3.6 Sila i gibanje

Djelovanje sile na gibanje tijela

Kakav je odnos između sile i akceleracije? Kako masa tijela utječe na njegovo gibanje?

Promatrajmo pokus u kojem bilježimo gibanje kolica .

Imamo kolica određene mase koja vučemo s pomoću utega koji pada preko ruba stola. Kolica su papirnatom vrpcom spojena na električno tipkalo. Električno tipkalo u jednakim vremenskim intervalima udara o papirnatu vrpcu i ostavlja trag u obliku točkice. Promatrajući trag točkica na vrpci možemo analizirati gibanje kolica. Što mislite, kako će se gibati kolica i što sve utječe na gibanje?

Konkretnim izračunom na osnovu podataka provedenog pokusa, dobiva se linearan odnos sile $F$  i mase $m.$

  $a=\frac{F}{m}$ 

To je  temeljni zakon gibanja (II.Newtonov zakon).

$F=m·a$ 

Zakon inercije

 Djeluju li sile na tijelo koje nema akceleraciju? Npr. automobil se giba stalnom brzinom.

Ako se automobil giba, njegov motor proizvodi vučnu silu, a cesta stvara silu trenja. Sila trenja je suprotnog smjera od gibanja tijela. 

Dakle, sile na automobil postoje, ali nema akceleracije.

Sile koje djeluju na automobil koji se giba stalnom brzinom su jednakog iznosa, ali suprotnog smjera te je njihov ukupni zbroj jednak nuli.

Ako tijelo miruje jer je ukupna sila na njega jednaka nuli, neće se pokrenuti dok na njega ne bude djelovala sila. 

To je zakon tromosti ili inercije (I. Newtonov zakon).

Primjer 1.

Gibanje tijela zbog djelovanja više različitih sila

Na tijelo djeluju dvije različite sile , suprotnog smjera i različitog iznosa. ​Ukupna, rezultantna sila  $F_{rez}$  jednaka je zbroju sila $F_1 i F_2.$

Ako ukupna sila nije jednaka nuli, tijelo se giba nekom akceleracijom.

Budući da su sile $F_{1}i{F}_2$ suprotno orjentirani vektori, njihovi se iznosi oduzimaju.

$F_{rez}=F_2-F_1$

 Smjer akceleracije jednak je smjeru ukupne, rezultantne, sile  $F_{rez}.$ ​

Akceleracija kojom se tijelo giba jednaka je:

$a=\frac{Frez}{m}$ 

Na primjer, na automobil koji se giba djeluju sila motora u smjeru gibanja  i sila trenja u suprotnom smjeru. Kada se isključi sila motora , automobil se zaustavlja zbog djelovanja sile trenja.

Na tijelo koje se giba akceleracijom djeluje sila $F.$

Temeljni zakon gibanja je:  $F=m·a.$

Kutak za znatiželjne

Treći Newtonov zakon

Primjer 2.

Djevojčica na koturaljkama odguruje se od zid. Kako to objašnjavate? Na simulaciji kliknite na djevojčicu i zadržite tipku miša (prst na uređajima osjetljivim na dodir). Kada otpustite tipku/prst, djevojčica će se odgurnuti od zida. Ako dulje zadržite tipku, odgurnut će se jače.

Ako djevojčica silom  $F{1}_{}$  gura zid, jednaka sila djeluje, ali suprotne orjentacije   $F_2$  i odguruje djevojčicu.

Primjer 3.

Ako rastegnete oprugu silom $F1,$ što će se dogoditi nakon što ju pustite?

Reagirat će na nastalu deformaciju i vratit će se u prvotni položaj pod djelovanjem sile $\mathrm{},$ $F2$ koja je istog iznosa, ali suprotnog smjera. Sila koja vraća oprugu u prvotni oblik naziva se elastična sila.

Vrijedi: 

$F_1=-F_2$

To je zakon akcije i reakcije.

1. Tijelo dobiva manje ubrzanje ako na njega djeluje  sila.

   

   null

   null

2. Ako je ukupna sila na tijelo jednaka nuli, kako se tijelo giba?
   

   jednoliko ili miruje

   ubrzano

   usporeno

   

   null

   null
3. Koliku akceleraciju daje sila od $10\mathrm{N}$ tijelu mase $2\mathrm{kg}$ ?   $\raisebox{1ex}{$\mathrm{m}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\mathrm{s}}^2$}\right..$

   

   Pomoć:

   $a=\frac{F}{m}$

   Postupak:

   $F=10 \mathrm{N}$

   $m=2 \mathrm{kg}$

   $a=?$

   $a=\frac{F}{m}=5{\mathrm{m/s}}^{\mathrm{2}}$ 

4. Kolika sila djeluje na tijelo mase $500 \mathrm{g}$ koje se giba akceleracijom $2 m\raisebox{1ex}{$$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$s^2$}\right.$ ?   $\mathrm{N}$

   

   Pomoć:

   $F=m·a$
   

   Postupak:

   $m=500 \mathrm{g}=\mathrm{0,5} \mathrm{kg}$

   $a=2 \frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{\mathrm{2}}}$

   $F=m·a=\mathrm{0,5} \mathrm{kg}·2\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{\mathrm{2}}}=1\mathrm{N}$