O silách

Co je síla, účinky síly, vlastnosti síly, zdánlivé síly, 2. Newtonův pohybový zákon

Co je síla?

Síla je „něco“ (vektorová fyzikální veličina), co nám říká, jak na sebe tělesa působí.

Má pohybový a deformační účinek.

Když do něčeho kopneme, působili jsme na daný předmět silou. Ten třeba odletí – pohybový účinek síly naší nohy. Nebo ho současně i prokopneme – deformační účinek síly naší nohy. Pokud kopeme třeba do kamene, můžeme si ukopnout palec – deformační účinek síly kamene. Kámen na nás totiž také působí (stejně velkou) silou. Pohybový účinek síly kamene se ale většinou neprojeví, jelikož máme mnohem větší hmotnost než kámen, tudíž s námi pohne méně, zatímco my s ním ano.

Síla působí přímým dotykem nebo prostřednictvím polí (gravitační, elektrické, …)

Když například upustíme nějaký předmět a on padá k zemi, tak se ho Země přímo nedotýká, ale přesto na něj působí sílou (přitažlivou) prostřednictvím gravitačního pole.

Vektorová veličina

Jelikož je síla vektorová veličina (má velikost a směr), můžeme ji znázornit pomocí orientované úsečky (lidově šipka určité délky a směru).

Začátek šipky umísťujeme do místa, kde síla působí – působiště síly.

Podívejme se na následující obrázky. (Ten puntík – působiště síly se většinou nekreslí.)

Dvě různé síly ruky doprava: delší šipka označuje větší sílu.

Menší síla F₁

Kratší síla ruky doprava.

Kratší šipka znamená menší sílu.

Větší síla F₂

Delší síla ruky doprava.

Delší šipka znamená větší sílu.

Černý bod je působiště — místo dotyku prstu s krabicí. Červená šipka ukazuje směr a velikost síly.

Ve druhém případě působíme větší silou – délka šipky znázorňuje velikost síly. To, zda se krabice pohne, záleží na velikosti třecí síly.

Dvě různě velké síly ruky směřující dolů.

Menší síla F₁

Kratší síla ruky směrem dolů.

Ruka tlačí dolů menší silou.

Větší síla F₂

Delší síla ruky směrem dolů.

Delší šipka ukazuje větší sílu dolů.

Černý bod označuje místo dotyku. Směr síly je v obou situacích dolů, velikost je různá.

V tomto případě působíme stejně velkými silami, ale jiného směru. Vidíme, že na směru záleží. V předchozím případě, pokud třecí síla nebude moc velká, krabicí pohneme, v tomto případě, i když působíme stejně velkými silami, spíše ne.

Vektory můžeme posunovat (pokud neměníme jejich velikost a směr). Často je totiž výhodné umístit vektory sil do jednoho bodu mimo jejich skutečné působiště; třeba do středu tělesa. Vektory se totiž pak snáze graficky sčítají, a tak určíme jejich výslednici. Obrázek pak bývá také přehlednější, protože vektory se nepřekrývají.

Na obrázcích jsou všechny síly působící na krabičku, pokud ji suneme po stole.

  • \(\vec{F}_g\) – gravitační síla
  • \(\vec{F}_N\) – normálová síla podložky působící na krabici
  • \(\vec{F}_t\) – třecí síla
  • \(\vec{F}_{\text{ruky}}\) – síla, kterou ruka působí na krabici

Na prvním obrázku jsou nakresleny ve svém působišti, na druhém jsou pak vektory sil přeneseny do jednoho působiště (často se jím volí střed tělesa).

Vlevo síly v působištích, vpravo stejné vektory přenesené do společného bodu. Směry i délky jsou zachovány.

Síly v působištích

Čtyři síly na krabičku zakreslené ve svých působištích.

Ruka doprava, tření doleva, podložka nahoru a gravitace dolů.

Stejné síly ve společném bodě

Stejné čtyři vektory po přesunutí do společného bodu.

Přesunutím neměníme směr ani délku šipek. Protější síly se vyrovnávají.

\(F_{\text{ruky}}\): síla ruky · \(F_t\): tření · \(F_N\): normálová síla podložky · \(F_g\): gravitační síla.

Výslednice sil je v tomto případě rovna nule (vektory jsou stejně dlouhé). A jelikož těleso suneme, je v pohybu rovnoměrném přímočarém, jak říká 1. Newtonův pohybový zákon.

i
Gravitační sílu (její působiště), kterou Země přitahuje těleso, kreslíme často do středu tělesa, byť samozřejmě gravitační síla působí na každou část tělesa. Dokonce na nižší části tělesa působí Země o něco větší gravitační sílou (protože jsou blíže k Zemi) než na horní části tělesa. Prakticky je však tento rozdíl zanedbatelný.

Vlastnosti síly

Síla musí splňovat 3 věci:

  1. Musí mít původce (ruka, když na něco tlačíme, Země přitahující tělesa, …).
  2. Musí mít cíl. Musí mít na co působit.
  3. Musí mít partnerskou sílu – síla opačného směru a stejné velikosti (partnerské síly mají vzájemně prohozeného původce a cíl). Když se opírám o stěnu, působím na ni silou (já jsem původce, stěna je cíl). Stejně velkou, opačně orientovanou silou působí stěna na mě (ona je původce, já jsem cíl).

Zdánlivé „síly“

Jde o „síly“, které nesplňují všechny 3 požadavky (nemají původce a partnerskou sílu).

Nemůže tedy jít o síly v pravém slova smyslu.

Mezi tyto „síly“ patří například odstředivá „síla“ a Coriolisova „síla“.

2. Newtonův pohybový zákon

V klasické mechanice jej zapisujeme \(\sum\vec F=m\vec a\): výslednice sil působících na těleso se rovná hmotnosti tělesa krát jeho zrychlení. Více pak v kapitole 2. Newtonův pohybový zákon…

Po stisknutí tlačítka se objeví tiskový dialog. V políčku pro tiskárnu vyberte Uložit jako PDF, případně můžete kapitolu rovnou vytisknout.

Prosím, ohodnoťte tuto kapitolu

Ohodnoťte prosím kapitolu podle toho, jak dobře byla vysvětlená.
Pomáhá nám to tvořit stále lepší a lepší obsah. Děkujeme.

Zatím nehodnoceno.