Ньютон как единица измерения силы

Ньютон является основной единицей измерения силы в Международной системе единиц (СИ). Эта единица была названа в честь великого английского ученого Исаака Ньютона, сформулировавшего основные законы динамики.

Определение ньютона

Согласно определению, принятому в системе СИ:

Один ньютон – это сила, которая сообщает телу массой один килограмм ускорение один метр на секунду в квадрате.

Иными словами, это сила, которая за одну секунду изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия этой силы. Отсюда происходит основная формула для вычисления силы в ньютонах:

F = m * a

где:

• F – сила в ньютонах
• m – масса тела в килограммах
• a – ускорение в метрах на секунду в квадрате

Обозначение ньютона

"Единица измерения ньютона" имеет следующие обозначения:

• В русском языке – Н
• В английском языке – N

Согласно правилам записи обозначений единиц измерения, названных в честь ученых, буква "Н" пишется прописной (заглавной), а само слово "ньютон" – со строчной буквы.

Ньютон в системе СИ

"Ньютон является единицей измерения" силы в СИ с момента принятия этой системы в 1960 году. До этого вместо него использовались такие единицы измерения силы, как дина и килограмм-сила.

В других системах единиц ньютон можно выразить следующим образом:

Где кгс – килограмм-сила, гс – грамм-сила, дин – дина.

Применение ньютона

Единица измерения ньютона широко используется в физике, технике и других областях для измерения силы тяжести, упругости, трения, а также различных механических сил и нагрузок.

Например, вес человека массой 70 кг на Земле составляет 70*9,8 = 686 Н. А сила, с которой Солнце притягивает Землю, равна примерно 3,54·10²² Н.

Кратные и дольные значения ньютона образуются при помощи стандартных приставок (кило-, милли- и т.д.).

Вывод кратных и дольных единиц ньютона

Как уже было отмечено ранее, с помощью стандартных приставок СИ можно образовывать кратные и дольные значения единицы "ньютон". Рассмотрим наиболее употребительные из них.

Килоньютон

Килоньютон (кН) – это кратная единица ньютона, равная 1000 Н. Используется при измерении больших механических сил и нагрузок в промышленности и строительстве.

Миллиньютон

Миллиньютон (мН) – дольная единица, равная 0,001 Н. Применяется для измерения небольших сил, например, сил молекулярного взаимодействия.

Микроньютон

Микроньютон (мкН) – еще более мелкая дольная единица ньютона, составляющая 10^-6 Н. Используется в физике элементарных частиц и ядерной физике.

Закон всемирного тяготения

Одним из важнейших открытий Ньютона был закон всемирного тяготения, устанавливающий силу гравитационного взаимодействия между двумя телами. Этот закон имеет формулу:

F_гр = G*m₁*m₂/r²

Где:

• F_гр – гравитационная сила в ньютонах
• G – гравитационная постоянная
• m₁, m₂ – массы взаимодействующих тел в кг
• r – расстояние между их центрами в метрах

Практическое применение закона тяготения Ньютона

Закон всемирного тяготения Ньютона является основополагающим для таких областей, как космонавтика, баллистика, геодезия и др. Например, чтобы вывести спутник на орбиту Земли, необходимо точно рассчитать гравитационные силы, действующие между Землей и спутником.

Кроме того, этот закон объясняет природу возникновения приливов и отливов. Под действием притяжения Луны мировой океан вытягивается по направлению к спутнику Земли, образуя приливные волны.

Сила трения скольжения

Еще одним важным открытием Ньютона стал закон трения скольжения, который позволяет рассчитать силу трения F_тр между двумя поверхностями:

F_тр = μ * N

Где:

• μ – коэффициент трения скольжения
• N – сила нормального давления в ньютонах

Этот закон широко используется в машиностроении, строительстве, физике и других сферах.

Применение закона трения в технике

Рассмотрим несколько примеров использования закона трения скольжения Ньютона в различных технических устройствах и механизмах.

Автомобильные тормозные системы

В автомобиле при нажатии на педаль тормоза происходит прижатие накладок с фрикционным материалом к диску или барабану. Возникающая при этом сила трения позволяет замедлить и остановить автомобиль. Чем выше коэффициент трения μ между накладками и диском, тем эффективнее работает тормоз.

Муфты сцепления

В муфтах сцепления используется трение между двумя фрикционными накладками, что позволяет плавно передавать крутящий момент от двигателя к трансмиссии. За счет регулировки силы нажатия фрикционных дисков друг на друга можно управлять этим моментом.

Ременные и цепные передачи

Передача механической энергии с помощью ремней или цепей основана на силе трения между ремнем/цепью и шкивом. Коэффициент трения в таких механизмах стараются максимизировать с помощью специальных материалов и конструкций.

Роль открытий Ньютона в современной науке

Законы Ньютона до сих пор лежат в основе классической механики и активно используются в инженерных расчетах, физических исследованиях, при разработке космической техники и многих других областях.

Например, при проектировании зданий и сооружений обязательно учитывают силы гравитации и трения. А многочисленные космические аппараты, посланные для исследования других планет, функционируют на основе законов движения тел, открытых Ньютоном.

Таким образом, значение открытий великого ученого для развития науки и техники трудно переоценить.