Projekt „Informatyka – inwestycją w przyszłość”

współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Biuro Projektu:

Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego

26-600 Radom, ul. Chrobrego 27, pok. nr 44, tel. [phone]

www.zamawiane.pr.radom.pl; e-mail: [e-mail]

Zajęcia wyrównawcze z fizyki -Zestaw 4 -Teoria

Dynamika. Siła, przyspieszenie, zasady dynamiki Newtona. Siła wypadkowa. Przykłady sił: siła
ciężkości, siła tarcia, siła wyporu Archimedesa. Nieinercjalne układy odniesienia, siła bezwładności.

Oddziaływania podstawowe

Według naszej dotychczasowej wiedzy istnieją tylko cztery podstawowe oddziaływania (siły),
z

których wynikają wszystkie siły i oddziaływania zaobserwowane we Wszechświecie:

Oddziaływanie grawitacyjne

-

siła grawitacyjna działa na wszystkie masy (jest siłą powszechną)

i

pochodzi od mas; ma długi zasięg i najmniejsze względne natężenie.

Oddziaływanie elektromagnetyczne

-

siła elektromagnetyczna działa na ładunki i prądy i jej

źródłem są ładunki i prądy; ma długi zasięg. Siły międzyatomowe mają charakter
elektromagnetyczny ponieważ atomy zawierają naładowane elektrony i protony, a oddziaływania
elektromagnetyczne ma wielokrotnie większe natężenie od grawitacyjnego. Większość sił z jakimi
spotykamy się na co dzień np. tarcie, siła sprężystości jest wynikiem oddziaływania atomów, są to
więc siły elektromagnetyczne.

Oddziaływanie jądrowe (silne)

-

siła utrzymująca w całości jądra atomowe pomimo odpychania

między protonami (ładunki dodatnie), ma bardzo krótki zasięg i największe względne natężenie.

Oddziaływanie słabe

-

temu oddziaływaniu podlegają wszystkie cząstki elementarne, w

szczególności oddziaływanie to odpowiada za rozpady cząstek elementarnych.

W tabeli poniżej zestawione są cztery oddziaływania podstawowe.

Oddziaływanie

Źródło oddziaływania

Względne natężenie

Zasięg

Grawitacyjne

Elektromagnetyczne

Jądrowe

Słabe

Masa

Ładunek elektryczny

min. protony, neutrony

cząstki elementarne

około 10

-38

około 10

-2

1

około 10

-15

Długi

Długi

Krótki (około 10

-15

m)

Krótki (około 10

-18

m)

Siła F –to miara oddziaływań ciał. Jest to wielkość wektorowa. Jeżeli na ciało działa więcej niż jedna
siła, to siła wypadkowa jest równa sumie działających sił. (Suma w sensie dodawania wektorów)



















3

2

1

F

F

F

F

Pęd ciała definiujemy jako iloczyn jego masy i prędkości (wektorowej)

v

m

p







Projekt „Informatyka – inwestycją w przyszłość”

współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Biuro Projektu:

Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego

26-600 Radom, ul. Chrobrego 27, pok. nr 44, tel. [phone]

www.zamawiane.pr.radom.pl; e-mail: [e-mail]

I.

Zasada dynamiki Newtona

Ciało, na które nie działa żadna siła (lub gdy siła wypadkowa jest równa zeru) pozostaje w spoczynku
lub porusza się ze stałą prędkością po linii prostej.

II.

Zasada dynamiki Newtona

Jeżeli na ciało o masie m działa siła niezrównoważona siła F lub kilka działających na to ciało sił
posiada niezerową wypadkową F, to zmianie ulega pęd tego ciała. Działająca siła jest wtedy równa
pochodnej pędu względem czasu.

dt

p

d

F







Dla ciała o stałej masie sprowadza się to do iloczynu masy i przyspieszenia ciała.

a

m

F







III.

Zasada dynamiki Newtona

Gdy dwa ciała oddziałują wzajemnie, to siła wywierana przez ciało drugie na ciało pierwsze jest
równa co do wartości i przeciwnie skierowana do siły, jaką ciało pierwsze działa na drugie.

12

21

F

F









Ciężar

Ciężar definiujemy jako siłę ciężkości działającą na ciało.

mg

Q



, gdzie g = 9.81 m/s

2

jest to przyspieszenie ziemskie na powierzchni Ziemi.

Powyższy wzór pomija wpływ siły odśrodkowej związanej z ruchem obrotowym Ziemi wokół jej osi
na ciężar ciała.

Tarcie

Siła tarcia zawsze działa stycznie do powierzchni zetknięcia ciał i przeciwstawia się względnemu
ruchowi dwóch powierzchni. Tarcie może istnieć wówczas, gdy powierzchnie są nieruchome
względem siebie (tarcie statyczne), jak również wtedy, gdy powierzchnie te poruszają się względem
siebie (tarcie kinetyczne) Maksymalna siła tarcia statycznego T

s

jest równa tej krytycznej sile, którą

musieliśmy przyłożyć, żeby ruszyć ciało z miejsca.

Dla suchych powierzchni T

s

spełnia dwa prawa empiryczne.

T

s

jest w przybliżeniu niezależna od wielkości pola powierzchni styku ciał;

T

s

jest proporcjonalna do siły z jaką jedna powierzchnia naciska na drugą.

Projekt „Informatyka – inwestycją w przyszłość”

współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Biuro Projektu:

Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego

26-600 Radom, ul. Chrobrego 27, pok. nr 44, tel. [phone]

www.zamawiane.pr.radom.pl; e-mail: [e-mail]

N

s

s

F

T





Gdy działająca siła F jest większa od T

s

to ciało zostanie wprawione w ruch, ale nadal będzie istniała

siła tarcia kinetycznego T

k

przeciwstawiająca się ruchowi. Siła T

k

spełnia dodatkowo, oprócz dwóch

wymienionych powyżej, trzecie empiryczne prawo:

T

k

nie zależy od prędkości względnej poruszania się powierzchni.

N

k

k

F

T





Dla większości materiałów

µ

k

jest nieco mniejszy od

µ

s

.

Siły bezwładności

Siła bezwładności jest to siła działająca na obiekty znajdujące się w nieinercjalnym układzie
odniesienia. Nieinercjalny układ odniesienia to układ poruszający się z przyspieszeniem względem
układu inercjalnego.

Na rysunku XY to inercjalny układ odniesienia,

X’Y’ to nieinercjalny układ odniesienia,

a

O

to przyspieszenie układu odniesienia nieinercjalnego X’Y’ względem układu inercjalnego XY

o

ma

F

a

m







druga zasada dynamiki w układzie nieinercjalnym,

gdzie

o

b

ma

F





jest to siła bezwładności.

W przypadku ruchu po okręgu siła bezwładności odśrodkowa wyraża się wzorem:

Projekt „Informatyka – inwestycją w przyszłość”

współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Biuro Projektu:

Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego

26-600 Radom, ul. Chrobrego 27, pok. nr 44, tel. [phone]

www.zamawiane.pr.radom.pl; e-mail: [e-mail]

R

v

m

F

b

2





.

Siła wyporu Archimedesa

Ciało w całości lub częściowo zanurzone w płynie jest wypierane ku górze siłą równą ciężarowi
wypa

rtego przez to ciało płynu.

Z

p

p

wyporu

gV

g

m

F





