Back to the topics list

siła

Kiedy popychamy, ciągniemy, kopiemy, podnosimy, rzucamy, pstrykamy, uderzamy, podnosimy, ściskamy, naciskamy, nadmuchujemy, otwieramy i zamykamy przedmiot, mówimy, że działa na niego siła. Te działania to nic innego jak użycie siły. Jakakolwiek byłaby metoda przyłożenia siły, istnieją tylko dwa rodzaje –

• Naciskać
• Ciągnąć

Czynnik zewnętrzny, który wywołuje ruch w ciele lub zmienia istniejący stan ruchu w ciele, nazywa się siłą.

Przykłady pchnięcia

• Popychamy drzwi, aby je zamknąć lub otworzyć
• Pchamy wózek w sklepie
• Przesuwamy pudełko przez pokój

Przykłady pull

• Podnosimy wiadro wody
• Pociągamy za drzwi lodówki, aby je otworzyć
• Przyciągamy krzesło, żeby usiąść

Używamy siły, aby chodzić, podnosić dowolny przedmiot, rzucać czymkolwiek, przesuwać przedmiot z jego miejsca itp. Krótko mówiąc, siła jest obecna w każdej wykonywanej przez nas czynności. Stosując siłę zwykle wprawiamy coś w ruch lub w pozycję spoczynku, ale nie zawsze. Na przykład, jeśli przyłożymy siłę do ściany, ta się nie poruszy.

Punkt na ciele, w którym działa siła, nazywa się punktem przyłożenia siły.

Linia poprowadzona przez punkt przyłożenia siły w kierunku działania siły nazywana jest linią działania siły.

Skutki siły

Siła ma wiele skutków dla obiektów, do których jest stosowana. Siłę można ocenić na podstawie różnych skutków, jakie może wywrzeć na obiekcie, do którego jest przyłożona.

1. Siła powoduje ruch – siła może wprawić nieruchomy obiekt w ruch, pod warunkiem, że nie ma innej siły uniemożliwiającej ruch. Oznacza to, że po przyłożeniu odpowiedniej siły do nieruchomego obiektu obiekt zaczyna się poruszać w kierunku działania siły. Zmiana położenia obiektu nazywana jest ruchem. Na przykład, gdy pchamy jakiś samochodzik, to się porusza, albo pudełko leżące na podłodze można przesunąć, pchając je, czyli przykładając do niego siłę. Tak więc po przyłożeniu siły nieruchomy obiekt wprawia w ruch lub siła zmienia położenie nieruchomego obiektu.
2. Siła zmienia prędkość – prędkość poruszającego się ciała można zmienić, przykładając do niego siłę – przykładając siłę do pedału przyspieszenia, prędkość poruszającego się samochodu można zwiększyć, a stosując hamulce, można zmniejszyć prędkość lub nawet zatrzymać poruszający się samochód. Gdy przyłożymy siłę w tym samym kierunku co ruch, prędkość wzrasta. Kiedy przyłożymy siłę w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu, prędkość maleje.
3. Wymuś zatrzymanie ruchu – Oznacza to, że gdy przyłożymy siłę w kierunku przeciwnym do ruchu, może ona wprowadzić poruszający się obiekt w stan spoczynku. Na przykład poruszający się samochód można zatrzymać, hamując go. Kiedy próbujemy zatrzymać piłkę rzuconą do nas z siłą większą niż siła, z jaką nadlatuje, zatrzymuje się.
4. Siła zmienia kierunek – Kiedy siła jest przykładana pod kątem do poruszającego się obiektu, zmienia kierunek poruszającego się obiektu. Na przykład w grze w tenisa, gdy gracz odbija piłkę z powrotem do gracza po przeciwnej stronie, siła działająca na piłkę zmienia jej kierunek. Poruszający się samochód zmienia swój kierunek, gdy na jego kierownicę działa siła, aby go obrócić. W grze w piłkę nożną gracze zmieniają kierunek poruszania się piłki, uderzając piłkę nogą pod kątem.
5. Siła zmienia kształt – Kiedy siła jest przykładana do obiektu, zmienia się jego kształt i rozmiar. Na przykład, gdy nadmuchany balon jest naciskany, przyłożona siła zmienia jego kształt. Kiedy wbijany jest solidny blok skalny, siła wywierana przez młot zmienia jego kształt, tworząc posąg. Kiedy ściskamy plastikową butelkę wody, przyłożona siła zmienia jej kształt i rozmiar.

