [[Галилей]] недвусмысленно рассматривал силу как причину увеличения скорости свободного падения{{sfn|Джеммер|1999|с=101}}.
| |
| | |
| === У Ньютона ===
| |
| В трудах [[Ньютон, Исаак|Ньютона]] понятие силы было тесно связано с тяготением, поскольку интерпретация кеплеровских результатов в области движения планет в то время занимала все умы{{sfn|Джеммер|1999|с=116—117}}. Впервые понятие силы ({{lang-la|vis}}) встречается у Ньютона в «[[Математические начала натуральной философии|Началах]]» в двух контекстах: «присущей силы» ({{lang-la|vis insita}}), ньютоновской [[силы инерции]] и «приложенной силы» ({{lang-la|vis impressa}}), отвечающей за изменение движения тела. Ньютон также отдельно выделял [[центростремительная сила|центростремительную силу]] (к которой относил тяготение) с несколькими разновидностями: абсолютную силу (подобную современному [[поле тяготения|полю тяготения]]), ускоряющую силу (эффект тяготения на единицу массы, современное [[ускорение]]) и движущую (произведение массы на ускорение){{sfn|Джеммер|1999|с=119—120}}. Ньютон не даёт общего определения силы. Как отмечает М. Джеммер, [[второй закон Ньютона]] не является определением силы у самого автора закона (который явно различал определения и законы), сила у Ньютона является пресуществующим понятием, интуитивно эквивалентным силе мускулов{{sfn|Джеммер|1999|с=124}}.
| |
| | |
| === Современность ===
| |
| Конец XX века охарактеризовался спорами о том, необходимо ли в науке понятие силы и существуют ли силы в принципе — или это только термин, введённый для удобства{{sfn|Джеммер|1999|с=v}}.
| |
| | |
| Бигелоу с соавторами в 1988 году аргументировали, что силы по сути определяют причинно-следственные отношения и потому не могут быть отброшены<ref>John Bigelow, Brian Ellis, and Robert Pargetter. Forces // Philosophy of Science 55, no. 4 (Dec., 1988): 614—630. {{DOI|10.1086/289464}}{{ref|en}}</ref>. М. Джеммер на это возразил, что в [[Стандартная модель|Стандартной модели]] и других физических теориях сила трактуется лишь как обмен [[Момент импульса|моментом импульса]], понятие силы потому сводится к более простому «взаимодействию» между частицами. Это взаимодействие описывается в терминах обмена дополнительными частицами ([[фотон]]ами, [[глюон]]ами, [[бозон]]ами и, возможно, [[гравитон]]ами){{sfn|Джеммер|1999|с=v}}. Джеммер приводит следующее упрощённое пояснение: два конькобежца скользят по льду плечо к плечу, у обоих в руках находится по мячу. Быстрый и одновременный обмен мячами приведёт к отталкивающему взаимодействию{{sfn|Джеммер|1999|с=v-vi}}.
| |
| | |
| Стиннер отмечает, что [[эйнштейн]]овский [[принцип эквивалентности сил гравитации и инерции]] по сути уничтожает понятие силы, в [[общая теория относительности|общей теории относительности]] внешние силы (F из уравнения F=ma) отсутствуют{{sfn|Стиннер|1994|с=83—84}}.
| |
| | |
| == Силы в ньютоновской механике ==
| |
| {{main|Законы Ньютона}}
| |
| Ньютон задался целью описать движение объектов, используя понятия [[инерция|инерции]] и силы. Сделав это, он попутно установил, что всякое механическое движение подчиняется общим [[законы сохранения|законам сохранения]]. В [[1687]] г. Ньютон опубликовал свой знаменитый труд «[[Математические начала натуральной философии]]», в котором изложил три основополагающих закона [[классическая механика|классической механики]] ([[законы Ньютона]])<ref name="uniphysics_ch2">''University Physics'', Sears, Young & Zemansky, pp. 18-38{{ref|en}}</ref><ref name="Principia">{{книга
| |
| |автор = Newton, I.
| |
| |заглавие = The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy
| |
| |ссылка = https://archive.org/details/principiamathema0000newt
| |
| |издательство = University of California Press
| |
| |год = 1999
| |
| |isbn = 0-520-08817-4|язык=en}}</ref>.
