Siła i jej cechy.

Siła i jej cechy.
Rodzaje sił w przyrodzie.
1. Siła grawitacyjna
Z pojęciem siły spotykamy się stale w Ŝyciu codziennym, mówiąc o sile
pociągowej lokomotywy, o sile ciągu śmigła samolotu, czy teŜ o sile
przyciągania Ziemi, itp. Oddziaływania te przejawiają się bądź to przez
zmianę ruchu poruszających się juŜ ciał, bądź to przez wyprowadzenie
ciała ze stanu spoczynku, bądź to przez zmianę kierunku ruchu lub
prędkości poruszającego się juŜ ciała.
Występować mogą one przy bezpośrednim zetknięciu się ciał
materialnych lub przy oddziaływaniu na odległość, jak to ma miejsce
w przypadku sił cięŜkości, sił elektrostatycznych i sił magnetycznych.
Siła jest więc miarą oddziaływań ciał na siebie. Jest wielkością wektorową.
Aby ją określić trzeba podać wartość, kierunek, zwrot, punkt przyłoŜenia.
Oznacza się ją symbolem F, ale nie jedynie. Siła bywa równieŜ oznaczana
literami P, Q, W, R, S.
Od najdawniejszych czasów znana jest człowiekowi siła powodująca
spadek ciał na powierzchnię Ziemi .
Do XVII wieku uwaŜano, Ŝe tylko Ziemia ma tą szczególną własność
przyciągania wszystkich ciał znajdujących się w pobliŜu jej powierzchni.
Dopiero w 1667 Newton wyraził opinię, Ŝe między wszystkimi ciałami
występują siły wzajemnego przyciągania.
r
Q
Rys. 1. Siła cięŜkości Q .
Źródłem siły, która powoduje, Ŝe wszystkie ciała spadają jest Ziemi. Siłę
przyciągania grawitacyjnego nazywa się siłą cięŜkości. Siła ta jest tym
większa, im większa jest masa ciała. Siła cięŜkości ma kierunek pionowy,
a zwrot ku powierzchni Ziemi. Właśnie ta siła powoduje, Ŝe wszystkie ciała
puszczone swobodnie spadają w dół. Dzięki tej sile Ziemia i inne planety
krąŜą wokół Słońca, a wokół niektórych planet krąŜą ich księŜyce.
KaŜda z planet jest inna i kaŜda z planet przyciąga z inną siłą. Stąd
to samo ciało będzie miało inny cięŜar na Marsie niŜ na Ziemi.
CięŜar ciała jest siłą. Wartość tej siły wyraŜa się wzorem
Fc= mg
gdzie:
Fc – cięŜar ciała,
m – masa ciała,
g - stały współczynnik grawitacyjny.
2. Siły elektryczne.
Ten rodzaj sił był juŜ od dawna postrzegany przez ludzi. Odkryli go
Grecy Ŝyjący ponad 2500 lat temu. Niektóre przedmioty pocierane wełną
lub jedwabiem przyciągają lub odpychają inne ciała. Istnieją dwa rodzaje
ładunku elektrycznego – dodatni i ujemny.
Ciała elektryzowane jednoimienne odpychają się, a ciała naelektryzowane
róŜnoimiennie
+
+
-
przyciągają się. Między ciałami naelektryzowanymi występują siły
wzajemnego oddziaływania.
+
_
_
Rys. 2.1. Ładunki jednoimienne
odpychają się.
Rys. 2.2. Ładunki róŜnoimienne
przyciągają się.
3. Siły magnetyczne.
Źródłem sił magnetycznych jest magnes, czyli ciało, które posiada
specyficzne właściwości polegające na przyciąganiu przedmiotów
wykonanych z Ŝelaza i stali. Naturalnym magnesem jest Ziemia, która
przyciąga siłami magnetycznymi wskazówkę busoli lub igłę magnetyczną .
Przewodnik, w którym płynie prąd elektryczny, tzw. solenoid równieŜ
wykazuje właściwości magnetyczne.
S
N
N
S
N
S
S
N
Rys. 2.1. Bieguny jednoimienne magnesów odpychają się .
S
N
S
N
Rys. 2.2. Bieguny róŜnoimienne magnesów przyciągają się .
4. Siły tarcia.
Rodzaje tarcia:
tarcie zewnętrzne
toczne
tarcie wewnętrzne.
ślizgowe
Tarciem zewnętrznym nazywamy oddziaływanie między powierzchniami
dwóch stykających się ciał stałych, przeciwdziałające ich przemieszczaniu
się względem siebie. JeŜeli ciała te nie poruszają się względem siebie, to
mówimy o tarciu statycznym. JeŜeli znajdują się on w ruchu względem
siebie to mówimy o tarciu kinetycznym .
Miarą oddziaływania między powierzchniami tącymi są siły tarcia.
Siła wypadkowa
Na ciało będące np. w ruchu moŜe działać wiele sił. Siła która ma
wpływ na wartość przyspieszenia z jakim porusza się ciało nazywana jest
siłą wypadkową.
Siłą wypadkową nazywamy siłę, która zastępuje działanie dwóch lub
więcej sił składowych.
Przykład 1.
ZałóŜmy, Ŝe na ciało działają dwie siły składowe F1 i F2 o róŜnych
wartościach, takich samych zwrotach, i o tym samym kierunku.
r
F1
r
F2
r
Fw
Aby znaleźć wektor siły wypadkowej, naleŜy :
r
- odmierzyć wektor F 1,
r
- od jego końca odmierzyć na tej samej prostej wektor F 2.
r
Tak powstały nowy wektor F w , którego początkiem jest początek wektora
r
r
F 1 , a końcem koniec wektora F 2, nazywany wektorem siły wypadkowej.
r
F1
r
F2
r
r
r
Fw = F1+ F2
Siła wypadkowa Fw jest sumą sił składowych F1 i F2 działających na ciało.
Przykład 2.
JeŜeli na ciało działają dwie siły o tym samym kierunku, przeciwnych
zwrotach i róŜnych wartościach F1 , F2 , to wypadkową tych sił składowych
wyznaczamy następująco:
r
‫ ־‬na prostej odmierzyć długość wektora F 1,
r
‫ ־‬od jego końca odmierzyć na tej samej prostej długość wektora F 2.
r
F1
r
F2
r
F1
r
Fw
r
F2
r
Fw
Cechy wektora siły wypadkowej:
‫ ־‬wspólny punkt przyłoŜenia z siłami składowymi F1 i F2 ,
‫ ־‬ten sam kierunek działania,
‫ ־‬długość wektora równa róŜnicy wektorów sił składowych:
Fw = F1 – F2
A jak wyznaczyć wypadkową kilku sił składowych, działających na ciało w
róŜnych kierunkach ? Problem ten pozwoli nam rozwiązać poniŜsza prezentacja.
uklady sil.pps