Charakterystyka siły

• Siła wynika z interakcji co najmniej dwóch obiektów
• Może zmienić stan ruchu obiektu
• Może zmienić kształt obiektu
• Siły przyłożone do obiektu w tym samym kierunku sumują się, a wypadkowa ma ten sam kierunek
• Kiedy siły są przykładane do obiektu w przeciwnym kierunku, ich siła wypadkowa lub siła wypadkowa jest różnicą między tymi przeciwnymi siłami, a jej wynikowy kierunek jest taki sam, jak w przypadku większej siły.
• Jeżeli dwie siły działające na ciało są równe co do wielkości, ale przeciwnie skierowane, to wypadkowa siła działająca na ciało wynosi zero.
• Jest to wielkość wektorowa, dlatego należy ją określić, podając jej wielkość i kierunek.
• Jeśli zmienia się wielkość lub kierunek, lub jedno i drugie, zmienia się również efekt siły.
  

Rodzaje sił:

• Zrównoważone i niezrównoważone siły
• Siły działające na obiekt mogą być zrównoważone lub niezrównoważone.
• Zrównoważone siły
  

Siły zrównoważone to takie, w których wynik przyłożonych sił jest równy zeru. Nie powodują żadnej zmiany stanu obiektu, na który jest przyłożona, tj. przedmiotu, na który działa siła, stan nie zmienia się z ruchu w stan spoczynku lub odwrotnie, jednak siły równoważące mogą zmienić kształt i rozmiar obiekt. Zrównoważone siły są równe co do wartości, ale przeciwnie skierowane. Uważa się, że siły zrównoważone są w stanie równowagi.

Na przykład w siłowaniu się na rękę, w którym nie ma zwycięzcy, siła wywierana przez każdą osobę jest taka sama, ale pchają w przeciwnym kierunku. Wynikowa siła (siła wypadkowa) wynosi zero. Lub w przeciąganiu liny, jeśli nie ma ruchu liny, obie drużyny wywierają równe, ale przeciwne siły, które są zrównoważone. Ponownie wypadkowa siła (siła wypadkowa) wynosi zero.

Kiedy siły są zrównoważone, nie ma zmiany kierunku.

• Połączone siły, które są zrównoważone, są zawsze równe zeru.
• Zrównoważone siły nie mogą zmienić ruchu ani kierunku obiektu.
• Zrównoważona siła utrzymuje obiekt w ruchu ze stałą prędkością

Książka na stole jest przykładem zrównoważonej siły. Siła ciężaru książki jest równoważona przez normalną siłę (siłę podparcia) stołu. Te dwie siły są całkowicie równe i przeciwne.

Przykładem zrównoważonej siły, która utrzymuje obiekt w ruchu ze stałą prędkością, jest tempomat w samochodzie, który próbuje zrównać siły tarcia z siłą skierowaną do przodu. Po uzyskaniu stałej prędkości oba zestawy sił są całkowicie równe i przeciwne.

Niezrównoważone siły

W przeciwieństwie do sił zrównoważonych, siły niezrównoważone to takie, w których wypadkowa przyłożona siła jest większa od zera. Siły działające na obiekt nie są równe i zawsze powodują, że ruch obiektu zmienia prędkość i/lub kierunek, w którym się porusza.

Kiedy dwie niezrównoważone siły działają w przeciwnych kierunkach, ich łączna siła jest równa różnicy między tymi dwiema siłami. Wielkość i kierunek siły wypadkowej wpływają na wynikowy ruch. Ta połączona siła jest wywierana w kierunku większej siły. Na przykład, jeśli w przeciąganiu liny jedna drużyna ciągnie mocniej niż druga, wynikające z tego działanie (siła netto) będzie polegać na tym, że lina zmieni swój ruch w kierunku siły o większej sile/wielkości.

Kiedy niezrównoważone siły są wywierane w tym samym kierunku, wypadkowa siła (siła wypadkowa) będzie sumą sił w kierunku, w którym siły są przyłożone. Na przykład, jeśli dwie osoby ciągną przedmiot w tym samym czasie w tym samym kierunku, siła przyłożona do przedmiotu będzie wynikiem ich połączonych sił.

Kiedy siły działają w tym samym kierunku, ich siły się sumują. Kiedy siły działają w przeciwnych kierunkach, ich siły są odejmowane od siebie.

Siły niezrównoważone powodują również, że nieruchomy obiekt zmienia swój ruch

Jeśli na obiekt nie działa siła wypadkowa, ruch się nie zmienia. Jeśli na obiekt działa siła wypadkowa, prędkość obiektu zmieni się w kierunku działania siły wypadkowej.

Kontakt a siły bezkontaktowe

W zależności od interakcji między siłą a obiektem siły są klasyfikowane jako siły kontaktowe i bezkontaktowe.

Siły kontaktowe: siła, którą można zastosować tylko wtedy, gdy styka się z przedmiotem, nazywana jest siłą kontaktową. Wszystkie siły mechaniczne są siłami kontaktowymi, np. siła mięśniowa i siła tarcia.