| |
| | |
| === Первый закон Ньютона ===
| |
| {{main|Первый закон Ньютона}}
| |
| [[Первый закон Ньютона]] утверждает, что существуют [[система отсчёта|системы отсчёта]], в которых тела сохраняют состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии действий на них со стороны других тел или при взаимной компенсации этих воздействий<ref name="Principia" />. Такие системы отсчёта называются [[инерциальная система отсчёта|инерциальными]]. Ньютон предположил, что каждый массивный (подразумевается: «обладающий [[масса|массой]]», а не «громоздкий») объект имеет определённый запас [[инерция|инерции]], характеризующий «естественное состояние» движения этого объекта. Эта идея отрицает взгляд Аристотеля, который рассматривал только покой «естественным состоянием» объекта. Первый закон Ньютона противоречит аристотелевской физике, одним из положений которой является утверждение о том, что тело может двигаться с постоянной скоростью лишь под действием силы. Тот факт, что в механике Ньютона в инерциальных системах отсчёта покой неотличим от равномерного прямолинейного движения, является обоснованием [[принцип относительности Галилея|принципа относительности Галилея]]. Среди совокупности тел принципиально невозможно определить, какие из них находятся «в движении», а какие «покоятся». Говорить о движении можно лишь относительно конкретной системы отсчёта. Законы механики выполняются одинаково во всех инерциальных системах, другими словами, все они механически [[Отношение эквивалентности|эквивалентны]]. Последнее следует из так называемых [[преобразования Галилея|преобразований Галилея]]<ref>{{книга
| |
| |автор = Мултановский В. В.
| |
| |заглавие = Курс теоретической физики. Классическая механика. Основы специальной теории относительности. Релятивистская механика
| |
| |издательство = М.: Просвещение
| |
| |год = 1988
| |
| |страницы = 80−81}}</ref>.
| |
| | |
| === Второй закон Ньютона ===
| |
| {{main|Второй закон Ньютона}}
| |
| Второй закон Ньютона имеет вид:
| |
| : <math>m\vec{a} =\vec{F},</math>
| |
| где <math>m</math> — масса материальной точки, <math>\vec{a}</math> − её ускорение, <math>\vec{F}</math> — равнодействующая приложенных сил.
| |
| Считается, что это «вторая самая известная формула в физике» («первой» значится формула [[Эквивалентность массы и энергии|эквивалентности массы и энергии]]), хотя сам Ньютон никогда явным образом не записывал свой второй закон в этом виде. Впервые данную форму закона можно встретить в трудах [[Маклорен, Колин|К. Маклорена]] и [[Эйлер, Леонард|Л. Эйлера]].
| |
| | |
| === Третий закон Ньютона ===
| |
| {{main|Третий закон Ньютона}}
| |
| Для любых двух тел (назовём их тело 1 и тело 2) [[третий закон Ньютона]] утверждает, что сила действия тела 1 на тело 2 сопровождается появлением равной по модулю, но противоположной по направлению силы, действующей на тело 1 со стороны тела 2<ref>{{cite web
| |
| |last = Henderson
| |
| |first = Tom
| |
| |title = Lesson 4: Newton's Third Law of Motion
| |
| |work = The Physics Classroom
| |
| |date =1996-2007
| |
| |url = http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/Class/newtlaws/u2l4a.html
| |
| |access-date = 2008-01-04
| |
| |archive-url = https://www.webcitation.org/618ksFL8d?url=http://gbhsweb.glenbrook225.org/
| |
| |archive-date = 2011-08-23
| |
| |url-status = dead
| |
| |lang=en}}</ref>. Математически закон записывается так:
| |
| | |
| : <math>\vec{F}_{1,2}=-\vec{F}_{2,1}.</math>
| |
| | |
| Этот закон означает, что силы всегда возникают парами «действие-противодействие»<ref name="Principia" />.
| |
| | |
| == Фундаментальные взаимодействия ==
| |
| {{main|Фундаментальные взаимодействия}} | |
| Все силы в природе основаны на четырёх типах фундаментальных взаимодействий. Максимальная скорость распространения всех видов взаимодействия равна [[скорость света в вакууме|скорости света в вакууме]]. Электромагнитные силы действуют между [[электрический заряд|электрически заряженными]] телами, гравитационные — между [[масса|массивными]] объектами. [[Сильное взаимодействие|Сильное]] и [[слабое взаимодействие|слабое]] проявляются только на очень малых [[расстояние|расстояниях]], они ответственны за возникновение взаимодействия между [[субатомные частицы|субатомными частицами]], включая [[нуклон]]ы, из которых состоят [[атомное ядро|атомные ядра]].
