Siła

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Inne znaczenia Ten artykuł dotyczy wielkości fizycznej. Zobacz też: inne znaczenia.
Siła
Rodzaj wielkości wektorowa
Wymiar \mathrm{\frac{M \cdot L}{T^2}}
Gdzie: M\, - masa, L\, - długość, T\, - czas
Typowy symbol wielkości F\,
Typowe jednostki niuton (w układzie SI), dyna (w układzie CGS), kilogram-siła (w ciężarowym układzie jednostek miar)
Mechanika klasyczna
Rownia tarcie.svg
\mathbf F = \frac{\mathrm d\mathbf p}{\mathrm dt}
II zasada dynamiki Newtona
Wprowadzenie
Historia
Aparat matematyczny
Koncepcje podstawowe
Przestrzeń · Czas · Prędkość · Szybkość · Masa · Przyspieszenie · Grawitacja · Siła · Popęd · Moment siły / Moment / Para sił · Pęd · Moment pędu · Bezwładność · Moment bezwładności · Układ odniesienia · Energia · Energia kinetyczna · Energia potencjalna · Praca · Praca wirtualna · Moc · Zasada d’Alemberta
Znani uczeni
Isaac Newton · Jeremiah Horrocks · Leonhard Euler · Jean le Rond d’Alembert · Alexis Clairaut · Joseph Louis Lagrange · Pierre Simon de Laplace · Henri Poincaré · Pierre Louis Maupertuis · William Rowan Hamilton · Siméon Denis Poisson

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 masiekg przyspieszeniem/s².

Definicja[edytuj | 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 \vec p ciała, na które siła działa

\vec  F = {d \vec p \over d t}

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 zapisać wzór wiążący siłę z przyspieszeniem a i masą m

\vec F = {d(m\vec v) \over dt} = m{d\vec v \over dt} + \vec v{d m \over dt}

gdzie v jest prędkością ciała. Wzór ten można zapisać w postaci

\vec F =m{\vec a } + \vec v{d m \over dt}

Jeżeli masa ciał nie zmienia się, drugi wyraz znika i wzór redukuje się do

\vec F = m{d\vec v \over dt}       \vec F = m\vec a

Siła zachowawcza[edytuj | 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(\vec r) (zwana potencjałem sił), taka że jej gradient jest równy danej sile (z dokładnością do znaku)

\vec F(\vec r) = - \nabla V(\vec r)

to siła jest zachowawcza; potencjał V(\vec r) pola sił nazywany jest energią potencjalną układu w położeniu \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 | edytuj kod]

Siła centralna - to siła, która działa w kierunku do lub od źródła siły. Gdy początek układu współrzędnych umieści się w źródle sił, to siłę centralną można zapisać w postaci

\vec F = F(r) \hat r

gdzie F(r) - współrzędna wektora siły, \hat r=\frac{\vec r}{|\vec r \,|} - wersor (wektor jednostkowy) skierowany od centrum siły do punktu  \vec r.

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.

Przypisy

  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

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]