Rodzaje sił kontaktowych:

• Przyłożona siła - Siła wynikająca z działania mięśni nazywana jest przyłożoną siłą. Nazywa się to również siłą mięśniową. Używamy siły mięśniowej podczas podstawowych codziennych czynności naszego życia, takich jak oddychanie, trawienie, podnoszenie wiadra, ciągnięcie lub pchanie jakiegoś przedmiotu.
• Siła normalna – Jest to siła interakcji kontaktowej między powierzchniami. Zawsze działa prostopadle do powierzchni i poza nią.
• Siła tarcia – Kiedy dwa przedmioty przesuwają się po sobie, ocierają się o siebie i popychają. Ta siła pchająca nazywana jest siłą tarcia. Na przykład zapalenie zapałki lub zatrzymanie poruszającej się piłki podlega działaniu siły tarcia.
• Siła naciągu – przyłożona siła, w której siła jest przykładana przez sznurek, linę, linę itp. Siła naciągu może tylko ciągnąć, nie może pchać. Zwykle zakładamy, że napięcie w kablu jest wszędzie takie samo.
• Siła oporu powietrza – Jest to specjalny rodzaj siły tarcia, która działa na obiekty poruszające się w powietrzu. Często obserwuje się, że siła oporu powietrza przeciwdziała ruchowi obiektu. Siła będzie zwykle zaniedbywana ze względu na jej znikomą wielkość. Jest to najbardziej zauważalne w przypadku obiektów poruszających się z dużą prędkością (np. skoczek spadochronowy lub narciarz zjazdowy).
• Siła sprężyny - Siła wywierana przez ściśniętą lub rozciągniętą sprężynę to „siła sprężyny”. Wytworzona siła może być pchaniem lub ciągnięciem, w zależności od sposobu zamocowania sprężyny.

Siły bezkontaktowe: Siła, którą można zastosować bez kontaktu z dwoma ciałami, nazywana jest siłą bezkontaktową, np. siłą magnetyczną, siłą elektrostatyczną, siłą grawitacyjną.

Rodzaje sił bezkontaktowych

• Siła grawitacji to siła, która próbuje przyciągnąć do siebie dwa obiekty. Wszystko, co ma masę, ma również przyciąganie grawitacyjne. Im bardziej masywny jest obiekt, tym silniejsze jest jego przyciąganie grawitacyjne. Grawitacja ziemska jest tym, co utrzymuje cię na ziemi i powoduje, że przedmioty spadają. Krople wody spadające z nieba są przykładem siły grawitacji. Jabłko spadające z drzewa jest najlepszym i najpopularniejszym przykładem siły bezkontaktowej.
• Siła magnetyczna to siła wywierana przez magnes na przedmioty magnetyczne. Istnieją bez kontaktu między dwoma obiektami. Na przykład żelazne szpilki są przyciągane, gdy znajdują się w pobliżu magnesu bez fizycznego kontaktu.
• Siła elektrostatyczna to siła wywierana przez wszystkie naładowane elektrycznie ciała na inne naładowane ciała. Może mieć charakter zarówno atrakcyjny, jak i odpychający w oparciu o ładunek ciała. Na przykład ładowanie się włosów i przyciąganie do nich kawałków papieru.
• Siła jądrowa to siła, która utrzymuje razem atomy i ich cząsteczki.

Pole siłowe

• Obszar lub przestrzeń, w której działają siły bezkontaktowe, takie jak siła magnetyczna, siła grawitacji i siła elektrostatyczna, nazywa się polem siłowym.
• Obszar otaczający magnes, w którym substancja magnetyczna doświadcza siły, nazywany jest polem magnetycznym.
• Obszar otaczający ładunek elektryczny, w którym substancja elektryczna doświadcza siły, nazywa się polem elektrycznym.
• Zatem pole siłowe jest sferą oddziaływania sił bezkontaktowych.

Siła = Masa × Przyspieszenie

Przyspieszenie - zmiana prędkości obiektu nazywana jest przyspieszeniem. Kiedy obiekt nabiera prędkości, jego przyspieszenie jest dodatnie; przy utracie prędkości przyspieszenie jest ujemne.

Masa - Każdy przedmiot składa się z materii. Im więcej materii ma obiekt, tym jest większy i ma większą masę.

Zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona, Pchnij obiekt o określonej masie, a przyspieszy on w zależności od siły i masy. Mała siła o dużej masie powoduje powolne przyspieszenie, a duża siła o małej masie daje duże przyspieszenie. Oznacza to, że zerowa siła działająca na dowolną masę daje zerowe przyspieszenie. Jeśli obiekt stoi nieruchomo, pozostaje nieruchomy; jeśli się porusza, porusza się nadal z tą samą prędkością i kierunkiem.