| |
| | |
| Интенсивность сильного и слабого взаимодействия измеряется в ''единицах энергии'' ([[электрон-вольт]]ах), а не ''единицах силы'', и потому применение к ним термина «сила» объясняется существующей с античности традицией объяснять любые явления в окружаемом мире действием специфических для каждого явления «сил».
| |
| <blockquote>Понятие силы не может быть применено по отношению к явлениям субатомного мира. Это понятие из арсенала классической физики, ассоциирующейся (пусть даже только подсознательно) с ньютоновскими представлениями о силах, действующих на расстоянии. В субатомной физике таких сил уже нет: их заменяют взаимодействия между частицами, происходящие через посредство полей, то есть каких-то других частиц. Поэтому [[физика высоких энергий|физики высоких энергий]] избегают употреблять слово ''сила'', заменяя его словом ''взаимодействие''<ref name="Капра">''Капра, Фритьоф'' ДАО ФИЗИКИ. СПб.,"ОРИС"*"ЯНА-ПРИНТ". 1994 г. 304 с. ISBN 5-88436-021-5</ref>.</blockquote>
| |
| Взаимодействие каждого типа обусловлено обменом соответствующими «переносчиками»: электромагнитное — [[виртуальные частицы|виртуальными]] [[фотон]]ами, слабое — [[векторный бозон|векторными бозонами]], сильное — [[глюон]]ами (а на больших расстояниях — [[мезон]]ами). В отношении гравитационного взаимодействия имеются теоретические предположения (например, в [[Теория струн|теории струн]] или [[М-теория|М-теории]]), что с ним также может быть связан свой переносчик-бозон, называемый [[гравитон]]ом, но его существование пока не доказано. Эксперименты по [[физика высоких энергий|физике высоких энергий]], проведённые в 70−80-х годах XX в., подтвердили идею о том, что слабое и электромагнитное взаимодействия являются проявлениями более глобального [[электрослабое взаимодействие|электрослабого взаимодействия]]<ref>{{книга
| |
| |автор = Weinberg, S.
| |
| |заглавие = Dreams of a Final Theory | |
| |издательство = Vintage Books USA | |
| |год = 1994 | |
| |isbn = 0-679-74408-8|язык=en}}</ref>. В настоящее время делаются попытки объединения всех четырёх фундаментальных взаимодействий в одно (так называемая [[теория великого объединения]]).
| |
| | |
| === Гравитация === | |
| {{main|Гравитация}}
| |
| Гравитация (''сила тяготения'') — универсальное взаимодействие между любыми видами [[Материя (физика)|материи]]. В рамках [[классическая механика|классической механики]] описывается [[закон всемирного тяготения|законом всемирного тяготения]], сформулированным [[Ньютон, Исаак|Ньютоном]] в уже упомянутом труде «[[Математические начала натуральной философии]]». Ньютон получил величину ускорения, с которым [[Луна]] движется вокруг [[Земля (планета)|Земли]], положив при расчёте, что сила тяготения убывает [[обратная пропорциональность|обратно пропорционально]] квадрату расстояния от тяготеющего тела. Кроме этого, им же было установлено, что ускорение, обусловленное притяжением одного тела другим, [[пропорциональность|пропорционально]] произведению масс этих тел<ref name=uniphysics_ch4>''University Physics'', Sears, Young & Zemansky, pp. 59−82{{ref|en}}</ref>. На основании этих двух выводов был сформулирован закон тяготения: любые [[материальная точка|материальные частицы]] притягиваются по направлению друг к другу с силой <math>F</math>, прямо пропорциональной произведению масс (<math>m_1</math> и <math>m_2</math>) и обратно пропорциональной квадрату расстояния <math>R</math> между ними:
| |
| | |
| : <math>F=G\frac{m_1 m_2}{R^2}.</math>
| |
| | |
| Здесь <math>G</math> — [[гравитационная постоянная]]<ref>{{cite web
| |
| |title = Sir Isaac Newton: The Universal Law of Gravitation
| |
| |work = Astronomy 161 The Solar System
| |
| |url = http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/history/newtongrav.html
| |
| |access-date = 2008-01-04
| |
| |archive-url = https://www.webcitation.org/618kt8aTf?url=http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/history/newtongrav.html#
| |
| |archive-date = 2011-08-23
| |
| |url-status = live
| |
| |lang=en}}</ref>, значение которой впервые получил в своих опытах [[Кавендиш, Генри|Генри Кавендиш]]. Используя данный закон, можно получить формулы для расчёта силы тяготения тел произвольной формы. Теория тяготения Ньютона хорошо описывает движение планет [[Солнечная система|Солнечной системы]] и многих других небесных тел. Однако, в её основе лежит концепция [[дальнодействие|дальнодействия]], противоречащая [[теория относительности|теории относительности]]. Поэтому классическая теория тяготения неприменима для описания движения тел, перемещающихся со [[скорость]]ю, близкой к скорости света, гравитационных полей чрезвычайно массивных объектов (например, [[чёрная дыра|чёрных дыр]]), а также переменных полей тяготения, создаваемых движущимися телами, на больших расстояниях от них<ref>{{книга
| |
| |часть =«Тяготение». ''Новиков И. Д.''
