Шта су Силе? (Стање)

Иако сте вероватно упознати са речју „сила“ и чули сте је како се користи у свакодневним разговорима („Нисам имао избора - приморао ме је на то!“), Да ли знате физичку дефиницију силе?

У овом чланку ћете научити не само шта је сила заправо, већ и одакле је идеја потекла и како се користи у физици.

Да бисте ушли у прави физички начин размишљања за разумевање сила, подсетите се онога што знате кретање. Можете описати положај објекта (положај у простору) и можете описати како се тај положај мења у времену; стопа промене положаја у јединици времена јебрзина. Такође можете описати како се та брзина мења - назива се брзина промене брзине у јединици временаубрзање​.

Ове физичке величине - положај, брзина и убрзање - су све векторске величине, што значи да су са њима повезани величина и смер.

Ако неки предмет мирује, попут камена који седи на плочнику, вероватно сте прилично уверени да ће остати тамо док се нешто не покрене. Или га неко ко шета тротоаром шутне ногом, или је можда стена довољно лагана да је може погурати јак ветар. Када се то догоди, његово кретање се мења. Како ћемо сазнати, физичка величина која узрокује ову промену је сила.

Вероватно такође имате неки осећај да се одређени предмети теже крећу од других. Замислите мали каменчић у поређењу са тешком каменом. Морали бисте ударати каменом пуно јаче да бисте се покренули. Слично томе, ако су се два предмета - лагани и тешки - већ кретала, много је теже зауставити се тежи.

Овај отпор објекта на било какве промене у његовом кретању назива се његов инерција. Колика је сила потребна за спровођење одређене промене односиће се на масу, која је мера инерције.

Идеја о сили постоји већ дуже време, али у великој мери није била добро схваћена због погрешних тумачења трења.

Аристотел је предложио да сви предмети имају природно стање у којем желе да се одморе и да ће то чинити уколико не делује сила. Овим појмом је објаснио зашто предмети падају на земљу или се полако заустављају након што су гурнути.

Галилео је, међутим, оповргнуо ову идеју и објаснио постојање зауставне силе која се назива трење. Утврдио је да ће се објекти и даље кретати праволинијским стазама ако не постоји трење које би их успорило.

Сир Исаац Невтон дао је већу формализацију Галилејевим запажањима са својим познатим три закона кретања. Успео је да опише шта силе раде, како делују и чак концепту припише бројеве са јединицама.

Њутнов први закон кретања - који се понекад назива и законом инерције - каже да објекат у мировању остаје у стању мировања уколико на њега не делује неуравнотежена сила. Овај део је прилично интуитиван кад се сетите ударца ногом о стену. Даље, овај закон каже да ће сваки објекат који се подвргава константној брзини кретања (кретање константном брзином у праволинијској путањи) то и даље чинити уколико на њега не делује нето спољна сила.

Тај други део првог закона је мање интуитиван јер у нашој свакодневној интеракцији предмети немају тенденцију да се крећу заувек. Али то је зато што на њих делује отпорна сила која се назива трење.

Њутнов други закон кретања каже да је нето сила на објекат (која је векторски збир свих сила које делују) једнака умношку предмета миса и убрзање. Другим речима:

Њутнов други закон кретања био је у стању да објасни зашто је то што на јаке предмете морате јаче притискати него на лакше предмете да бисте натерали да промене своје кретање. Такође је формално повезао силу са физичком величином убрзања, што је промена у кретању објекта.

Њутнов трећи закон кретања даље је објаснио како силе долазе у паровима. У њему се наводи да ако објекат А примењује силу на објекат Б, онда објекат Б примењује силу на објекат А која је једнака по величини и у супротном смеру од силе према објекту Б.

Трећи Њутнов закон објашњава зашто пушке устукну кад се у њих пуца и зашто, ако стојите на скејтборду и притиснете зид, на крају се котрљате уназад.

Сила се може сматрати потиском или повлачењем. Ако само једна сила делује на објекат, та појединачна сила ће проузроковати да се кретање предмета мења обрнуто пропорционално његовој маси.

Сила је векторска величина, што значи да има величину и смер. Правац нето силе је увек исти као смер убрзања или промене кретање (које може бити супротно смеру кретања у таквим ситуацијама када објекат успорава доле.)

СИ јединица снаге је њутн где је 1 Н = 1 кгм / с². ЦГС јединица је дин, где је 1 дин = 1гцм / с².

Већ знате да и сами можете вршити силу на предмет тако што ћете га гурнути или повући. Ово се назива контактном силом јер захтева контакт. Али постоје и многе друге врсте снага.

