Siła to pchanie lub ciągnięcie.
Siła ma wartość i kierunek oraz jest mierzona w niutonach (N). Na jeden obiekt może jednocześnie działać kilka sił. Ich dodanie z uwzględnieniem kierunków daje siłę wypadkową.
Niezerowa siła wypadkowa powoduje przyspieszenie: zmianę prędkości. Może to oznaczać zwiększanie szybkości, zwalnianie lub zmianę kierunku.
Masa i ciężar to różne wielkości.
Masa opisuje bezwładność i jest mierzona w kilogramach (kg). Ciężar jest siłą grawitacji działającą na tę masę. W pobliżu powierzchni Ziemi ciężar wynosi w przybliżeniu masa × 9.81 N/kg.
Masa 100 kg ma zatem ciężar około 981 N. Jej masa nie zmienia się wskutek ruszenia windy, chociaż działająca na nią siła podparcia może się zmienić.
Porównaj siły działające na jeden obiekt.
- Podparcie skierowane w góręLina lub platforma wywiera siłę.
- Ciężar skierowany w dółGrawitacja ciągnie obiekt w dół.
- Siła wypadkowaRóżnica wyznacza przyspieszenie.
Jeśli działają tylko ciężar i skierowana w górę siła podparcia, siła podparcia musi wynosić 981 N, aby siły się równoważyły.
Równowaga nie musi oznaczać zatrzymania.
Gdy siła wypadkowa wynosi zero, prędkość pozostaje stała. Obiekt może pozostawać w spoczynku lub poruszać się jednostajnie po linii prostej. Jednostajna jazda w górę nie wymaga więc siły wypadkowej skierowanej w górę.
Aby przyspieszać w górę, siła skierowana w górę musi przewyższać siłę skierowaną w dół. Aby zwolnić obiekt poruszający się w górę, siła wypadkowa działa w dół.
Przeciwwaga zmniejsza niezrównoważenie.
Przeciwwaga dźwigu ciernego równoważy część ciężaru po stronie kabiny. Wyważenie zmienia się, gdy pasażerowie wchodzą i wychodzą; układ nie jest idealnie wyważony przy każdym obciążeniu.
Nawet gdy siły grawitacji się równoważą, wprawienie układu w ruch nadal wymaga przyspieszania masy i pokonywania strat. Przeciwwaga nie sprawia, że kabina staje się nieważka.
Bliższe spojrzenie
Druga zasada Newtona to F = ma dla stałej masy. W uproszczonym modelu pionowym siła podtrzymująca minus ciężar równa się masie pomnożonej przez przyspieszenie w górę. Wyjaśnia to, dlaczego siła podparcia odczuwana przez pasażerów zmienia się podczas przyspieszania, a nie podczas każdego całego przejazdu w górę lub w dół.
Sprawdź swoją wiedzę
Czy na dźwig jadący jednostajnie w górę mogą działać zrównoważone siły?
Pokaż wyjaśnienie
Tak. Stała prędkość oznacza zerowe przyspieszenie, więc siła wypadkowa jest zerowa. Ruszenie lub zatrzymanie wymaga zmiany tej równowagi.
Dalsza lektura.
Lektura opcjonalna, pozwalająca dokładniej zgłębić tę lekcję.
- OpenStax: siła wypadkowa, masa i ciężar
Sekcja 4.3 wyjaśnia, które siły należy umieścić na schemacie sił działających na wyodrębnione ciało, a następnie rozróżnia masę i ciężar. Zacznij od rysunku 4.5 i obliczenia ciężaru przed dłuższymi przykładami.