| |
| |ссылка часть = http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4177.html
| |
| |заглавие =Физическая энциклопедия. Гл. ред. Прохоров А. М
| |
| |место =М.
| |
| |издательство =«Большая Российская энциклопедия»
| |
| |год =1998
| |
| |том =5
| |
| |страницы =188−193
| |
| |страниц =760
| |
| |isbn =5-85270-101-7
| |
| }}</ref>.
| |
| | |
| Более общей теорией гравитации является [[общая теория относительности]] [[Эйнштейн, Альберт|Альберта Эйнштейна]]. В ней гравитация не характеризуется инвариантной силой, не зависящей от системы отсчёта. Вместо этого свободное движение тел в гравитационном поле, воспринимаемое наблюдателем как движение по искривлённым [[траектория]]м в трёхмерном [[пространство-время|пространстве-времени]] с переменной скоростью, рассматривается как движение по [[инерция|инерции]] по [[геодезическая линия|геодезической линии]] в искривлённом четырёхмерном пространстве-времени, в котором [[время]] в разных точках течёт по-разному. Причём эта линия в некотором смысле «наиболее прямая» — она такова, что пространственно-временной промежуток ([[собственное время]]) между двумя пространственно-временными положениями данного тела максимален. Искривление пространства зависит от массы тел, а также от всех видов [[энергия|энергии]], присутствующих в системе<ref name="texts" />.
| |
|
| |
|
| === Электромагнитное взаимодействие ===
| | {{improve|ru|??}} |
| {{main|Электромагнитное взаимодействие}} | |
| | |
| ; Электростатическое поле (поле неподвижных зарядов)
| |
| Развитие физики после Ньютона добавило к трём основным ([[длина]], [[масса]], [[время]]) величинам [[электрический заряд]] с размерностью «кулон» (C). Однако, исходя из требований практики, в качестве основной единицы измерения стали использовать не единицу заряда, а единицу силы [[Электрический ток|электрического тока]]. Так, в системе СИ [[Основные единицы СИ|основной единицей]] является [[ампер]], а единица заряда — [[кулон]] — производная от него.
| |
| | |
| Поскольку заряд как таковой не существует независимо от несущего его тела, электрическое взаимодействие тел проявляется в виде рассматриваемой в механике силы, служащей причиной ускорения. Применительно к электростатическому взаимодействию двух точечных зарядов с величинами <math>q_1</math> и <math>q_2</math>, располагающихся в вакууме, используется [[закон Кулона]]. В форме, соответствующей системе СИ, он имеет вид:
| |
| | |
| : <math>\vec{F}_{12}=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \cdot\frac{q_1 \cdot q_2}{r_{12}^2} \frac{\vec{r}_{12}}{r_{12}}</math>,
| |
| | |
| где <math>\vec{F}_{12}</math> — сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2, <math>\vec{r}_{12}</math> — вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2 и по модулю равный расстоянию между зарядами, а <math>\varepsilon_0</math> — [[электрическая постоянная]], равная ≈ 8,854187817•10<sup>−12</sup> [[Фарад|Ф]]/м. При помещении зарядов в однородную и изотропную среду сила взаимодействия уменьшается в <math>\varepsilon</math> раз, где <math>\varepsilon</math> — [[диэлектрическая проницаемость]] среды.
