Slovo platnost se objevuje prakticky ve všech představitelných aspektech každodenního života, od sportu přes počasí až po vojenské konflikty. Ale v zásadě je síla konceptem zakořeněným ve fyzice, kde má velmi konkrétní a kritický význam. Standardní jednotka síly je newton (N), která se rovná kg ⋅ m / s2.
Síla je jednou ze dvou veličin fyziky, které ovlivňují pohyb objektu, druhým je hmota. Popis pohybu objektů ve vesmíru se nazývá kinematika, která bere v úvahu polohu, rychlost a zrychlení; zahrnutí síly a hmotnosti do studia pohybu zavádí pojem dynamika.
Newtonovy zákony pohybu
Než se dozvíte o konkrétních silách a o tom, jak provádět výpočty zahrnující tuto veličinu, je užitečné si prohlédnout tři základní zákony pohybu, které vytvořil Isaac Newton:
1. Každý objekt ve stavu neustálého pohybu (včetně odpočinku) v tomto stavu zůstane, pokud na něj nebude působit vnější síla.
2. Síla je produktem hmoty a zrychlení.
3. Pro každou sílu existuje síla opačná ve směru a stejné velikosti.
Newtonův druhý zákon
Příklady sil
Sílu si můžete představit jako něco, co tlačí nebo táhne; i když je to užitečné jako metafora, nedělá to moc pro to, abyste podpořili porozumění reálnému světu. Místo toho je seznam, který zobrazuje rozsah přírodních sil, lepším nástrojem pro seznámení se silami, které použijete při výpočtech fyziky.
Hmotnost je záhadná síla, která působí na všechny objekty s hmotou a je výsledkem gravitace, která má na povrchu Země hodnotu 9,8 metrů za sekundu na druhou (9,8 m / s2). Napětí, pružnost, tření a tzv normální síla jsou síly, které působí na pevné látky; vztlak, vztlak, tah a odpor jsou síly jedinečně spojené s kapalinami (kapalinami a plyny).
The elektrostatický a magnetický síly jsou spojeny s nabitými částicemi. Příroda také zahrnuje čtyři základní síly které vedou ke vzniku všech ostatních sil. Jedním z nich je gravitace, která je zdaleka nejslabší základní silou; ostatní jsou elektromagnetismus a silný a slabá jaderná energie interakce v atomech.
Silová rovnice
Standardní forma vzorce síly napříč fyzikou uvádí, že čistá vnější síla na objektu je součin jeho hmotnosti a jeho zrychlení:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Tady jsou síla a zrychlení vektorové veličiny, což znamená, že mají jak hodnotu (velikost představovanou číslem), tak směr v prostoru s nimi spojený. Mass je a skalární veličina, což znamená, že je popsán plně z hlediska své velikosti.
Příklad výpočtu síly
Kompaktní vůz s hmotností 1 000 kg zrychluje přímo na sever rychlostí 5 m / s2. Jaká je síla vyprodukovaná tímto zrychlením?
F = (1 000 kg) (5 m / s2) = 5 000 N.
Vůz nakonec dosáhne rychlosti 40 m / s (asi 90 mil za hodinu) a při této rychlosti se vyrovná. Jaká je nyní vnější síla na auto?
Toto je nějaká triková otázka. Zatímco rychle jedoucí auto má dostatek hybnosti, pokud auto nezaznamená zrychlení, obě strany síly rovnice jsou nula a na systém nepůsobí žádná čistá vnější síla, v tomto případě sestávající pouze z auto. Fyzické množství největšího zájmu zde, hybnost, je součin hmotnosti a rychlosti v (porovnejte to s rovnicí síly).