Physel.ru

Наблюдая ускорения, получаемые каким-либо телом под действием различных сил, мы заметим, что ускорения могут оказаться различными как по величине, так и по направлению. Значит, силы можно различать по величине и по направлению: сила есть векторная величина.

Для измерения величины силы необходимо, во-первых, выбрать эталон силы и, во-вторых, установить способ сравнения других сил с эталоном, т. е. самый способ измерения сил. За эталон можно выбрать, например, какую-либо упругую силу. Так как упругие силы зависят от величины деформации, за эталон можно принять силу, с которой какая-либо определенная пружина, определенным образом растянутая, действует на тело, прикрепленное к одному из ее концов.

Такой эталон в принципе можно осуществить, например, в виде цилиндрической пружины, снабженной указателем, позволяющим всякий раз устанавливать одно и то же растяжение пружины (рис. 55). За направление силы примем направление оси пружины. Наш эталон определяет, таким образом, как величину, так и направление силы.

Рис. 55. Простейший эталон силы - действие пружины, растянутой до метки A.

На  практике, однако, такой эталон силы неудобен: упругие свойства пружины зависят от температуры, могут изменяться с течением времени и т. п. Поэтому стремятся выбрать эталон таким образом, чтобы изменчивость свойств пружины не могла сказываться. Это можно сделать так. Выберем какую-нибудь пружину и подвесим к ней какую-либо определенную гирю. Гиря начнет опускаться, растягивая пружину, пока та не растянется до определенной длины, после чего растяжение пружины прекратится и гиря остановится: сила тяжести гири окажется уравновешенной силой упругости пружины.

Если бы мы подвесили ту же гирю к другой пружине, то растяжение было бы другим. Но сила, действующая со стороны новой пружины на гирю, будет равна силе, с которой действовала первая пружина, так как в обоих случаях силы упругости пружины уравновешивают силу тяжести той же гири
(рис. 56). Таким образом, пользуясь какой-либо определенной выбранной гирей, мы можем установить, как надо растягивать любую пружину для того, чтобы она действовала с определенной силой, т. е. могла служить эталоном силы. Для получения силы, равной эталону, но направленной не по вертикали вверх, а по любому направлению, можно использовать нить, перекинутую через    направленной под любым углом к блок, как показано на рис. 57 (сила со стороны нити всегда действует вдоль нити). Таким образом, трудную  задачу изготовления и сохранения эталонной пружины при определенном растяжении мы заменяем гораздо более простой — изготовлением и сохранением эталонной гири. За образец такой гири-эталона признана платиновая гиря, хранящаяся в Международном бюро мер и весов в Париже и именуемая килограммом. Любая пружина, растянутая подвешенной к ней гирей-эталоном, будет действовать с определенной силой, которую называют килограмм-сила и обозначают кГ.

Рис. 56. При подвешивани одной и той же гири к разным пружинам пружины действуют на гирю с одинаковой силой.

Рис. 57. Получение эталонной силы, направленной под любмы углом к вертикали.

Наряду с единицей силы 1 кГ, нередко применяют единицу силы в тысячу раз меньшую (грамм-сила, обозначаемая Г) и единицу силы в тысячу раз большую (тонна-сила, обозначаемая Т);

1 Т = 1000 кГ;    1 кГ = 1000 Г.

Определение, данное нами силе в один килограмм, нуждается в уточнении. Дело в том, что одна и та же гиря вызовет различное растяжение одной и той же пружины в зависимости от того, где именно на поверхности Земли произвести опыт. Однако это различие для разных точек земной поверхности невелико и поэтому мы пока не будем принимать его во внимание.

До последнего времени сила, равная 1 кГ, широко применялась в технике как единица силы. В настоящее время рекомендованной единицей силы как в физике, так и в технике является принятая в системе СИ единица силы, примерно в десять раз меньшая силы в 1 кГ (см. ниже, § 45).