Síla je vektorové množství: proč, jak, důkaz a podrobná fakta

Síla je vektorová veličina a její jednotka SI je Newton.

Aby se jednalo o vektorovou veličinu, měli bychom mít směr i velikost. Protože síla má směr i velikost, je to vektorová veličina.

Je síla vektorová veličina? Rozhodně je to vektorová veličina. Je zřejmé, že každá veličina má velikost. Ale v tomto případě by to bylo velmi matoucí, kdyby člověk neznal směr, bylo by nemožné vyřešit hádanku. Síla má tedy jak velikost, tak směr. Jde tedy o vektorovou veličinu.

Co je síla?

Síla je vnější faktor zodpovědný za změnu stavu těla.

Buď by to tělo tlačilo, aby je uvedlo do pohybu, nebo by to zastavilo v pohybu; může to fungovat oběma způsoby. Slavný řecký filozof Aristoteles řekl, že síla způsobuje „nepřirozený pohyb“.

Protože síla je vektorová veličina, je označena šipkou nad ní jako:

Vzorec pro odvození síly je dán takto: F = ma

Jednotka SI síly je Newton (N) nebo kg. slečna².

Rozměry síly jsou uvedeny jako: LMT^-2

Dále se silou souvisí tři pojmy. První je Tah, ve kterém se zvyšuje rychlost objektu. Táhnout, ve kterém je rychlost objektu snížena. A točivý moment, ve kterém se mění rychlost otáčení objektu. Tlak může být odkazoval se na ještě jiný typ síly, a to je rozložení malých sil působících na těleso.

Existuje kontaktní síla, která vyžaduje fyzický kontakt mezi dvěma předměty. Kontaktní síly zahrnují některé nezákladní síly, jejichž příklady jsou uvedeny níže. Pak existují bezkontaktní síly, které nepotřebují fyzický kontakt mezi předměty. Bezdotykové síly zahrnují základní síly uvedené níže.

V přírodě existují čtyři základní typy sil.

1. Gravitační síla – je to univerzální síla, která působí mezi masami a je vždy přitažlivá.
2. Elektromagnetická síla – působí mezi nabitými částicemi a je desetkrát silnější než gravitační síla. Může být atraktivní nebo odpudivý. Magnetická síla je druh elektromagnetické síly.
3. Slabý Jaderná síla –Objevuje se pouze ve specifických jaderných procesech, jako je beta-rozpad jádra (β-rozpad). Je silnější než gravitační síla, ale slabší než elektromagnetická a silná jaderná síla.
4. Silná jaderná síla – je mocnější než všechny základní přírodní síly. V jádře drží pohromadě protony a neutrony. Elektrony tuto sílu nepociťují.

Když se základní síly vzájemně ovlivňují, v důsledku toho vznikají nezákladní síly. Některé z nefundamentálních sil jsou:

1. Normální síla – působí kolmo k povrchu, kterého se předmět dotýká.
2. Třecí síla – je to povrchová síla, která vzdoruje pohybu předmětu. Dále se dá zařadit do statické tření a kinetické tření.
3. Napětí – působí, když je předmět tažen lany, provázky nebo kabely atd.
4. Elastická síla – působí, když se tělo po protažení vrátí do původního tvaru a velikosti. Tělo prý není ovlivněno silou.
5. Stres – je to síla působící na jednotku plochy na těleso.
6. Dostředivá síla – nazývá se také fiktivní nebo pseudo síla. Objekt je povinen sledovat zakřivenou dráhu. Má tendenci táhnout předmět za střed.
7. Odstředivá síla – je to také fiktivní nebo pseudo síla. Je to opak dostředivá síla a má tendenci odtahovat předmět od středu.

Přečtěte si více o Druhy sil.

Proč je síla vektorová veličina?

Objekt by měl mít jak velikost, tak směr, aby byl vektorovou veličinou.

Jak jsme se dozvěděli výše, aby byl objekt vektorovou veličinou, měl by mít jak velikost, tak směr, ale to nestačí. Aby objekt byl vektorovou veličinou a abychom to dokázali matematicky, měl by se řídit zákony vektorového sčítání nebo odčítání.

Jako příklad uvažujme krabici ležící na stole, na kterou působí různé síly. Gravitační síla ji stáhne dolů a stejná a opačná normální síla ji vytáhne nahoru. Nyní se tyto síly vzájemně vyvažují a v důsledku toho čistá síla bude nula a my říkáme, že se krabice nepohybuje.

Nyní, pokud chceme krabici posunout, musíme na ni vyvinout určitou sílu. Ale na které straně? Řekneme-li, že jsme na krabici působili silou 3 Newtony, jak budeme vědět, kde se krabice pohybuje? Je tedy nutné zmínit směr. Bude to dávat smysl, když řekneme, že potřebujeme na pravou stranu vyvinout sílu 3 Newtony, což usnadní pochopení, že se krabice pohybuje správným směrem.

Chceme-li tedy krabičku posunout na levou stranu, zatlačíme (použijeme sílu) na levou stranu, a pokud chceme krabičku posunout na pravou stranu, použijeme sílu na pravou stranu.

Existuje mnoho různých metod, kterými lze vektory sčítat nebo odečítat, které budeme dále studovat v tomto článku.

