Ви знаєте, що таке вага. Це тяжіння Землі до вашого тіла. Але вага лише одна з форм сили. Що важливіше, сила змушує об’єкти рухатися. Саме вона є причиною прискорення вашого автомобіля на шосе або того, чому бейсбольний м’яч вилітає з руки пітчера із величезною швидкістю.
Сила викликає “прискорення”. Натисніть іграшкову машинку – вона поїде. Натисніть на педаль газу у цьому автомобілі — він розженеться. Це не просто фізичні факти. Це основа динаміки водіння. Рух управляється Другим законом Ньютона. Цей закон є основою класичної механіки. Він пояснює, як взаємодіють сила, маса та прискорення.
Рівняння, яке рухає автомобілі
Другий закон Ньютона свідчить, що прискорення ($a$) прямо пропорційно доданій силі ($F$). Воно обернено пропорційно масі об’єкта ($m$). Просто? Так. Важливо? Безперечно.
Більше сили означає швидше прискорення. Більше маси означає повільніше прискорення. Ця залежність виражається одним відомим рівнянням:
F = ma
Або у перетвореному вигляді:
a = F/m
Ця формула розповідає вам все, що потрібно знати про характеристики автомобіля. Якщо ви хочете швидше автомобіль, вам потрібна велика сила. Або менша маса. Або і те, й інше. Гоночні команди позбавляються кожної унції зайвої ваги. Інженери виробляють двигуни, здатні розвивати величезну силу. Вони борються з цим рівнянням.
Визначення сили: ньютон та фунт
На честь Ньютона стандартною одиницею сили в системі СІ є Ньютон. Але що робить один ньютон? Він повідомляє масі 1 кілограм прискорення 1 метр на секунду в квадраті (м/с²).
Це визначення працює в обидві сторони. Кілограм визначається як маса, яку сила в 1 Н прискорюватиме зі швидкістю 1 м/с².
В англійській системі одиниць стає все складніше. Тут використовується слуг. Це маса, яку сила 1 фунт прискорюватиме зі швидкістю 1 фут/с². Також існує фунт-маса. Це маса, яку сила в 1 фунт прискорюватиме зі швидкістю 32 фути/с². Різниця зводиться до гравітації.
Сила – це не просто вага. Це поштовх чи тяга, що змінюють швидкість об’єкта.
Гравітація: постійне тяжіння
Земля діє всі об’єкти з силою. Вона прискорює об’єкти, що падають, зі швидкістю 9,8 м/с². В англійських одиницях це 32 фути/с². Інженери часто позначають це як g.
Якщо ви кинете камінь, його швидкість збільшуватиметься на 9,8 м/с кожну секунду. Падаючи протягом п’яти секунд, ви досягнете швидкості 49 м/с. Це швидко. Уявіть автомобіль, що розганяється з таким самим прискоренням.
Якби автомобіль розганявся з постійним прискоренням в 1 g, він досяг би швидкості 60 миль/год (97 км/год) менш як за три секунди. Це рівень гіперкарів. Більшість дорожніх автомобілів не можуть підтримувати такого прискорення. Але це демонструє міць гравітації. Це постійна сила, яку ви відчуваєте щоразу, коли встаєте на ваги.
Загальні одиниці виміру сили
Читаючи специфікації, ви побачите різні одиниці. Важливо знати, з якою саме ви маєте справу.
** Одиниці СІ: **
* ньютон (Н)
* 1 Н = 0,225 фунта
Англійські одиниці:
* фунт (lb)
* 1 фунт = 4,448 Н
Переклад простий. Але важливіша концепція. Сила є сполучною ланкою між потужністю двигуна та швидкістю автомобіля. Це відчутний результат інженерної роботи. Без неї ви просто сидите у важкій коробці. З нею ви рухаєтеся.
Математика проста. Застосування складне. Крутний момент, зчеплення з дорогою, аеродинаміка все це впливає на рівняння F = ma. Але саме рівняння не змінюється.