Списак неких уобичајених сила са којима се сусрећете током студија физике укључује следеће:

• ​Сила гравитације:Тхе сила гравитације на објекту може се посматрати током кретања у слободном паду, у којем се објекат убрзава према земљи. Али гравитациона сила је такође оно што одржава планете у орбити и оно што вас спречава да не полетите у свемир.
• ​Нормална сила:Ово је сила потпоре која делује окомито на површину и која спречава пад предмета пред подом или плочом стола.
• ​Електромагнетна сила:Ово се колективно односи на магнетне силе и електростатичке силе. Ове врсте сила су резултат наелектрисања или покретног наелектрисања. То је разлог зашто се електрони одбијају и магнети се држе заједно.
• ​Силе трења:Тхе сила трења је сила која се супротставља кретању предмета. То је разлог што је теже клизати књигу преко стола него клизати књигу преко ледене плоче. Сила трења варира у зависности од површина које су у међусобном контакту.
• ​Отпор ваздуха:Ова сила је слична трењу. Резултат је то што се ваздух сам супротставља кретању предмета који падају кроз њега. Ако предмет падне довољно дуго, сила отпора ваздуха довешће до постизања крајње брзине.
• ​Сила затезања:Ово је врста силе која се преноси дуж жице, жице или било чега сличног.
• ​Остале основне снаге:Постоје четири основне силе природе. Два су гравитација и електромагнетизам, који су већ били наведени, а друга два су слаба нуклеарна сила и јака нуклеарна сила. Ове последње две обично утичу само на ствари на субатомској скали, због чега можда никада нисте чули за њих.

Други Њутнов закон помиње а мрежна сила. Нето сила на објекат је векторски збир свих сила које делују на објекат.

На пример, можете имати двоје људи који једнаким снагама гурају блок у супротним смеровима. Али на крају нето сила износи 0, што значи да се блок не помера јер се те две силе међусобно поништавају.

Дијаграми слободног тела су скице које можете нацртати указујући на величину и смер сваког вектора силе на објекту стрелицом пропорционалне дужине која показује у смеру силе. Када решавате физичке проблеме који укључују силе, вероватно ћете скицирати велики број ових дијаграма јер је то помаже у визуелизацији сила које делују и чини јаснијим како сабрати снаге да би се добила мрежа сила.

Ако на објекту не постоји нето сила, то по другом Њутновом закону значи да је убрзање објекта 0. Другим речима, објекат мора имати константну брзину.

• Имајте на уму да константна брзина није исто што и 0 брзина. На пример, објекат који се креће константно 2 м / с нужно нема нето силу која делује на њега.

Можда сте чули за силу која се назива центрипетална сила. Ово није наведено са осталим силама у претходном одељку, јер је то заправо врста нето силе. То је нето сила у радијалном смеру за било који предмет који се креће кружно.

Кружно кретање, чак и при константној брзини, није кретање са константном брзином, јер не одржава праволинијску путању. Нека комбинација сила мора деловати да изазове кружно кретање. Центрипетална сила је радијална нето сила која узрокује ову врсту кретања.

• Не мешајте центрипеталну силу са центрифугалном силом. Ово последње се заправо сматра псеудо-силом. Чини се да сила делује на предмет који се креће кружно. На пример, када сте у аутомобилу који скрене иза угла, можете се осећати као да вас притискају уз бок аутомобила, али оно што се заправо догађа је да вас сила вуче у закривљена стаза.

Изгледа да одређене снаге делују мистериозно без контакта. Један пример који вам је познат је гравитациона сила. Када се објекат баци, земља га вуче ка себи, а да га ни не додирне.

Једно математичко средство које су физичари развили да би описали овај феномен је појам поља. (Да, „поље силе“, али не оно које вас штити од фотонских торпеда!)

Гравитационо поље је додељивање, свакој тачки у простору, вектора који указује на релативну величину и правац гравитационе силе на том месту независно од тога који објекат може на њему искусити силу локација. Вредност гравитационог поља у било којој датој тачки била би једноставно гравитациона сила коју би маса осетиламна том месту, али подељено сам​.

Овај појам поља сила омогућава објашњење ових „мистериозних“ сила које изгледа делују не додирујући ништа, описујући силу као резултат предмета који је у интеракцији са поље.

Баш као гравитациона поља, можете имати и електрично поље или магнетно поље које описују релативна сила по јединици наелектрисања или (сила по јединици магнетног момента) коју би објекат осећао у било ком одређеном случају локација.