Witajcie! Przygotowujemy się do sprawdzianu z fizyki, dział 3, dla klasy 7. Skupimy się na zagadnieniach związanych z siłami i ich skutkami. To bardzo ważny temat, bo opisuje, jak obiekty oddziałują ze sobą i jak się poruszają.
Siła – definicja i jednostka
Siła to oddziaływanie między ciałami, które może powodować zmianę stanu ruchu ciała lub jego odkształcenie. Oznacza to, że siła może sprawić, że coś zacznie się poruszać, zatrzymać, zmienić kierunek ruchu, albo po prostu zmienić swój kształt. Wyobraź sobie, że pchasz wózek – to Ty działasz na niego siłą.
Jednostką siły w układzie SI jest niuton (N). Jeden niuton to siła, która nadaje ciału o masie 1 kg przyspieszenie 1 m/s². Pomyśl o jabłku, które spada z drzewa. Na to jabłko działa siła grawitacji, która powoduje, że jabłko przyspiesza w dół.
Siłę oznaczamy zazwyczaj literą F. Jest to wielkość wektorowa, co oznacza, że ma zarówno wartość (czyli wielkość), jak i kierunek. Na przykład, jeśli pchasz wózek, to siła ma wartość (np. 10 N) i kierunek (np. w prawo).
Rodzaje sił
W fizyce wyróżniamy różne rodzaje sił. Najczęściej spotykane to: siła grawitacji, siła sprężystości, siła tarcia, siła nacisku i siła oporu powietrza. Każda z tych sił ma swoje specyficzne cechy i wpływa na ruch ciał w różny sposób.
Siła grawitacji
Siła grawitacji to siła, z jaką Ziemia (lub inne ciało niebieskie) przyciąga wszystkie inne obiekty. To właśnie dzięki niej możemy stać na Ziemi, a nie unosić się w powietrzu. Wartość siły grawitacji zależy od masy ciała i masy Ziemi oraz od odległości między nimi.
Ciężar ciała to właśnie siła, z jaką Ziemia przyciąga dane ciało. Obliczamy go ze wzoru: Ciężar = masa * przyspieszenie ziemskie (g). Przyspieszenie ziemskie wynosi około 9,81 m/s², ale często zaokrąglamy do 10 m/s² dla uproszczenia obliczeń. Pamiętaj, że masa to ilość materii w ciele, a ciężar to siła, z jaką Ziemia na to ciało działa.
Siła sprężystości
Siła sprężystości pojawia się, gdy odkształcamy ciało sprężyste, np. rozciągamy gumkę lub ściskamy sprężynę. Ciało sprężyste dąży do powrotu do swojego pierwotnego kształtu i generuje siłę, która się temu odkształceniu przeciwstawia. Im większe odkształcenie, tym większa siła sprężystości.
Przykładem jest naciągnięcie łuku przed wystrzeleniem strzały. Łuk, będąc ciałem sprężystym, stawia opór naciągnięciu, gromadząc energię, która później zostaje przekazana strzale.
Siła tarcia
Siła tarcia występuje, gdy dwa ciała stykają się ze sobą i przesuwają względem siebie. Zawsze działa w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu i hamuje ten ruch. Na przykład, kiedy przesuwamy szafę po podłodze, to tarcie utrudnia nam to zadanie.
Wyróżniamy tarcie statyczne (kiedy ciała spoczywają względem siebie, ale przykładamy siłę, która próbuje je wprawić w ruch) i tarcie kinetyczne (kiedy ciała już się poruszają względem siebie). Tarcie kinetyczne jest zazwyczaj mniejsze od tarcia statycznego. Dlatego trudniej jest wprawić coś w ruch, niż utrzymać to w ruchu.
Siła nacisku
Siła nacisku to siła, z jaką ciało działa na powierzchnię, na której spoczywa. Jest ona skierowana prostopadle do tej powierzchni. Na przykład, książka leżąca na stole wywiera na stół siłę nacisku, równą co do wartości jej ciężarowi.
Siła oporu powietrza
Siła oporu powietrza to siła, która działa na ciało poruszające się w powietrzu. Podobnie jak tarcie, opór powietrza hamuje ruch ciała. Zależy od kształtu ciała, jego prędkości i gęstości powietrza. Dlatego samoloty mają opływowy kształt, aby zmniejszyć opór powietrza i zużywać mniej paliwa.
Składanie sił
Często na jedno ciało działa kilka sił jednocześnie. Aby określić, jak to ciało się zachowa, musimy te siły złożyć, czyli znaleźć siłę wypadkową. Jeśli siły działają w tym samym kierunku, to ich wartości dodajemy. Jeśli działają w przeciwnych kierunkach, to ich wartości odejmujemy.
Jeśli siły działają pod kątem, to musimy skorzystać z metody graficznej (rysujemy wektory sił i znajdujemy wektor wypadkowy) lub z metod bardziej zaawansowanych, które poznasz w przyszłości. Ważne jest, aby pamiętać, że siła wypadkowa decyduje o tym, czy ciało będzie się poruszać, zatrzyma, czy zmieni kierunek ruchu.
Ruch jednostajny i jednostajnie zmienny
Jeżeli na ciało nie działa żadna siła (lub siły się równoważą), to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Oznacza to, że porusza się ze stałą prędkością po linii prostej. Wyobraź sobie krążek hokejowy, który porusza się po lodzie – jeśli pominiemy tarcie, to będzie poruszał się ruchem jednostajnym.
Jeżeli na ciało działa stała siła niezrównoważona, to ciało porusza się ruchem jednostajnie zmiennym. Oznacza to, że jego prędkość zmienia się w sposób jednostajny (czyli o stałą wartość w każdej jednostce czasu). Jeśli siła powoduje wzrost prędkości, to mamy do czynienia z ruchem jednostajnie przyspieszonym. Jeśli siła powoduje spadek prędkości, to mamy do czynienia z ruchem jednostajnie opóźnionym.
Przykładowo, samochód ruszający z miejsca to przykład ruchu jednostajnie przyspieszonego (jeśli przyspieszenie jest stałe). Samochód hamujący to przykład ruchu jednostajnie opóźnionego (jeśli hamowanie jest stałe).
Powodzenia na sprawdzianie! Pamiętaj o definicjach, jednostkach i wzorach. Ćwicz rozwiązywanie zadań, aby lepiej zrozumieć, jak działają siły i jak wpływają na ruch ciał.