| |
| | |
| Сила направлена вдоль линии, соединяющей точечные заряды. Графически электростатическое поле принято изображать в виде картины [[Силовые линии векторного поля|силовых линий]], эти линии начинаются на одном и заканчиваются на другом заряде.
| |
| | |
| ; Магнитостатическое поле (поле постоянных токов)
| |
| {{Main|Магнитное поле}}
| |
| Существование магнитного поля признавалось ещё в средние века китайцами, использовавшими «любящий камень» — магнит в качестве прообраза магнитного компаса. Графически магнитное поле принято изображать в виде замкнутых силовых линий, густота которых (так же, как и в случае электростатического поля) определяет его интенсивность. Исторически наглядным способом [[Визуализация|визуализации]] магнитного поля были [[железные опилки]], насыпаемые, например, на лист бумаги, положенный на магнит.
| |
| | |
| [[Эрстед, Ханс Кристиан|Эрстед]] установил, что текущий по проводнику ток вызывает отклонение магнитной стрелки.
| |
| | |
| [[Майкл Фарадей|Фарадей]] пришёл к выводу, что вокруг проводника с током создаётся магнитное поле.
| |
| | |
| [[Ампер]] высказал гипотезу, признанную в физике в качестве модели процесса возникновения магнитного поля, которая предполагает существование в материалах микроскопических замкнутых токов, обеспечивающих совместно эффект естественного или наведённого магнетизма.
| |
| | |
| Ещё, Ампером было установлено, что в находящейся в вакууме системе отсчёта, по отношению к которой заряд находится в движении, то есть ведёт себя как [[электрический ток]], возникает магнитное поле, интенсивность которого определяется [[вектор магнитной индукции|вектором магнитной индукции]] <math>\vec{B}</math>, лежащим в плоскости, расположенной перпендикулярно по отношению к направлению движения заряда.
| |
| | |
| Тот же Ампер впервые измерил силу взаимодействия двух параллельных проводников с текущими по ним токами. Один из проводников создавал вокруг себя магнитное поле, второй реагировал на это поле сближением или удалением с поддающейся измерению силой, зная которую и величину силы тока можно было определить модуль вектора магнитной индукции.
| |
| | |
| Силовое взаимодействие между [[Электрический заряд|электрическими зарядами]], не находящимися в движении относительно друг друга, описывается законом Кулона. Однако заряды, находящиеся в таком движении, порождают и [[магнитное поле|магнитные поля]], посредством которых созданные движением зарядов [[Электрический ток|токи]] в общем случае приходят в состояние силового взаимодействия.
| |
| | |
| Принципиальным отличием силы, возникающей при относительном движении зарядов, от случая их стационарного размещения, является различие в геометрии этих сил. Для случая электростатики сила взаимодействия двух зарядов направлена по линии, их соединяющей. Поэтому геометрия задачи двумерна и рассмотрение ведётся в плоскости, проходящей через эту линию.
| |
| | |
| В случае токов сила, характеризующая магнитное поле, создаваемое током, расположена в плоскости, перпендикулярной току. Поэтому картина явления становится трёхмерной. Магнитное поле, создаваемое бесконечно малым по длине элементом первого тока, взаимодействуя с таким же элементом второго тока, в общем случае создаёт силу, действующую на него. При этом для обоих токов эта картина полностью симметрична в том смысле, что нумерация токов произвольна.
| |
| | |
| Закон взаимодействия токов используется для эталонирования постоянного электрического тока.
| |
| | |
| === Сильное взаимодействие ===
| |
| {{main|Сильное взаимодействие}}
| |
| Сильное взаимодействие — фундаментальное короткодействующее взаимодействие между [[адрон]]ами и [[кварк]]ами.
| |
| В атомном ядре сильное взаимодействие удерживает вместе положительно заряженные (испытывающие электростатическое отталкивание) протоны, происходит это посредством обмена [[пи-мезон]]ами между нуклонами (протонами и нейтронами). Пи-мезоны живут очень мало, времени жизни им хватает лишь на то, чтобы обеспечить ядерные силы в радиусе ядра, потому ядерные силы называют короткодействующими. Увеличение количества нейтронов «разбавляет» ядро, уменьшая электростатические силы и увеличивая ядерные, но при большом количестве нейтронов они сами, будучи фермионами, начинают испытывать отталкивание вследствие [[Принцип Паули|принципа Паули]]. Также при слишком сильном сближении нуклонов начинается обмен W-бозонами, вызывающий отталкивание, благодаря этому атомные ядра не «схлопываются».
