Sila in pospešek fb
 

Sila in pospešek




Friderika Lavrič, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije fizike v naslednjih krajih: Ljubljana.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


V gradivu Sila kot vektor smo spoznali vsoto sil ali rezultanto in se naučili, da če je rezultatna sil na opazovano telo enaka nič, je telo v ravnovesju. To pomeni, da telo miruje ali pa se giblje enakomerno in premočrtno. V tem gradivu pa se bomo vprašali, kaj se zgodi, če vsota vseh sil, ki deluje na telo, ni enaka nič.


Če pa vsota sil na izbrano telo ni enaka nič, se:

  • telo deformira ali pa

  • se telesu spremeni hitrost ali smer gibanja.

V tem gradivu se bomo omejili na primer, ko se telesu spremeni hitrost gibanja, spremembo smeri gibanja pa bomo obravnavali v gradivu Sile pri kroženju.


Razmerja med silo, maso in pospeškom opisuje zakon dinamike. Zakon zajema naslednje primere delovanja sile na gibanje telesa:

  • Telo na začetku miruje in nanj začne delovati sila. Telo se začne gibati v smeri sile in hitrost mu enakomerno narašča s časom. Gibanje je enakomerno pospešeno.

  • Telo ima začetno hitrost in nanj začne delovati sila.

    • usmerjenost sile je enaka gibanju telesa. Telo začne pospeševati. Začetna hitrost mu enakomerno narašča, gibanje je enakomerno pospešeno.

    • usmerjenost sile je nasprotna gibanju telesa. Telo začne zavirati, začetna hitrost se mu enakomerno pospešeno manjša.


Posebni primer zakona dinamike je, ko na opazovano telo ne deluje nobena sila. Ta primer je enak primeru, ko je rezultanta sil na opazovano telo enaka nič; telo takrat:

  • miruje ali pa

  • se giblje enakomerno in premočrtno. Zaradi tega vztrajanja pri isti hitrosti (če na telo ne deluje nobena sila), pravimo, da telo vztraja v gibanju - temu posebnemu primeru pa pravimo prvi Newtonov zakon ali zakon vztrajnosti.


Drugi Newtonov zakon ali zakon dinamike



Avto v začetku miruje. Prižgemo motor in spustimo sklopko, da avto spelje. Sila motorja se prenaša na kolesa in s koles na cestišče. Avto pospešuje (slika 1). Po občutku vemo, da bo pospešek avta večji, če bo:

  • motor močnejši (proizvajal več sile);

  • masa avtomobila manjša.


Slika 1: avto pospešuje.



Zanima nas, kako so povezane med sabo veličine sila, masa in pospešek? O povezavi med naštetimi veličinami govori 2. Newtonov zakon ali zakon dinamike: drugi Newtonov zakon ali zakon dinamike pravi, da se masa m giba enakomerno pospešeno, če na njo deluje stalna sila. V obliki enačbe ga zapišemo:




Iz zgornje enačbe lahko tudi izrazimo enoto za silo N z osnovnimi enotami (m, kg, s). To storimo tako, da namesto sile zapišemo enoto N (Newton, beri njutn), namesto mase enota za maso kg, namesto pospeška pa enoto za pospešek: :




Zakon dinamike velja tudi, če na telo deluje več sil, katerih rezultanta se ne spreminja s časom - je konstanta. V tem primeru se glasi zakon dinamike: telo se giba enakomerno pospešeno, če je vsota vseh sil, ki deluje na njega konstantna:




kjer je:




Telo se giba enakomerno pospešeno, če na njega deluje stalna sila ali če je rezultanta vseh sil, ki deluje na njega konstantna.




Pospešek deluje v smeri sile (ali rezultante sil).



Pospešek ima vedno smer sile:

  • če deluje sila v isto smer kot hitrost telesa, je pospešek pozitiven; hitrost telesu narašča enakomerno pospešeno (glej sliko 2, levo).

  • če je delovanje sile nasprotno gibanju telesa, je sila negativna glede na hitrost gibanja telesa. Posledično je negativen tudi pospešek telesa in telo zavira (glej sliko 2, desno).


Slika 2: zunanja sila lahko telo pospešuje (slika levo) ali zavira (slika desno).



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Prvi Newtonov zakon ali vztrajnost telesa



Posebni primer zakona dinamike je, da je vsota vseh sil, ki delujejo na gibajoče telo z maso m enaka nič. V tem primeri je tudi pospešek nič. Ta zakon je znan tudi kot 1. Newtonov zakon.


Poglejmo si prvi Newtonov zakon skozi enačbe:



Ugotovili smo, da če je vsota sil, ki delujejo na telo enaka nič () iz tega sledi, da je prememba hitrosti enaka nič. Sprememba hitrosti je enaka nič v dveh primerih:

  • če telo miruje;

  • če se telo giblje enakomerno in premočrtno.


Prvi Newtonov zakon: telo miruje ali se giblje enakomerno in premočrtno, če je rezultanta vseh sil, ki delujejo na njega enaka nič.



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Sila teže



Sila teže ali gravitacijska sila na planetu zemlja je posledica privlačne sile dveh mas: planeta Zemlja in poljubnega telesa (več o tem v gradivu Gravitacija). V tem trenutku je dovolj, če vemo, Zemlja privlači vsako telo na planetu. To silo privlačnosti imenujemo sila teže ali gravitacijska sila. Oznaka za silo teže je zato .


Uporabimo zakon dinamike:



Kot smo se naučili v gradivu Prosti pad in navpični met, gravitacijski pospešek ni konstanta ampak je odvisen od:

  • kraja na Zemlji (na tečajih je malo večji kot na ekvatorju);

  • oddaljenosti od centra Zemlje (z višino gravitacijski pospešek pada);

  • sestave tal (težke rudnine večajo gravitacijski pospešek).

S kakšno natančnostjo gravitacijskega pospeška računamo, zavisi od ostalih podatki v dani vaji. Naštejmo nekaj približkov gravitacijskega pospeška:








Posledica gravitacijskega pospeška je, da telesa padajo proti zemlji. Telesa pa ne padajo proti zemlji, če silo teže uravnoteži sila podlage.


Silo teže dobimo s pomočjo zakona dinamike s tem, da poznamo maso in pospešek prostega pada.




Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »



glavni avtor in urednik gradiva: Satcitananda podjetje za proizvodnjo, trgovino in izobraževanje d.o.o., Ljubljana