Mezi zákony sčítání vektorů patří

1. Sčítání nebo odčítání složek vektoru
2. Trojúhelníkový zákon sčítání vektorů
3. Paralelogramový zákon sčítání vektorů
4. Polygonový zákon sčítání vektorů

Nejprve stručně pochopíme zákony sčítání vektorů.

1. Trojúhelníkový zákon sčítání vektorů se aplikuje, když jsou dva vektory uspořádány ve formátu hlava-ocas.
2. Paralelogramový zákon sčítání vektorů se aplikuje, když jsou dva vektory uspořádány hlava na hlavě nebo ve formátu ocasu k ocasu.
3. Sčítání a odčítání se provádí v jednoduché matematice.
4. Vektory nelze přičítat ani odečítat ke skalárům a naopak.
5. Vektory přesné povahy lze sčítat nebo odečítat. Například síla by měla být přidána nebo odečtena pouze silou a nikoli rychlostí nebo jakýmkoli jiným vektorem.

Přečtěte si více o Druhy vnějších sil.

Jak dokázat, že síla je vektorová veličina?

Jak bylo uvedeno výše, mělo by být matematicky prokázáno, že síla je vektor.

• Sčítání nebo odčítání složek vektoru

Pro sčítání nebo odečítání vektoru by měly být složky vektoru přidány nebo odečteny.

Například níže jsou dva vektory.

Potom součet dvou vektorů bude:

Rozdíl mezi těmito dvěma vektory bude:

• Trojúhelníkový zákon sčítání vektorů

V této metodě je hlava jednoho vektoru spojena s koncem jiného vektoru a jako výsledek je vytvořena diagonála, která je výsledným vektorem. Dodržuje formát hlava-ocas.

Například,

Proto,

Když člověk chce najít úhel mezi vektorem

, lze jej najít pomocí vzorce:

• Paralelogramový zákon sčítání vektorů

V této metodě se ocas nebo hlava jednoho vektoru spojí s ocasem nebo hlavou jiného vektoru a jako výsledek se vytvoří diagonála. Dodržuje formát hlava-hlava nebo ocas-ocas.

Vzorec pro nalezení výslednice tedy zůstane stejný jako u trojúhelníkového zákona o sčítání vektorů. tj,

• Polygonový zákon sčítání vektorů

V této metodě bude každá strana mnohoúhelníku představovat vektor. Tento mnohoúhelník bude rozdělen na trojúhelníky a pomocí trojúhelníkového zákona o sčítání vektorů bude snadné vypočítat všechny vektory.

Tento zákon platí pro libovolný počet vektorů a je vždy reprezentován v cyklickém pořadí.

Proč je elektrická siločára vektorovou veličinou?

Fiktivní čáry, které znázorňují směr elektrického pole, jsou známé jako elektrické siločáry.

Elektrická siločára je síla, tedy vektorová veličina. Síla je ve skutečnosti vektor, takže jasně činí z elektrické siločáry vektorovou veličinu. Má tedy jak velikost, tak směr.

Elektrická siločára je populárně známá jako Elektrické polea udává se jako síla na jednotku náboje. Jednotka SI pro elektrické pole je Newton na Coulomb (N/C), nebo někdy také udávána jako Volty na metr (V/m).

Vzorec pro elektrické pole je dán takto:

E=F/q

Jak je patrné z obrázku výše, elektrické siločáry jsou znázorněny vektorovými šipkami. Jak je ukázáno výše, pokud je náboj kladný, čáry vycházejí z náboje a pokud je náboj záporný, čáry přecházejí do náboje.

Pokud je ve vesmíru přítomen pouze kladný náboj, pak se říká, že elektrické siločáry vycházejí z kladného náboje a sahají do nekonečna. Podobně, pokud je v prostoru přítomen pouze záporný náboj, pak se říká, že elektrické siločáry přicházejí z nekonečna k zápornému náboji.

Čáry jsou kratší, když jsou blízko nabití a delší, když jsou mimo něj. Elektrické siločáry se nikdy neprotínají, přesto jsou extrémně husté. Když se elektrické siločáry setkají s povrchem jakéhokoli předmětu, elektrické siločáry se stanou kolmými k povrchu. Tyto linie nejsou viditelné, ale experimentálně prokázány.

S pomocí směru tedy můžeme naznačit, že kladné náboje přitahují záporné náboje, ale odpuzují jiné kladné náboje. Podobně se záporné náboje přitahují ke kladným nábojům, ale odpuzují jiné záporné náboje.

Chceme-li tedy popsat elektrické siločáry, nelze to provést bez pomoci směru. Zda je náboj kladný nebo záporný, lze určit pouze pomocí směru. Jakmile je stanoven neznámý náboj náboje, lze najít elektrické pole, jeho sílu, elektrický tok, atd. tedy můžeme říci, že elektrické siločáry jsou vektorovou veličinou.

Také čtení:

• Jak najít normálovou sílu mezi dvěma bloky
• Jak najít třecí sílu bez koeficientu
• Příklad Coriolisovy síly
• Výsledná síla a čistá síla
• Co dokáže vyvinout sílu
• Příklady svalové síly
• Příklady síly tření
• Vzorec gravitační síly
• Gravitační síla Země
• Příklady síly odporu vzduchu