| |
| | |
| Внутри самих адронов сильное взаимодействие удерживает вместе [[кварк]]и — составные части адронов. Квантами сильного поля являются [[глюоны]]. Каждый кварк имеет один из трёх [[цветовой заряд|«цветовых» зарядов]], каждый глюон состоит из пары «цвет»-«антицвет». Глюоны связывают кварки в так называемый «[[конфайнмент]]», из-за которого на данный момент свободные кварки в эксперименте не наблюдались. При отдалении кварков друг от друга энергия глюонных связей возрастает, а не уменьшается как при ядерном взаимодействии. Затратив много энергии (столкнув адроны в ускорителе), можно разорвать [[Кварк-глюонная связь|кварк-глюонную связь]], но при этом происходит выброс струи новых адронов. Впрочем, свободные кварки могут существовать в космосе: если какому-то кварку удалось избежать конфайнмента во время [[Большой взрыв|Большого взрыва]], то вероятность аннигилировать с соответствующим антикварком или превратиться в бесцветный адрон для такого кварка исчезающе мала.
| |
| | |
| === Слабое взаимодействие ===
| |
| {{main|Слабое взаимодействие}}
| |
| Слабое взаимодействие — фундаментальное короткодействующее взаимодействие. Радиус действия 10<sup>−18</sup> м. Симметрично относительно комбинации пространственной инверсии и зарядового сопряжения. В слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные [[фермион]]ы ([[лептон]]ы и [[кварк]]и). Это единственное взаимодействие, в котором участвуют [[нейтрино]] (не считая [[гравитация|гравитации]], пренебрежимо малой в лабораторных условиях), чем объясняется колоссальная проникающая способность этих частиц. Слабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их [[античастица]]м обмениваться [[энергия|энергией]], [[масса|массой]], [[электрический заряд|электрическим зарядом]] и [[квантовые числа|квантовыми числами]] — то есть превращаться друг в друга. Одно из проявлений — [[бета-распад]].
| |
| | |
| == Производные виды сил ==
| |
| Всё многообразие проявляющих себя в природе сил в принципе может быть сведено к четырём фундаментальным, представленным в предыдущем разделе. Другими словами, сила взаимодействия двух тел всегда может быть условно записана как
| |
| : <math>\vec{F} = \sum_{i,j}\left[\sum_{s}\vec{F}_{i,j}^{(s)}\right]</math>,
| |
| где суммирование идёт по парным взаимодействиям малых элементов (на которые мысленно разбиты тела: <math>i = 1,..,N_1</math> и <math>j = 1,..,N_2</math>), осуществляемым четырьмя способами: <math>s= g,em,s,w</math> (гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое; могут участвовать не все из них).
| |
| | |
| Например, [[трение]] — это проявление электромагнитных сил, действующих между [[атом]]ами двух соприкасающихся поверхностей, и [[принцип запрета Паули|принципа запрета Паули]]<ref>{{cite web
| |
| |last = Nave
| |
| |first = R
| |
| |title = Pauli Exclusion Principle
| |
| |work = HyperPhysics***** Quantum Physics
| |
| |url = http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pauli.html
| |
| |access-date = 2008-01-02
| |
| |archive-url = https://www.webcitation.org/618ksi9Vv?url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pauli.html#
| |
| |archive-date = 2011-08-23
| |
| |url-status = live
| |
| |lang=en}}</ref>, который не позволяет атомам проникать в область друг друга. Сила, возникающая при [[деформация|деформации]] [[пружина|пружины]], описываемая [[закон Гука|законом Гука]], также является результатом действия электромагнитных сил между частицами и принципа запрета Паули, заставляющих атомы [[кристаллическая решётка|кристаллической решётки]] вещества удерживаться около положения равновесия<ref name="texts" />. [[Сила тяжести]] — это результат действия фундаментального гравитационного притяжения на планете.
