Sila v fiziki — definicija, enote (N) in štiri temeljne sile
Sila v fiziki: jasna definicija, enota njuton (N), pomen in praktični primeri ter pregleden vodič po štirih temeljnih silah — gravitaciji, elektromagnetni, močni in šibki.
V fiziki je sila interakcija med predmeti ali polji, ki povzroči, da se predmet, na katerega deluje, potiska, vleče ali zasuka v določeni smeri. Posledica tega je sprememba hitrosti ali gibalnega stanja predmeta (pospešek ali upočasnitev) ali sprememba njegove oblike. Sile povzročijo, da predmeti pospešijo, povečajo skupni pritisk predmeta, spremenijo smer ali spremenijo obliko. Moč sile se meri v njutonih (N). V fiziki poznamo štiri temeljne sile.
Sila je vektorska količina: poleg velikosti ima tudi smer in točko delovanja. Če na telo deluje več sil, se kot vektorji seštevajo in njihov vektorski vsote (rezultanta ali neto sila) določijo končni gibavni odziv telesa. Matematično se to pogosto zapiše z Newtonovim drugim zakonom: F = m · a, kjer je F vsota sil (npr. rezultanta), m masa telesa in a pospešek. Ena njutona (1 N) je enaka sili, ki telesu z maso 1 kg daje pospešek 1 m/s² (1 N = 1 kg·m/s²). V sistemu CGS je enota sila din (dyne): 1 N = 10^5 dyne.
Sila je lahko kontaktna (npr. normalna sila, trenje, napetost v vrvi) ali poljska (delovanje na daljavo: gravitacijska, električna, magnetna). Pri analizi sil se pogosto uporabljajo proste (free-body) skice, kjer so sile narisane kot puščice, da bi izračunali ravnotežje ali pospešek.
Štiri temeljne sile
- Gravitacijska sila – privlačna sila med masnimi telesi. Odgovorna je za težo teles in gibanje planetov. Je najšibkejša od temeljnih sil na delčkih, vendar deluje na zelo velike razdalje in se ne "zasiti". Teoretični prenašalec je graviton (še neopažen eksperimentalno).
- Elektromagnetna sila – deluje med nabitimi delci in je bistvena za kemijske vezi, električne in magnetne pojave. Ima velik razpon in je mnogo močnejša od gravitacijske sile pri ravneh atomov in molekul. Prenaša jo foton.
- Močna jedrska sila (strong) – veže kvarke v protone in nevtrone ter drži jedra skupaj. Je zelo močna, a deluje na zelo kratke razdalje (velikosti jedra). Prenašalci so glouni (gluoni).
- Šibka jedrska sila (weak) – vpletena je pri radioaktivnem razpadu in nekaterih jedrskih reakcijah (npr. beta-razpad). Deluje na zelo kratke razdalje in jo prenašata W in Z bozona.
Praktični primeri in merjenje sile
- Teža predmeta na površju Zemlje je primer gravitacijske sile in se pogosto zapiše kot Fg = m · g, kjer je g približno 9,81 m/s².
- Trenje upočasnjuje gibanje in deluje nasprotno od smeri drsenja; normalna sila preprečuje prebijanje telesa skozi površino.
- Sile merimo s tehtnicami (prek teže) ali z rahelci/senzorji sile (dynamometer, sile merilnik), ki pogosto temeljijo na raztegovanju vzmeti ali elektronskem senzorju sile.
Pri reševanju pojavov s silami upoštevamo načelo superpozicije (sile se vektorjsko seštevajo), vrste sil (kontaktne/poljske) in zakonitosti, kot so Newtonovi zakoni gibanja. Razumevanje sil je temelj za razlago gibanja, ravnotežja, deformacij in mnogih naravnih ter tehnoloških pojavov.
Sila je vedno potiskanje, vlečenje ali zasuk in vpliva na predmete tako, da jih potiska navzgor, vleče navzdol, potiska na stran ali kako drugače spreminja njihovo gibanje ali obliko.
Newtonov drugi zakon
V skladu z drugim Newtonovim zakonom gibanja je formula za ugotavljanje sile naslednja:
F = m a {\displaystyle F=ma} 
kjer je F {\displaystyle F}
sila,
m {\displaystyle m}
je masa predmeta, a {\displaystyle a}
pa je pospešek predmeta.
