Siła


Siła w encyklopedii

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii To jest najnowsza wersja przejrzana, która została oznaczona 6 lip 2019. Od tego czasu wykonano 1 zmianę, która oczekuje na przejrzenie. Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Siławektorowa wielkość fizyczna będąca miarą oddziaływań fizycznych między ciałami.

Jednostką miary siły w układzie SI jest niuton [N]. Nazwa tej jednostki pochodzi od nazwiska angielskiego fizyka Isaaca Newtona. W układzie CGS jednostką siły jest dyna. W układzie ciężarowym jednostką siły jest kilogram-siła [kgf][1] (lub [kG], inaczej kilopond [kp]).

Siła ma wartość 1 N, jeżeli nadaje ciału o masie 1 kg przyspieszenie 1 m/s².

Spis treści

Definicja | edytuj kod

Jeżeli ciało zmienia swój pęd z upływem czasu, to jest to skutkiem działania siły. Newton zdefiniował siłę jako pochodną zmian pędu ciała względem czasu, czyli chwilową prędkość zmian pędu p {\displaystyle {\vec {p}}} ciała, na które siła działa

F = d p d t . {\displaystyle {\vec {F}}={\frac {d{\vec {p}}}{dt}}.}

Działająca siła może powodować ruch ciała jako całości albo jego deformację (np. ugięcie obciążonej deski lub rozciągnięcie sprężyny). W przypadku deformacji powyższa definicja pozwala określić siły działające na poszczególne fragmenty ciała. Działając siłą na ciało sztywne (tj. trudno ulegające odkształceniom), trudno zauważyć, by jakakolwiek jego część się poruszała. Jednakże odkształcenie, a tym samym chwilowa zmiana pędu fragmentów ciała, następuje. Wówczas poszczególne atomy lub cząsteczki tworzące ciało zbliżają się do siebie, co powoduje powstanie sił odpychających, które równoważą przyłożoną siłę.

Korzystając z definicji pędu, zgodnie z mechaniką Newtonowską, można by zapisać wzór wiążący siłę z przyspieszeniem a i masą m, jako F = d ( m v ) d t = m d v d t + v d m d t , {\displaystyle {\vec {F}}={\frac {d(m{\vec {v}})}{dt}}=m{\frac {d{\vec {v}}}{dt}}+{\vec {v}}{\frac {dm}{dt}},}

(gdzie v {\displaystyle v} jest prędkością ciała) gdyby tylko masa mogła zależeć od czasu. Niestety w mechanice klasycznej (ogólniej: dla pojedynczych cząstek) nie zależy. Wzór ten redukuje się więc do

F = m d v d t , {\displaystyle {\vec {F}}=m{\frac {d{\vec {v}}}{dt}},}    F = m a . {\displaystyle {\vec {F}}=m{\vec {a}}.}

P.S. Wbrew temu co niekiedy się mówi w kontekście Szczególnej Teorii Względności, masa jest niezmienniczą własnością cząstki. Używanie symbolu m r := γ m , {\displaystyle m_{r}:=\gamma m,} czyli tzw. „masy relatywistycznej” jest wyłącznie skróconą konwencją zapisu. Nie ma jednak żadnego głębszego znaczenia.

Siła zachowawcza | edytuj kod

 Osobny artykuł: siła zachowawcza.

Jeżeli dany układ oddziałuje z innymi układami za pomocą sił zachowawczych, to oddziaływanie takie nie zmienia energii mechanicznej układu. Jedynie do takich układów stosuje się zasada zachowania energii mechanicznej.

Siła zachowawcza nie może zależeć jawnie od czasu. Jeżeli dla danego pola sił niezależnego od czasu istnieje funkcja skalarna V ( r ) {\displaystyle V({\vec {r}})} (zwana potencjałem sił), taka że jej gradient jest równy danej sile (z dokładnością do znaku)

F ( r ) = V ( r ) , {\displaystyle {\vec {F}}({\vec {r}})=-\nabla V({\vec {r}}),}

to siła jest zachowawcza; potencjał V ( r ) {\displaystyle V({\vec {r}})} pola sił nazywany jest energią potencjalną układu w położeniu r , {\displaystyle {\vec {r}},} a siła o takiej własności nazywana jest siłą potencjalną konserwatywną (zachowawczą).

Istnieją siły mające potencjał, ale zależne od czasu. Siły takie nie są zachowawcze.

Istnieją też siły niepotencjalne, które są zachowawcze (np. siła Lorentza).

Siła centralna | edytuj kod

Siła centralna – to siła, która działa w kierunku do lub od źródła siły. Gdy początek układu współrzędnych 0 {\displaystyle \;0\;} umieści się w źródle sił, to siłę centralną można zapisać w postaci

F = F ( r ) e r , {\displaystyle {\vec {F}}=F({\vec {r}})\,{\vec {e}}_{r},}

gdzie F ( r ) {\displaystyle \;F({\vec {r}})} – moduł wektora siły, a e r = r | r | {\displaystyle \;{\vec {e}}_{r}={\frac {\vec {r}}{|{\vec {r}}\,|}}} wersor (wektor jednostkowy) skierowany od centrum siły do punktu 0. {\displaystyle \;0.}

Siły centralne są siłami zachowawczymi, przy czym potencjał tych sił zależy tylko od odległości od centrum siły. Ciała na które oddziałują jedynie siły centralne, posiadają stały momentu pędu.

Siłami centralnymi są np. siła grawitacji kuli lub siła elektrostatyczna ładunku punktowego.

Siła skupiona | edytuj kod

Pojęcie siły skupionej występujące w fizyce i technice jest pewną idealizacją obciążeń rzeczywistych. Siła skupiona, w ścisłym znaczeniu tego słowa, w realnej rzeczywistości nie istnieje. Jest ona zawsze wypadkową działania obciążeń rozłożonych w sposób ciągły w pewnych obszarach przestrzeni trój, dwu lub jednowymiarowych. Taką wypadkową może być na przykład ciężar ciała, siła podłużna w pręcie rozciąganym lub parcie wiatru na ścianę budynku. W każdym przypadku do obliczenia wypadkowej konieczna jest znajomość rozkładu gęstości (intensywności) obciążenia we właściwym obszarze przestrzeni. W tym obszarze dokonuje się redukcji rzeczywistego obciążenia do dwu wektorów głównych: sił i momentów, względem wybranego bieguna redukcji.

Zobacz też | edytuj kod

Przypisy | edytuj kod

  1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 15 lutego 2005 r. w sprawie jednolitości miar i dokładności pomiarów związanych z obronnością i bezpieczeństwem państwa, Dz.U. z 2005 r. nr 37, poz. 328, zmn. Dz.U. z 2005 r. nr 66, poz. 581 i Dz.U. z 2007 r. nr 90, poz. 597.
Kontrola autorytatywna (wielkość wektorowa):
Na podstawie artykułu: "Siła" pochodzącego z Wikipedii
OryginałEdytujHistoria i autorzy