| |
| | |
| Однако на практике подобная детализация природы разных сил часто оказывается нецелесообразной или невозможной. Поэтому силы, «производные» по отношению к фундаментальным, обычно рассматриваются как самостоятельные характеристики взаимодействия тел и имеют свои наименования: «сила натяжения», «сила Ван-дер-Ваальса» и другие (см. [[Сила (значения)#В физике|список названий сил в физике]]).
| |
| | |
| == Сила инерции ==
| |
| {{main|Сила инерции}}
| |
| Под силой инерции в большинстве случаев подразумевается так называемая [[Сила инерции#Эйлеровы силы инерции|эйлерова сила инерции]] — фактор, который в [[Неинерциальная система отсчёта|неинерциальной системе отсчёта]], совместно с обычными силами <math>\vec{F}</math> (обсуждавшимися в предыдущих разделах и обусловленными реальным взаимодействием тела с полями других тел), обеспечивает возникновение ускорения рассматриваемого тела. Указанный фактор характеризуется как фиктивная<ref name="Зоммерфельд2">{{книга |автор = [[Зоммерфельд, Арнольд|Зоммерфельд А.]] |заглавие = Механика|ссылка =|ответственный =|место= Ижевск |издательство = НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» |год = 2001 |том=|страниц= 368|страницы = 82 |isbn= 5-93972-051-X}}</ref> или псевдо-<ref name="Фейнман">{{книга |автор= [[Фейнман, Ричард Филлипс|Фейнман Р.]], Лейтон Р., Сэндс М.|часть= Выпуск 1. Современная наука о природе. Законы механики |ссылка часть= |заглавие= Фейнмановские лекции по физике |оригинал= |ссылка= |викитека= |ответственный= |издание= |место= М.|издательство= «Мир»|год= 1965|том= |страницы= 225|страниц= |серия= |isbn= |тираж=}}</ref> сила, что указывает на его сущность<ref>«„Силы инерции“ — не силы». {{книга |автор=[[Журавлёв, Виктор Филиппович|Журавлёв В. Ф.]]|заглавие= Основания механики. Методические аспекты|ответственный= |место=М. |издательство=[[Институт проблем механики РАН|ИПМ АН СССР]] |год=1985 |том=|страниц=46|страницы=21 |isbn=}}</ref>. Оперирование силами инерции позволяет применять основные теоремы динамики при [[Уравнение движения в неинерциальной системе отсчёта|анализе движения в неинерциальных системах]]<ref name="bien">Статья [https://bigenc.ru/c/sila-inertsii-234513 Сила инерции] в [[Большая российская энциклопедия|Большой российской энциклопедии]] (2023).</ref>, который в ряде случаев более удобен, чем рассмотрение в ИСО. Второй закон Ньютона в этом случае будет выглядеть как <math>m\vec{a} = \vec{F} + \vec{F}_{in}</math>, то есть аналогично записи для ИСО с добавлением фактора инерции, обозначенного через <math>\vec{F}_{in}</math> и имеющего размерность силы. Он представляет собой сумму силы инерции от переносного движения<ref name=egorov>Егоров Г. В. [https://cyberleninka.ru/article/n/o-silah-inertsii-1 О силах инерции] {{Wayback|url=https://cyberleninka.ru/article/n/o-silah-inertsii-1 |date=20200129012204 }} // Вестник БГУ. 2013. № 1.</ref> и [[Сила Кориолиса|кориолисовой силы]]: <math>\vec{F}_{in} = \vec{F}_e + \vec{F}_C</math>. Из переносной силы <math>\vec{F}_e</math> в общем случае [[Сила инерции#Эйлеровы силы инерции|выделяются]]<ref name=egorov/> поступательная, вращательная и [[Центробежная сила|центробежная]] составляющие. Если неинерциальная система движется поступательно со скоростью <math>\vec{V}</math> и ускорением <math>d\vec{V}/dt</math>, то <math>\vec{F}_e = -m\cdot d\vec{V}/dt</math>.
| |
| | |
| Реже под силой инерции понимается искусственно вводимая в ИСО [[Сила инерции#Д’Аламберовы силы инерции|д'аламберова сила]], позволяющая представить движение как статическое равновесие<ref name="bien"/>. Ещё реже говорят о [[Сила инерции#Ньютоновы силы инерции|ньютоновой силе инерции]], имея в виду силу противодействия (действующую на ускоряющее тело со стороны ускоряемого тела).
