Opis sile

Kaj se dogaja z žogo, ko jo brcneš v steno in se od nje odbije? Ali kaj se dogaja z vodnim balonom, ki z višine pade na tla? Žoga se ob stiku z nogo in s steno deformira, prav tako pa se ji spremeni hitrost. Ko balon spustimo, začne padati proti tlom. Ob stiku s tlemi se deformira in odbije ali pa poči.

Učinki sile

Ko noga zadene žogo, slednja spremeni obliko, hkrati pa se ji spremenita smer in velikost hitrosti. Spremembo oblike in gibanja povzroči noga. Ob steni žoga spet spremeni obliko in smer gibanja, ker nanjo deluje stena. V tem primeru je opazovano telo žoga, nanjo pa delujeta telesi iz okolice: noga in stena.

Ko spustimo vodni balon, ta začne padati proti tlom. Ob stiku s tlemi se deformira in odbije ali pa poči. Padanje je posledica sile teže – to je privlačna sila Zemlje, ki deluje na balon. Vodni balon pada vedno hitreje, dokler ne zadene ob tla. Med trkom poleg sile teže deluje na balon tudi sila tal, zato se balon ustavi in spremeni obliko, včasih celo poči.

Poimenovanje sil

Sile običajno poimenujemo po telesih, ki jih povzročajo. Če želimo povsem nedvoumno poimenovati neko silo, jo poimenujemo po telesu, ki povzroča silo (telo iz okolice), in po telesu, na katero sila deluje (opazovano telo). Silo iz prvega primera bi torej lahko poimenovali sila noge na žogo.

Delovanje sile

Sila noge, sila stene in sila tal iz opisanih primerov delujejo na opazovani predmet preko dotika. Take sile imenujemo sile na dotik. Sila teže spada v skupino sil, ki delujejo na opazovano telo brez dotika. Te sile imenujemo  sile na daljavo. Mednje poleg sile teže štejemo še električno silo in magnetno silo.

Ko snežena kepa zadene trdno telo, spremeni obliko in se ne povrne v prvotno stanje. Žoga se po brci povrne v prvotno obliko. Pravimo, da je žoga prožno telo, snežena kepa pa neprožno telo.

Kadar vzmet iz kemičnega svinčnika stisnemo ali malo raztegnemo, se povrne v prvotno obliko – torej je prožna. Če pa vzmet preveč raztegnemo, se ne skrči na prvotno dolžino. Ta primer nas nauči, da so telesa prožna, kadar nanje delujejo majhne sile. Pri delovanju velikih sil se telesa zelo deformirajo in postanejo neprožna

Merjenje sil

Na tri enake elastike obesimo tri enake lončke. V prvi lonček damo 100-gramsko utež, v drugi lonček nalijemo 100 g vode, v tretji lonec vsujemo 100 g prosene kaše. Ker imajo vsi predmeti enako maso (100 g), na elastike delujejo enako velike sile, zato se enako raztegnejo.

Če na izbrano vzmet obesimo 100-gramsko utež, se raztegne. Če na vzmet obesimo dve ali tri 100-gramske uteži hkrati, je raztezek vzmeti vsakič večji. Ugotovimo lahko, da vsaka dodatna utež povzroči enak dodatni raztezek vzmeti, zato se skupni raztezek veča premo sorazmerno s številom obešenih vzmeti.

Raztezek vzmeti

Sorazmernost sile in raztezka vzmeti lahko uporabimo za merjenje sil. Če vemo, za koliko se neka vzmet raztegne, ko deluje nanjo sila 1 N, lahko prek raztezka izmerimo poljubne sile. Tako deluje silomer.

Silomeru rečemo tudi vzmetna tehtnica oz. dinamometer.

V vsakdanjem govoru le redko ločimo med pomenoma izrazov masa in teža. V fiziki sta to dve različni fizikalni količini, ki sta jasno definirani. Masa, ki jo merimo v kilogramih, je lastnost, ki podaja količino snovi v telesu. Masa telesa je enaka ne glede na to, kje je telo. Teža (oz. sila teže), ki jo merimo v newtonih, je gravitacijska sila, ki deluje na telo. Običajno jo označimo z F_g. Teža telesa je odvisna od položaja v vesolju – daleč stran od zvezd in planetov bi bila teža telesa približno nič. Kadar ne navedemo položaja, imamo v mislih težo na površju Zemlje.

Newtonovi zakoni

Kakšne so sile med telesi in kako vplivajo na njihovo gibanje, je v 17. stoletju raziskoval angleški fizik sir Isaac Newton. Svoje ugotovitve je strnil v tri zakone, ki jih danes po njem imenujemo Newtonovi zakoni. Pri fiziki bomo v 8. razredu spoznali prvi in tretji Newtonov zakon, prihodnje leto pa še drugega.

Opazujemo utež, ki je s kavljem obešena na elastiko. Na elastiko deluje sila kavlja, na kavelj pa sila elastike. Sila kavlja na elastiko kaže navzdol, sila elastike na kavelj pa navzgor. Ta ugotovitev velja tudi splošno. Ko eno telo z neko silo deluje na drugo, tudi drugo telo deluje s silo na prvo. Poskusimo ugotoviti, kakšni sta sili po velikosti.

Z enačbo zapišemo:

Pri opisovanju sil, ki delujejo na opazovano telo, bomo večkrat uporabili besedno zvezo nasprotno enaka sila. Beseda enaka se tu nanaša na velikost sile, beseda nasprotno pa na smer sile. 

Nasprotno enaka sila je torej enaka po velikosti, vendar usmerjena v nasprotno smer. Ker telesa delujejo drugo na drugo, pravimo, da sile delujejo v parih.

Ravnovesje sil

Če sta sili, ki delujeta na opazovano telo, nasprotno enaki, je njuna rezultanta enaka 0. Pravimo, da je telo v ravnovesju. Telo je lahko v ravnovesju tudi, ko nanj deluje več sil.

Telo je v ravnovesju, kadar je rezultanta sil, ki delujejo nanj, enaka 0.

Plašč, obešen na obešalnik, se ne premika. Nanj delujeta sila teže Fg in sila kavlja Fk. Sila teže deluje v smeri navpično navzdol, sila kavlja pa v smeri navpično navzgor. Sklepamo, da sta sila teže in sila kavlja nasprotno enaki, 

saj se njuna učinka izničita. Z enačbo zapišemo takole:

Fg = −Fk oziroma Fg+Fk = 0

V uvodnem poglavju o silah smo spoznali, da sila povzroči spremembo oblike, spremembo hitrosti ali spremembo smeri gibanja telesa. Sklepamo lahko, da na telo, ki se giblje premo enakomerno, 

ne deluje nobena sila oziroma je rezultanta sil na to telo enaka 0. 

Ko dvigalo doseže stalno hitrost, torej za plašč še vedno velja: F g = −Fk . Te ugotovitve povzema 1. Newtonov zakon.