Ta enačba pravi, da se bo predmet gibal vedno hitreje, če nanj deluje sila. Če je sila šibka in je predmet težak, bo trajalo dolgo, da se bo hitrost zelo povečala, če pa je sila močna in je predmet lahek, se bo hitro premikal veliko hitreje.
Teža
Gravitacija je pospešek. Vse, kar ima maso, se zaradi tega pospeška vleče proti Zemlji. To vlečenje je sila, ki jo imenujemo teža.
Zgornjo enačbo lahko vzamemo in spremenimo a {\displaystyle a} v standardno težnost g, nato pa lahko najdemo formulo o težnosti na Zemlji:
W = m g {\displaystyle W=mg} 
kjer je W {\displaystyle W} 
teža predmeta,
m {\displaystyle m} je masa predmeta, g {\displaystyle g}
pa je gravitacijski pospešek na ravni morja. Ta znaša približno 9,8 m/s 2 {\displaystyle 9,8m/s^{2}}. 
.
Ta formula pravi, da če poznamo maso predmeta, lahko izračunamo, kolikšna sila deluje na predmet zaradi gravitacije. Za uporabo te formule morate biti na Zemlji. Če ste na Luni ali drugem planetu, lahko formulo uporabite, vendar bo g drugačen.
Sila je vektor, zato je lahko močnejša ali šibkejša in je lahko usmerjena v različne smeri. Gravitacija je vedno usmerjena navzdol v tla (če niste v vesolju).
Gravitacijska sila
Druga enačba, ki govori o gravitaciji, je:
F = G m 1 m 2 d 2 {\displaystyle {F}={\frac {Gm_{1}m_{2}}{d^{2}}}} 
F {\displaystyle F} je sila; G {\displaystyle G}
je gravitacijska konstanta, ki se uporablja za prikaz, kako gravitacija pospešuje predmet; m 1 {\displaystyle m_{1}}
je masa enega predmeta; m 2 {\displaystyle m_{2}}
je masa drugega predmeta; in d {\displaystyle d}
je razdalja med predmetoma.
Ta enačba se uporablja za izračun gibanja Zemlje okoli Sonca in gibanja Lune okoli Zemlje. Uporablja se tudi za izračun gibanja drugih planetov, zvezd in predmetov v vesolju.
Enačba pravi, da če sta dva predmeta zelo težka, med njima zaradi gravitacije deluje močna sila. Če sta zelo daleč narazen, je sila šibkejša.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je sila?
O: Sila je potiskanje ali vlečenje med predmeti. Gre za interakcijo, ki nastane, ko en predmet deluje na drugega, njegovo delovanje pa se ujema z reakcijo drugega predmeta.
V: Kako Newtonov tretji zakon pojasnjuje sile?
O: Tretji Newtonov zakon pravi, da sta akcija in reakcija "enaki in nasprotni" (usklajeni). To pomeni, da ko en predmet deluje na drug predmet, se bo drugi predmet odzval enako, vendar nasprotno.
V: Med katerimi vrstami predmetov delujejo različne sile?
O: Različne sile delujejo med različnimi vrstami predmetov. Gravitacija na primer deluje med objekti z maso, kot sta sonce in zemlja, medtem ko elektromagnetna sila deluje med objekti z nabojem, kot so elektroni in atomi.
V: Kako sila spremeni stanje predmeta?
O: Sila spreminja stanje predmeta tako, da ga potiska ali vleče v določeni smeri, kar spremeni njegov zagon, ga pospeši, poveča njegov splošni pritisk, spremeni njegovo smer ali obliko na kak drug način.
V: Kako izmerimo moč sile?
O: Moč sile se meri v njutonih (N).
V: Koliko temeljnih sil je v fiziki?
O: V fiziki obstajajo štiri temeljne sile.
V: Na kakšen način lahko sile vplivajo na predmete?
O: Sile lahko vplivajo na predmete tako, da jih potiskajo navzgor, vlečejo navzdol, potiskajo na stran ali kako drugače spremenijo njihovo gibanje ali obliko.
Iskati