Сила тяги

Сила тяги: определение

Прекращение действия силы тяги приводит к остановке вследствие трения, вязкости окружающей среды и других противодействующих движению сил.

Тело, на которое не действуют силы, движется с постоянной скоростью $v = const$ (первый закон Ньютона). Частным случаем такого движения является состояние покоя ($v = 0$). Движение с постоянной скоростью называют состоянием инерции. Чтобы вывести тело из такого состояния, нужно приложить к нему силу. Скорость тела в этом случае изменится, т.е. оно получит ускорение (либо замедление, которое можно считать отрицательным ускорением).

Величина ускорения обратнопропорциональна массе тела (чем оно массивнее, тем труднее его вывести из состояния инерции) и прямопропорциональна интенсивности приложенной силы. Таким образом:

$F = m \cdot a$,

где:

• $F$ - сила,
• $m$ - масса,
• $a$ - ускорение.

Формулы для расчета

В качестве примера силы тяги, выводящей тело из состояния покоя, можно рассмотреть спортсмена, поднимающего штангу. В исходном состоянии штанга находится в состоянии инерции (остается неподвижной). Когда спортсмен отрывает ее от земли, его мышцы должны сокращаться с такой силой, чтобы она превысила вес штанги, т.е. силу, с которой ее притягивает гравитационное поле Земли. Если штангисту удастся оторвать штангу от пола - значит она переместится вверх на некоторое расстояние, т.е. получит ускорение. Т.е. силой тяги, двигающей данный снаряд, является сила сокращающихся мышц спортсмена. При этом должно соблюдаться условие:

$F_м$ > $F_т$, т.е. $F_м$ >$ m \cdot g$,

где $F_м$ - сила мышц (в данном случае сила тяги), $F_т$ - сила тяжести (гравитация), $m$ - масса, $g$ - ускорение свободного падения.

Состояние движения по инерции следует отличать от равномерного движения, когда сила тяги уравновешивается противодействующими силами. Например, при движении автомобиля работающий двигатель через систему трансмиссии передает на колеса силу, преодолевающую силы трения внутри механизмов автомобиля, трения колес о поверхность дороги, сопротивления воздуха и т.д. Силу тяги можно в этом случае вычислить зная время разгона $t$ до нужной скорости $v$ и массу автомобиля $m$:

$F = m \cdot \frac{v}{t}$

Здесь ускорение выражено как частное от деления скорости на время разгона.

Силу тяги можно также выразить через мощность - способность некоторого источника энергии совершать работу. Чем мощность выше - тем за меньшее время этот источник разовьет силу, способную разогнать тело массой $m$ до требуемой скорости $v$. Работа же прямопропорциональна силе, которая ее совершила:

$A = F \cdot s$,

где $s$ - расстояние, на которое сила переместила данное тело.

Поскольку расстояние можно выразить через скорость и время,

$s = v \cdot t$,

а мощность есть работа, выполняемая в единицу времени

$N = \frac{A}{t}$

можно составить уравнения:

$\frac{A}{t} = \frac{F \cdot v \cdot t}{t} \implies N = F \cdot v \implies F = \frac{N}{v}$