Síla: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
český úzus: libra síly, libra hmotnosti atd. značka: editace z Vizuálního editoru |
m Přidání šablony Commonscat dle ŽOPP z 28. 7. 2016; kosmetické úpravy |
||
Řádek 3:
'''Síla''' je [[vektor]]ová [[fyzikální veličina]], která vyjadřuje míru působení [[těleso|těles]] nebo [[Fyzikální pole|polí]].
Síla se projevuje statickými účinky – je příčinou deformace těles – a dynamickými účinky – je příčinou změny [[mechanický pohyb|pohybového]] stavu [[těleso|tělesa]] ([[hmotný bod|hmotného bodu]]), např. uvedení tělesa z [[Mechanický pohyb|klidu]] do pohybu nebo naopak, či změny velikosti nebo směru [[Rychlost|rychlosti]] tělesa. Taková změna je (v [[Inerciální vztažná soustava|inerciální soustavě]]) vždy podmíněna působením jiných těles, ať už přímým dotykem (nárazem, třením, tažením, tlačením) nebo prostřednictvím [[Fyzikální pole|silového pole]]. Toto působení je v [[Klasická mechanika|Newtonově mechanice]] spojováno s existencí síly působící mezi oběma interagujícími tělesy.
Síla není příčinou pohybu (jako příčina pohybu byla síla chápána v [[Aristotelés|aristotelské]] filosofii přírody).
Pojem síly je zobecněn rozšířením o tzv. zdánlivé síly, které mají původ nikoli ve vzájemném působení těles, ale ve [[zrychlení|zrychleném]] pohybu [[vztažná soustava|vztažné soustavy]].
Pojem síly je základním pojmem pro vektorovou formulaci mechaniky a elektrodynamiky. [[Teoretická mechanika|Analytická mechanika]], [[teorie relativity]] ani [[Kvantová fyzika|kvantová teorie]] již z tohoto pojmu nevycházejí, avšak na základě analogie či [[princip korespondence|principu korespondence]] umožňují sílu nebo její zobecnění vyjádřit.
Řádek 21:
== Značení a jednotky ==
Síla se obvykle značí písmenem '''''F''''' (z [[angličtina|anglického]] ''force'').
V [[Soustava SI|soustavě SI]] má jednotku '''[[newton]]''' se značkou '''N''', přičemž [[fyzikální rozměr veličiny|rozměr]] síly je [[kilogram|kg]].[[metr|m]].[[sekunda|s]]<sup>−2</sup>.
V dříve rozšířené technické soustavě jednotek byl jednotkou síly '''[[kilopond]] (kp)''', který byl dokonce základní [[fyzikální jednotka|jednotkou]] této soustavy. Převodní vztah je 1 kp = 9,806 65 N. Imperiální jednotkou síly je '''libra síly (lbf)''', pro kterou platí převod '''1 lbf = 4,448 22 N'''.
Méně obvyklou jednotkou je '''dekanewton (daN)'''; pro ni platí převodní vztah '''1 daN = 10 N''', což odpovídá '''1 kp'''. V praxi se lze s dekanewtonem setkat při stanovení přítlaku elektrod [[Svařování#Odporové svařování|odporového svařování]].
V dekanewtonech se uvádí [[rázová síla]], která vzniká v [[Lano|laně]] při [[Volný pád|pádu]] [[Těleso|tělesa]], a její nejvyšší hodnoty jsou dosaženy právě v okamžiku zastavení pádu. Schopnost pohlcovat [[Energie|energii]] pádu a snižovat tak velikost rázové síly v laně závisí na jeho vlastnostech, zejména [[Pružnost|pružnosti]]. Jako [[Norma|normová]] charakteristika se udává rázová síla pro kvalitativní ohodnocení např. [[Horolezecké lano|horolezeckých lan]].<ref>{{Citace elektronické monografie
Řádek 38:
=== Zavedení síly v [[Klasická mechanika|Newtonově klasické mechanice]] ===
Pojem síly je zaveden pomocí [[Newtonovy pohybové zákony|Newtonových pohybových zákonů]] (NZ), platných pro [[Inerciální vztažná soustava|inerciální vztažnou soustavu]].
[[Newtonovy pohybové zákony#První Newtonův zákon|1. NZ]] označuje sílu za '''příčinu změn pohybového stavu''' [[těleso|tělesa]] (přesněji [[částice]] či [[hmotný bod|hmotného bodu]]).
[[2. Newtonův pohybový zákon|2. NZ]] ji kvantifikuje: Síla působící na volnou částici (při zanedbání ostatních možných silových působení) je '''rovna [[čas]]ové změně [[hybnost]]i''' <math>\mathbf{p}</math> částice, kterou síla způsobí. To lze vyjádřit [[derivace|derivací]]
:<math>\mathbf{F} = \frac{\mathrm{d}\mathbf{p}}{\mathrm{d}t}</math>.
