Vnější síly: 5 důležitých faktů, které byste měli vědět

Sílu lze klasifikovat jako vnitřní nebo vnější síly. Budeme diskutovat o jejich druzích, které jsou vnější silou.

Vnější síla působí mezi tělem a okolím. K tomu dochází, když je síla aplikována na jakýkoli předmět zvenčí a je nekonzervativní. Změna rychlosti je základní účinek způsobený vnějšími silami. Typy vnějších sil jsou:

Třecí síla

Typy vnějších sil

Když se předmět pohybuje po povrchu, objeví se omezující síla, která se snaží bránit pohybu těla. Tato síla je známá jako Síla tření or Třecí síla. Část kinetické energie těla je přeměněna na tepelnou energii, která brání pohybu a ztrácí se. Síla tření je tedy nekonzervativní.

Základním příkladem tření je blesk zápalkou. Když třeme hůl o povrch, přichází ke slovu tření a přeměňuje kinetickou energii do tepla, které zapálí zápalku. Tření nám také pomáhá chodit a psát.

Třecí síla závisí na faktorech; normální síly a koeficient tření µ.

Jednoduchý vzorec pro tření je:

{F}=\\mu .{N}

Kde,

N je normálová síla působící kolmo na povrch

µ je koeficient tření a jeho hodnota zcela závisí na povrchu.

Třecí sílu lze zařadit do čtyř kategorií:

  • Statické tření
  • Klouzavé tření
  • Valivé tření
  • Fluidní tření

Normální síla

do

Normální síla působí na každý předmět kolmo, aby jim nespadl a nebyl ve stabilní poloze. Vstupuje do děje pouze tehdy, když jsou tělo a povrch ve vzájemném kontaktu. Například kniha ležící na stole zažívá gravitační sílu směrem dolů, ale nespadá. Normální síla táhne nahoru, aby nespadla. Je generován povrchem objektu. Každý předmět, dokonce i lidé, zažívá normální sílu a je to nekonzervativní síla.

Z diagramu vidíme:

N = mg

Kde,

N je normální síla

m je hmotnost těla

g je gravitační zrychlení.

zahájena

Z diagramu volného těla:

Při rozdělení W na dvě složky získáme:

N=mgcos\\Theta

Zde,

N = normální síla

m = hmotnost

g = gravitační zrychlení

Angle = úhel mezi nakloněnou plochou

Síly leteckého odporu

odpor vzduchu dwgbtrnjy

Vnější síla způsobená létáním nebo pohybem těla vzduchem se nazývá síla odporu vzduchu nebo odpor vzduchu. Působí v opačném směru pohybu předmětu. Odpor je také způsoben srážkou molekul vzduchu a povrchu objektu. Tato síla tedy závisí na dvou faktorech; rychlost pohybujícího se tělesa a oblast předmětu. Proto mají všechna letadla a ptáci efektivnější přední část, která zmenšuje plochu, což vede k menší síle odporu vzduchu a tím k jejich snadnému pohybu. 

Síla odporu vzduchu je dána jako:

F = -cv^{2}

Zde,

Fvzduch = síla odporu vzduchu

c = silová konstanta

v = rychlost objektu

Záporné znaménko znamená, že směr odporu vzduchu je opačný k pohybu předmětu.

Aplikovaná síla

Jednoduchá vnější tlačná a tažná síla, která působí na předmět, je aplikována síla. Má tendenci pohybovat tělem v klidu nebo měnit rychlost pohybujícího se těla. Působící sílu lze rozdělit na kontaktní a bezkontaktní síly. Kontaktní síla je druh vnější síly. Aplikovanou sílu lze rozlišit jako:

  • Táhnout: Když je síla použita k pohybu předmětu směrem k sobě. Příklad: Tahání za lano
InkedScreenshot 2021 09 30 101350 1 LI
  • Tlačit: Když je síla aplikována tak, aby pohybovala objektem dopředu a od sebe. Příklad: posunutí pole.
Inkedpush LI push
  • Srážka: když na sebe narazí dvě tělesa, obě na sebe navzájem působí silou. Srážka má tendenci měnit rychlost a směr sražených těl. Srážka může být elastická a nepružná.
1024px Elastická kolize
Obrazový kredit: I, šarajánskáElastická kolizeCC BY-SA 3.0

Podle druhého pohybového zákona je vzorec aplikované síly:

F = ma

Kde,

F = použitá síla

m = hmotnost těla

a = produkované zrychlení.

Napětí

napětí

Když je k jakémukoli druhu provázku, lana, lana nebo podobného předmětu připevněn náklad, je podél délky předmětu ve směru vzhůru vyvíjena tažná síla. Ve fyzice je tato síla známá jako napětí. Je důležité si uvědomit, že napětí nepůsobí samo o sobě; musí být poskytnuto systému. Při vysvětlování pojmu napínací síly považujeme strunu za bezhmotnou, aby aplikované napětí bylo rovnoměrně přenášeno na celou strunu. Některé z příkladů napínací síly jsou:

  • Přetahování lanem
  • Odtah auta
  • Tahání krabice pomocí lana.

