Siła wypadkowa to siła, która mogłaby zastąpić działające na ciało siły składowe. Składanie sił to wyznaczanie siły wypadkowej.
Jeśli siły składowe mają taki sam kierunek i zwrot, to siła wypadkowa ma kierunek i zwrot sił składowych i wartość równą sumie wartości sił składowych.
Jeśli siły składowe mają taki sam kierunek i przeciwne zwroty, to siła wypadkowa ma zwrot siły o większej wartości i wartość równą różnicy wartości sił składowych.
Siły równoważące się to siły, które mają taki sam kierunek i wartości, przeciwne zwroty i są przyłożone do tego samego ciała. Wypadkowa siła równoważących się jest równa 0 N.
Jeśli siły mają różne kierunki, to siłę wypadkową wyznaczamy stosując metodę równoległoboku – siła wypadkowa jest przekątną równoległoboku zbudowanego w oparciu o wektory składowe.
Skutki działania siły mogą być statyczne lub dynamiczne. Skutki statyczne związane są z odkształceniem, jakiemu ulega ciało, na które działa siła. Skutkiem dynamicznym jest zmiana prędkości ciała, na które działa siła.
Bezwładność – to zjawisko zachowania prędkości przez ciało, kiedy nie działają na nie żadne siły lu działające siły się równoważą.
I zasada dynamiki Newtona (zwana też zasadą bezwładności) mówi, że jeśli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku, lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Do utrzymania ciała w ruchu nie jest konieczne ciągłe działanie siły.
Pierwsza zasada dynamiki Newtona jest spełniona tylko w układach odniesienia, które same nie są przyspieszane.
II zasada dynamiki Newtona
II zasada dynamiki mówi, że jeśli na ciało działa stała, niezrównoważona siła, to porusza się ono ruchem jednostajnie przyspieszonym, bądź jednostajnie opóźnionym (jeśli siła działa przeciwnie do kierunku ruchu). Przyspieszenie, jakie ma wtedy ciało jest wprost proporcjonalne do działającej siły (im większa siła tym większe przyspieszenie) i odwrotnie proporcjonalne do masy ciała (im większa masa tym mniejsze przyspieszenie).
Przyspieszenie ciał może być obliczone wzorem: 𝑎 =𝐹𝑚𝑤 a – przyspieszenie lub opóźnienie ciała [𝑚 𝑠⁄ ] 2
𝐹𝑤 – siła wypadkowa [N]
m – masa ciała [kg]
Na podstawie tego wzoru możemy zdefiniować jednostkę siły:
1 Niuton jest to siła, jaka ciału o masie 1 kg nadaje przyspieszenie 1 𝑚 𝑠⁄ 2 1𝑁 = 1𝑘𝑔 ∙ 1 𝑚⁄ 𝑠2
Masa a siła ciężkości
Siła ciężkości – (ciężar) to siła z jaką Ziemia (lub inne ciało kosmiczne) przyciąga ciała znajdujące się na swej powierzchni.
Siła ciężkości jest wprost proporcjonalna do masy ciała.
Współczynnik proporcjonalności pomiędzy masą a siłą ciężkości to przyspieszenie grawitacyjne. W przypadku ciał znajdujących się na powierzchni Ziemi przyspieszenie grawitacyjne nazywamy przyspieszeniem ziemskim.
Masa ciała jest miarą ilości materii ciała fizycznego. Masa ciała nie zależy od miejsca w jakim się znajduje.
Zgodnie z drugą zasadą dynamiki siłę ciężkości można zapisać następująco:
𝐹𝐶 = 𝑚 ∙ 𝑔 gdzie m – masa ciała
g – przyspieszenie grawitacyjne na danej planecie (na Ziemi~10 𝑚 𝑠⁄ ) 2 Siła ciężkości jest wielkością wektorową.
Masę mierzymy wagą a siłę ciężkości siłomierzem.
Spadek swobodny
Spadek swobodny to ruch jednostajnie przyspieszony ciała pod wpływem siły ciężkości (bez prędkości początkowej i uwzględniania oporów ruchu).
Jeśli spadek jest swobodny, to czas spadania z zadanej wysokości nie zależy od masy spadającego ciała.
Prędkość osiągana przez ciało podczas spadania po czasie t:
𝑣 = 𝑔 ∙ 𝑡 Czas spadania z wysokości h
𝑡 = √2 ∙ ℎ 𝑔
III zasada dynamiki Newtona
III zasada dynamiki (zwana też zasadą akcji – reakcji) mówi, że jeśli jedno ciało działa na drugie pewną siłą, to drugie oddziałuje na pierwsze siłą o takim samym kierunku i wartości, lecz przeciwnym zwrocie.
𝐹𝐵𝐴= −𝐹𝐴𝐵 gdzie 𝐹𝐵𝐴 - siła pochodząca od ciała B i działająca na ciało A
𝐹𝐴𝐵 - siła pochodząca od ciała A i działająca na ciało B
Siły akcji i reakcji pochodzą od różnych ciał i działają na dwa różne ciała dlatego się nie równoważą Przykładem zastosowania III zasady dynamiki jest silnik odrzutowy. Silnik wyrzuca z dużą prędkością gazy, a te pchają pojazd do przodu.
Opory ruchu
Między każdymi stykającymi się powierzchniami występują siły tarcia.
Tarcie to siła działająca na powierzchni styku ciał, o zwrocie przeciwnym do zwrotu siły zmierzającej do przesunięcia tego ciała.
Tarcie występuje zarówno podczas wprawiania ciała w ruch jak i w trakcie ruchu.
Tarcie można zmniejszyć stosując smar.
Tarcie toczne jest mniejsze od tarcia przesuwnego.
Wartość siły tarcia zależy od rodzaju stykających się powierzchni (im bardziej chropowate, tym większa siła tarcia) oraz od siły nacisku. Obliczamy ją ze wzoru:
𝐹𝑡 = 𝑓 ∙ 𝐹𝑁
gdzie f oznacza współczynnik tarcia, który charakteryzuje stykające się powierzchnie.
Tarcie możemy podzielić na kilka rodzajów:
statyczne, czyli pojawia się w momencie prób przemieszczania się ciał względem siebie.
kinetyczne (dynamiczne), występuje między powierzchniami ciał będącymi w ruchu.
Tarcie dynamiczne dzielimy na :
tarcie przesuwne, kiedy ciała ślizgają się po sobie (np. ślizganie się sanek po śniegu),
tarcie toczne, kiedy ciała lub elementy się toczą (np. toczenie się koła pojazdu po drodze).
Na poruszające się ciała działają też siły oporu powietrza, które zależą od kształtu ciała, a także od jego prędkości. Wraz ze wzrostem prędkości rosną siły oporu.
