Síly A Jejich Vlastnosti - Fyzika

Síly a jejich vlastnosti

S pojmem síla se ve fyzice setkáváme velmi často. Jedná se o vektorovou fyzikální veličinu, která pojednává o míře vzájemného působení těles, případně polí.

Síla může mít obecně dvě formy:

Deformační – deformuje tělesa, na která působí

Pohybová – tělesa, na která působí, uvádí do pohybu

Pojem síly je zaveden pomocí tří základních Newtonových zákonů.

Síla se značí písmenem F. Základní jednotka síly je Newton (N).

Významným fyzikem, který se zasloužil o zkoumání vlastností sil, byl Isac Newton, podle něho jsou pojmenovány pohybové zákony.

První Newtonův zákon – zákon setrvačnosti

• Zákon jinými slovy říká, že síla není příčinou pohybu, tělesa se totiž mohou pohybovat i bez působení sil
• Snaha o setrvání v okamžitém stavu se nazývá setrvačnost
• Se setrvačností se můžeme setkat i v praxi, uveďme si příklad: Na podlaze ve vlaku máte kuličku, která je vůči vám, cestujícím ve vlaku v klidu, pokud se však vlak náhle zastaví, začne se vlivem setrvačnosti kulička pohybovat dopředu, stejně tak zřejmě i vy, to je způsobeno tím, že ve vztahu k venkovnímu okolí mimo vlak se pohybujete pohybem rovnoměrným, jestliže vlak náhle zastaví, má jak kulička, tak i vy tendenci v tomto pohybu pokračovat, přerušení způsobí buď tření, nebo překážka (konec vagonu, do kterého kulička narazí)

Druhý Newtonův zákon – zákon síly

• Druhý Newtonův pohybový zákone je možno vyjádřit i matematickým vztahem: F = m x a, kde F je síla, m je hmotnost a a je zrychlení

Třetí Newtonův zákon – zákon akce a reakce

• Matematicky se dá tento zákon vyjádřit následovně: F_1,2 = - F_2,1, F_1,2 je síla, kterou působí první těleso na druhé a F_2,1 je síla, kterou působí druhé těleso na první

Grafické znázornění sil

Obrovské uplatnění nachází i grafické znázornění sil. Protože se jedná o vektorovou fyzikální veličinu, lze síly znázornit prostřednictvím vektorů. Vektor je orientovaná úsečka, tedy zjednodušeně řečeno čára, která má určitou velikost a určitý směr.

Síly je možné skládat. Pokud jsou síly rovnoběžné, postupujeme tak, že na konec jednoho vektoru vložíme počátek druhého vektoru. Výsledná síla je potom vektor, který vznikne spojením počátku vektoru první síly a konce vektoru poslední síly. Podobně je tomu v podstatě i u nerovnoběžných sil, u těch zpravidla doplňujeme silový obrazec na rovnoběžník a výslednicí sil je potom jeho úhlopříčka.

Základní rozdělení sil

Síly je možno rozdělit na několik druhů:

1. Podle základní interakce

• Slabá síla
• Silná síla
• Gravitační síla
• Elektromagnetická síla

2. Podle vzdálenosti působení

• Přímý styk – síly působí tak, že se dané dvě tělesa dotýkají
• Na dálku – síly působí bez dotyku dvou těles, prostřednictvím svých silových polí

3. Podle směru působení

• Rovnoběžné síly – síly působí v jedné přímce
• Různoběžné síly – síly působí v různých směrech
• Kolmé síly – síly na sebe působí kolmo

Měření síly

Jak měřit sílu? Porovnat, která síla je větší, je možno i experimentálně. Jako příklad můžeme uvést situaci, kdy budete provozovat páku, ten silnější vyhraje. Je to v podstatě experimentální zjištění, kdo má větší sílu. Pro přesné měření síly využíváme siloměry. Jedná se o přístroje, které pracují na nejrůznějších principech. Tím základním je jakási pružina, na kterou zavěsíme těleso, u kterého měříme sílu. Čím více se pružina prodlouží, tím naměříme větší sílu, kterou určíme po odečtení ze stupnice, kterou obvykle siloměr obsahuje.

Př.1: Těleso má hmotnost 2 kg, Určeme gravitační sílu, kterou těleso působí v gravitačním poli Země, pokud víme, že zrychlení je 10 N / kg

m = 2 kg

g = 10 N / kg

F = ?

F = m x g = 2 kg x 10 N / kg = 20 N

• Řešení příkladu je velmi jednoduché, v podstatě stačí dosadit do základního vzorce, který reprezentuje druhý Newtonův pohybový zákon

Př. 2: Na těleso působí několik sil v rovnoběžném směru, jedná se o dvě síly, které působí zprava doleva velikostmi 20 N a 30 N a dále o jednu sílu, která působí v opačném směru, tedy zleva doprava a její velikost je 40 N. Určeme početně velikost výslednice sil a její směr.

F₁ = - 20 N

F₂ = - 30 N

F₃ = 40 N

F = ?

F = F₁ + F₂ + F₃ = - 20 N + - 30 N + 40 N = - 10 N, působí zprava doleva

• Jedná se o jednoduchý příklad, dané síly stačí sečíst, přičemž síly, které jdou zleva doprava, mají kladnou hodnotu a síly jdoucí zprava doleva mají zápornou hodnotu, výslednice sil má zápornou hodnotu, což znamená, že má směr zprava doleva

Př. 3: Gravitační pole Země působí na těleso silou 1000 N, určeme jakou má hmotnost toto těleso, pokud víme, že gravitační zrychlení má hodnotu 10 N / kg.

F = 1000 N

g = 10 N / kg

m = ?

F = m x g

m = F / g = 1000 N / 10 N / kg = 100 kg

• Základem k správnému řešení příkladu je nutnost upravit vzorec druhého Newtonova zákona takovým způsobem, abychom osamostatnili hmotnost m, potom již stačí pouze dosadit