Opracowanie edukacyjne
Co trzeba wiedzieć przed quizem?
Siła opisuje oddziaływanie mogące zmienić ruch albo odkształcić ciało. Jest wektorem, dlatego ma wartość, kierunek, zwrot i punkt przyłożenia. Zasady dynamiki łączą wypadkową wszystkich sił z zachowaniem ciała; nie wystarczy zauważyć jednej siły i pominąć pozostałe.
Po tej lekcji potrafisz
- rysować i dodawać siły
- rozpoznawać równowagę
- stosować zasady dynamiki
- odróżniać masę od ciężaru
Siła i wypadkowa
Jednostką siły jest niuton. Siłomierz mierzy wartość siły dzięki odkształceniu sprężyny. Na schemacie wektor zaczyna się w punkcie przyłożenia, a długość strzałki odpowiada wartości w przyjętej skali. Siły wolno dodawać jak wektory, z uwzględnieniem ich kierunków i zwrotów.
Dwie siły wzdłuż jednej prostej o zgodnych zwrotach sumują się, a o przeciwnych — odejmują. Siła wypadkowa zastępuje łączne działanie wielu sił. Siła równoważąca ma tę samą wartość i kierunek co wypadkowa, lecz przeciwny zwrot.
Bezwładność i I zasada
Jeśli wypadkowa jest zerowa, ciało pozostaje w spoczynku albo porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Ruch nie wymaga więc stałej siły; siła jest potrzebna do zmiany prędkości. Opory ruchu sprawiają, że codzienne obserwacje mogą tę zasadę przesłaniać.
Masa jest miarą bezwładności. Przy ruszaniu autobusu ciało pasażera zachowuje dotychczasowy stan ruchu względem podłoża, a przy hamowaniu dąży do dalszego ruchu. Pasy nie usuwają bezwładności, lecz bezpieczniej wywierają siłę potrzebną do zatrzymania pasażera.
II i III zasada
Druga zasada wiąże przyspieszenie z wypadkową: F=m·a. Ta sama siła nadaje mniejszej masie większe przyspieszenie. Do wzoru wstawia się wypadkową, a nie dowolną wybraną siłę. Kierunek przyspieszenia jest zgodny z kierunkiem wypadkowej.
Zgodnie z trzecią zasadą dwa ciała działają na siebie siłami równymi co do wartości i przeciwnie skierowanymi. Siły te nie równoważą się, bo działają na różne ciała. Koło odpycha podłoże do tyłu, a podłoże działa na koło siłą do przodu.
Siły w otoczeniu
Ciężar jest siłą grawitacji działającą na ciało, natomiast masa pozostaje miarą bezwładności. Podłoże działa siłą nacisku prostopadłą do powierzchni. Tarcie przeciwstawia się względnemu ruchowi powierzchni i może być użyteczne, jak podczas chodzenia, albo niepożądane.
Siła sprężystości pojawia się przy odkształceniu, opór powietrza zależy między innymi od kształtu i szybkości, a wypór działa na ciało w płynie. Dobry diagram przedstawia wyłącznie siły działające na analizowane ciało, nie siły przez nie wywierane na otoczenie.
Chronologia
| Data | Wydarzenie |
|---|---|
| 1 | wybierz analizowane ciało |
| 2 | narysuj wszystkie siły |
| 3 | wyznacz wypadkową |
| 4 | zastosuj właściwą zasadę dynamiki |
Najważniejsze pojęcia
- siła wypadkowa
- wektorowy wynik działania wszystkich sił
- bezwładność
- tendencja do zachowania stanu ruchu
- masa
- miara bezwładności
- tarcie
- oddziaływanie przeciwstawiające się względnemu przesuwaniu
Najczęstsze pomyłki
- Zerowa wypadkowa nie oznacza koniecznie spoczynku.
- Akcja i reakcja działają na różne ciała.
- Masa w kilogramach nie jest ciężarem w niutonach.
Podsumowanie do zapamiętania
- Siła jest wektorem.
- Wypadkowa decyduje o przyspieszeniu.
- Masa mierzy bezwładność.
- Trzy zasady dynamiki opisują zmianę ruchu i wzajemne oddziaływania.