| |
| | |
| Однако при традиционном рассмотрении движения тела в ИСО никаких сил инерции не вводится и нанесение на диаграмму сил, действующих на тело, силы инерции, является ошибкой.
| |
| | |
| Ввиду равенства инертной и гравитационной масс, согласно [[Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции|принципу эквивалентности сил гравитации и инерции]], локально невозможно отличить, какая сила действует на данное тело — гравитационная или же сила инерции.
| |
| | |
| == Слово сила в «несиловых» терминах ==
| |
| В физике существуют величины, в наименованиях которых присутствует слово «сила», но которые не относятся к силам ни по смыслу, ни по размерности. Так, говорят о [[Сила тока|силе тока]] (измеряется в [[Ампер (единица измерения)|амперах]]), [[Электродвижущая сила|электродвижущей силе]] (единица — [[Вольт (единица измерения)|вольт]]), [[Сила излучения (фотометрия)|силе излучения]] (ватт/[[Стерадиан|ср]]).
| |
| | |
| Подобное употребление слова «сила» встречается и в понятийном аппарате смежных наук, особенно [[Физическая химия|физической химии]] ([[Кислоты|сила кислоты]], [[Основания (химия)|сила основания]]), а также [[Сила_(значения)#В общественных науках|в других сферах]].
| |
| | |
| == См. также ==
| |
| {{wiktionary|сила}}
| |
| * [[Энергия]]
| |
| * [[Поле (физика)]]
| |
| * [[Вес]]
| |
| * [[Нерешённые проблемы современной физики]]
| |
| | |
| == Примечания ==
| |
| {{примечания|2}}
| |
| | |
| == Литература ==
| |
| * Григорьев В. И., Мякишев Г. Я. — «Силы в природе»
| |
| * {{Книга:Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.: Механика|2004}}
| |
| * [https://web.archive.org/web/20170829001551/http://www.npl.co.uk/upload/pdf/forceguide.pdf Guide to the Measurement of Force] — prepared by The Institute of Measurement and Control, London (published 1998, re-issued 2013) — ISBN 0 904457 28 1
| |
| * {{книга
| |
| | автор = [[Джеммер, Макс]]
| |
| | часть =
| |
| | ссылка часть =
| |
| | заглавие = Concepts of Force
| |
| | оригинал =
| |
| | ссылка =
| |
| | викитека =
| |
| | ответственный =
| |
| | издание =
| |
| | место = Mineola, NY
| |
| | издательство = Dover Publications Inc.
| |
| | год = 1999
| |
| | volume =
| |
| | pages =
| |
| | columns =
| |
| | allpages =
| |
| | серия =
| |
| | isbn = 0-486-40689-X
| |
| | doi =
| |
| | тираж =
| |
| | ref = Джеммер
| |
| |язык=en}}
| |
| * {{статья
| |
| |автор = Stinner, Arthur
| |
| |заглавие = The story of force: from Aristotle to Einstein
| |
| |ссылка = http://materias.df.uba.ar/f1ba2014c1/files/2012/07/1994-storyofforce.pdf
| |
| |язык = en
| |
| |издание = Physics education
| |
| |тип =
| |
| |год = 1994
| |
| |месяц =
| |
| |число =
| |
| |том = 29
| |
| |номер = 2
| |
| |страницы = 77—85
| |
| |doi =
| |
| |issn =
| |
| |ref = Стиннер
| |
| }}
| |
| * {{статья
| |
| |автор = Ricardo Lopes Coelho
| |
| |заглавие = On the Concept of Force: How Understanding its History can Improve Physics Teaching
| |
| |ссылка = https://www.researchgate.net/publication/225987311_On_the_Concept_of_Force_How_Understanding_its_History_can_Improve_Physics_Teaching
| |
| |язык = en
| |
| |издание = Sci & Educ
| |
| |тип =
| |
| |год = 2010
| |
| |месяц =
| |
| |число =
| |
| |том = 19
| |
| |номер =
| |
| |страницы = 91—113
| |
| |doi = 10.1007/s11191-008-9183-1
| |
| |issn =
| |
| |ref = Коэльо
| |
| }}
| |
| {{вс}}
| |
|
| |
|
| [[Категория:Сила| ]]
| | {{Категория|язык=ru|Русские мужские имена||}} |
| [[Категория:Векторные величины]]
| | {{длина слова|4|ru}} |