Řádek 47:
kde <math>m \!</math> označuje [[hmotnost]] a <math>\mathbf{a}</math> [[zrychlení]] tělesa. Definice síly je tedy postavena na [[pohybová rovnice|pohybové rovnici]] [[posuvný pohyb|posuvného pohybu]].
[[Třetí Newtonův zákon|3. NZ]] pak stanoví základní vlastnost pravých sil – vzájemné, přímé (centrální) a okamžité působení ve dvojici akce-reakce. Poskytuje tak základ pro měření hmotnosti a odtud i pro stanovení síly podle [[2. Newtonův pohybový zákon|2. NZ]] ze [[zrychlení]] testovací částice. Důležitou vlastností je i [[Newtonovy pohybové zákony#Princip superpozice|princip superpozice]] (někdy označovaný za 4. NZ), podle kterého se síly působící na dané [[těleso]] (přesněji [[hmotný bod]]) vektorově sčítají, tedy vzájemně se neovlivňují.
Obě tyto vlastnosti však mají omezenou platnost. Zákon akce a reakce a centrálnost působení např. obecně neplatí u silového působení prostřednictvím proměnných silových polí, kdy část [[hybnost]]i nebo [[moment hybnosti|momentu hybnosti]] může být přenášena polem. Názorný je příklad vzájemného působení dvou nabitých částic pohybujících se v rovině ve vzájemně kolmých směrech, kdy v místě největšího přiblížení jedna částice působí na druhou pouze elektrostatickou silou, zatímco druhá na první působí vedle stejně velké elektrostatické reakce také silou magnetickou<ref>Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M.: 'Feynmanovy přednášky z fyziky - díl 2/3 (oddíl 26.2), 1. české vydání, nakladatelství Fragment, 2006, ISBN 80-7200-420-4.</ref>. Silové působení také nemůže být okamžité, neboť [[rychlost]] šíření interakce je podle [[speciální teorie relativity]] omezena [[rychlost světla|rychlostí světla]] ve [[vakuum|vakuu]]. Podobně [[obecná teorie relativity]] ukazuje, že rozložení [[energie]] a [[hybnost]]i vzájemné interakce nelineárně mění [[metrický prostor|metrické]] vlastnosti („zakřivení“) [[časoprostor]]u a ovlivňuje tak jiná působení.
Klasická mechanika nestanoví žádné obecné zásady pro nezávislé zákony silového působení (tedy na čem interakce závisí a jak). Jediným omezením je platnost [[Galileiho princip relativity|Galileiova principu relativity]], která vylučuje některé závislosti silového působení na [[Rychlost|rychlosti]] interagujících částic<ref>Votruba, Václav.: Základy speciální teorie relativity, oddíl 3.2 a úloha I 5. 2. vydání, Academia, Praha 1977.</ref>. [[Isaac Newton|Newton]] se omezil na dva druhy silového působení (pravých sil), u kterých stanovil i konkrétní podobu silového zákona. Pro [[gravitace|gravitační působení]] je to [[Newtonův gravitační zákon]], pro [[tah (pružnost)|pružnou (elastickou)]] sílu v tahu a tlaku je to záporně vzatá přímá úměrnost se změnou [[délka|délky]].
[[Henry Cavendish|Cavendish]] a [[Charles-Augustin de Coulomb|Coulomb]] nezávisle na sobě objevili podobu silového zákona – [[Coulombův zákon]] – pro elektrostatické působení nábojů (i pro magnetostatické působení tzv. magnetických množství; teprve později bylo magnetické působení identifikováno jako relativistický efekt, bez vlastních nosičů, s vírovým silovým polem).
Všechny výše uvedené pravé síly se vyznačují centrálním působením, tedy při vzájemném silovém působení dvou [[hmotný bod|hmotných bodů]] je vektorová přímka akce i reakce totožná se spojnicí těchto bodů.
Řádek 56:
Pojem (pravé) síly v [[Klasická mechanika|Newtonově klasické mechanice]] lze proto shrnout takto:
'''Síla''' je '''fyzikální veličina'''
* vyjadřující '''míru působení''' hmotného objektu ([[těleso|tělesa]], [[Fyzikální pole|silového pole]]) na jiné těleso, které se projevuje '''účinky statickými (tj. deformací tělesa) nebo dynamickými (tj. způsobuje změny pohybového stavu tělesa)''',
* která, působí-li (v [[Inerciální vztažná soustava|inerciální soustavě]]) jako jediná na volnou částici ([[hmotný bod]]), je '''rovna [[čas]]ové [[derivace|derivaci]] [[hybnost]]i''' této částice,
* působí '''přímo (centrálně), okamžitě, nezávisle na jiných silách''' a
* je vždy doprovázena '''stejně velkou opačně orientovanou silou''', kterou těleso podrobené síle zpětně působí na daný hmotný objekt.