Z volného diagramu lze vzorec pro napětí určit jako:

T = mg

Kde,

T = tahová síla

m = hmotnost těla

g = gravitační zrychlení

Typy třecí síly

Statické tření

Statické tření vstupuje do hry, když jsou tělo a povrchová plocha vůči sobě navzájem v klidové poloze. Tato síla pomáhá objektu vyhnout se jakémukoli spoušti způsobenému působícími silami. Objekt se uvede do pohybu pouze tehdy, když aplikovaná síla překročí statickou sílu.

Základním příkladem statického tření je tlačení těžkého boxu. Statické tření neumožňuje pohyb krabice. Krabice se pohybuje pouze tehdy, když se sejdou dva nebo tři lidé a použijí větší sílu, než je statické tření. 

Dalšími příklady jsou:

  • Kniha na stole
  • Oblečení visící na stojanu
  • Auto zaparkované na kopci

Hodnota statického tření se vypočítá ze vzorce:

F_{s}=\\mu _{s}.N

Pro přesunutí objektu je nerovnost dána jako:

F\\leq \\mu _{s}.N

Zde,

Fs je statické tření

µs je koeficient statického tření

N je normálová síla působící kolmo na povrch

Kluzné tření

Když objekt klouže po jiném těle nebo povrchu, pak je opozice, která je vytvořena proti pohybu, známá jako kluzné tření.

Příkladem kluzného tření je bruslení. Když člověk tlačí brusli dopředu pomocí své váhy, vytvoří se kluzné tření. Vytváří tepelnou energii, která taje led a pomáhá při snadném posouvání brusle.

Další příklad kluzného tření je:

  • Posuvná kniha nad stolem
  • Tření hadru o pult
  • Klouzání skluzavkou
  • Kluzné auto na rampě

Vzorec pro kluzné tření je uveden jako:

F_{S}= \\mu _{S}.N

Zde,

Fs = kluzné tření

µs = součinitel kluzného tření

N = normální síla

Valivé tření

válcování

Tření, které působí na těleso, když se valí po povrchu, je známé jako valivé tření nebo valivý odpor. Když se předmět převalí po povrchu, oba se zdeformují v místě kontaktu, který má tendenci vytvářet pohyb pod povrchem.

Je to způsobeno valivým třením, které se po určité době zastaví. Bez tření by se koule pohybovala navždy. Dalšími příklady valivého tření jsou:

  • Kola všech vozidel vytvářejí valivé tření
  • Válcování tužky

Vzorec pro valivé tření je:

F_{r}=\\mu _{r}.N

Kde,

Fr je valivé tření

µr je součinitel valivého tření

N je normální síla

Tření kapalinou

plavec

Tření je nejen proti pohybu pevných předmětů. Když vrstvy kapaliny kloužou proti sobě, vzniká mezi nimi tření známé jako tekutinové tření. Omezuje také pohyb jiných předmětů do kapaliny.

Tekuté tření omezuje pohyb plavců, a proto vyžaduje hodně energie pro plavání ve vodě. Voda, která tryská kolem jejich těla, je také způsobena třením tekutin. Dalšími příklady tohoto tření jsou:

  • Vmíchání lžíce do kávy nebo mléka
  • Pohyb ponorky vodou.

Často kladené otázky (FAQ)

Co je to vnější síla?

Tělo může zažít sílu dvěma způsoby navenek a vnitřně. 

Síla vyvíjená zvenčí na jakýkoli předmět je známá jako vnější síla. Může to být kontaktní síla i bezkontaktní síla. Externí síla je většinou kontaktní síla a začíná působit, když objekt interaguje se svým okolím. Zatlačení stolu a auta jsou příklady vnější síly

Je vnější síla konzervativní nebo nekonzervativní?

Zachování energie klasifikuje sílu jako konzervativní a nekonzervativní. 

Když předmět zažije vnější sílu, generuje se energie a pracuje se na něm. Při práci se část energie rozptýlí. Celková energie před a po působení síly tedy nezůstává stejná. Vnější síla proto není konzervativní. 

Jaké jsou druhy vnější síly?

Vnější síla je následujících pěti typů:

  • Tření
  • Napětí
  • Normální síla
  • Odpor vzduchu 
  • Použitá síla. 

Jaké jsou účinky vnější síly?

Vnější síla má obecně tendenci měnit rychlost pohybujícího se tělesa. 

Jaké jsou výhody tření?

Protilehlá síla působící na pohybující se předmět se nazývá tření.  

Tření je nezbytný jev, který nám usnadňuje každodenní práci. Když kráčíme po zemi, tření způsobené zemí na nohou pomáhá při chůzi tím, že nás tlačí dopředu. Pomáhá nám to i při psaní, při lyžování a mnoha dalších věcech

Jak může být tření nevýhodné?

Tření umožňuje naši každodenní práci, ale také způsobuje určité škody.

Opozice generovaná na pohybujícím se tělese třením se provádí pomocí přeměna kinetické energie do tepelné energie. Teplo způsobuje zbytečné opotřebení předmětů a také snižuje pracovní efektivitu strojů. K potlačení tření je potřeba hodně energie.