Řádek 72:
V [[teoretická mechanika|analytické mechanice]] se za výchozí veličinu zpravidla bere jistá skalární veličina (obecně zvaná též „kinetický potenciál“) a základní zákon(y) mechaniky jsou pomocí této veličiny formulovány jako [[diferenciální rovnice|diferenciální]], [[integrál]]ní či [[variační princip]]y. Touto veličinou bývá např. [[kinetická energie]] <math>T \!</math>, [[potenciální energie]] <math>V \!</math>, [[Lagrangeova funkce]] <math>L \!</math> nebo [[Hamiltonova funkce]] <math>H \!</math>. Pomocí těchto funkcí lze vyjádřit pohybové rovnice a zpravidla i síly (až na některé obecné třídy disipativních sil a reakční síly [[holonomní vazba|neholonomních vazeb]]), a to navíc obecněji než u vektorové mechaniky – [[zobecněná síla|'''zobecněné síly''']] nemusí odpovídat pouze klasické [[Soustava souřadnic|souřadnici]] <math>x_i \!</math>, ale libovolné [[zobecněná souřadnice|zobecněné souřadnici]] <math>q_i \!</math>, a nemusí mít [[fyzikální rozměr veličiny|rozměr]] síly.
V [[Lagrangeovská formulace mechaniky|Lagrangeově zápisu]] tak platí pro [[zobecněná síla|zobecněnou sílu]] vztah
:<math>Q_i = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left ( \frac{\partial T}{\partial \dot q_i}\right ) - \frac{\partial T}{\partial q_i } </math>.
Oddělíme-li nyní (disipativní) část [[zobecněná síla|zobecněné síly]] <math>Q'_i \!</math>, kterou nelze vyjádřit jako derivaci zobecněné [[potenciální energie]] <math>V' \!</math> a kterou je nutno stanovit empiricky:
:<math>Q_i = Q'_i - \frac{\partial V'}{\partial q_i } + \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left ( \frac{\partial V'}{\partial \dot q_i}\right )</math>,
lze pohybové rovnice vyjádřit pomocí [[Lagrangeova funkce|Lagrangeovy funkce]] <math>L=T-V' \!</math> takto:
:<math> \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left ( \frac{\partial L}{\partial \dot q_i}\right ) - \frac{\partial L}{\partial q_i } = Q'_i </math>.
V [[Hamiltonovská formulace mechaniky|Hamiltonově zápisu]] mají pohybové rovnice tvar
:<math>\frac{\mathrm{d} p_i}{\mathrm{d}t} = - \frac{\partial H}{\partial q_i } + Q'_i </math>,
přičemž pravou stranu můžeme ztotožnit se [[zobecněná síla|zobecněnými silami]]. [[Hamiltonova funkce]] je zde definována vztahem <math>H = \sum_i p_i \dot q_i - L</math> a zobecněná hybnost <math>p_i = \frac{\partial L}{\partial \dot q_i}</math>.
Řádek 89:
Pohybová rovnice má tvar:
:<math>m \frac {\mathrm{d}\mathbf{v}}{\mathrm{d}t} = \mathbf{F} - \frac {\mathbf{F} \cdot \mathbf{v}}{c^2} \mathbf{v}</math>,
kde <math>\mathbf{v} \!</math> je rychlost tělesa a <math>c \!</math> je rychlost světla ve vakuu. Změna [[Rychlost|rychlosti]] tedy obecně nemá směr působící síly.
Ve [[čtyřvektor]]ovém formalismu typu <math> (\mathbf{x}; \mathrm{i}\, ct) \!</math> odpovídá síle '''[[čtyřvektor]] síly''' (čtyřvektorové indexy značeny řeckými písmeny)<ref>Votruba, Václav: Základy speciální teorie relativity, oddíl 6.1. 2. vydání, Academia, Praha 1977.</ref>:
:<math> F_{\mu} = \frac {\mathrm{d} P_{\mu}}{\mathrm{d} \tau} = \frac {\mathrm{d} (m_0 U_{\mu})}{\mathrm{d} \tau} </math>,
kde <math> P_{\mu} \!</math> je [[čtyřvektor]] hybnosti, <math> U_{\mu} = \left ( \sqrt{1- \frac {v^2}{c^2}}\, \mathbf{v}; \mathrm{i}\, \sqrt{1- \frac {v^2}{c^2}}\, c \right )</math> [[čtyřvektor]] rychlosti, <math> m_0 \!</math> [[klidová hmotnost]] a <math> \tau \!</math> [[dilatace času|vlastní čas]].
Složky čtyřvektoru síly lze vyjádřit pomocí klasických vektorů vztahem:
Řádek 103:
Rovnice speciální teorie relativity definující sílu lze formulovat i pro [[Neinerciální vztažná soustava|neinerciální soustavy]]<ref>Kuchař, Karel: Základy obecné teorie relativity, kapitola III. 1. vydání, Academia, Praha 1968.</ref>:
:<math> F^{\mu} = m_0 \frac {\mathrm{D} U^{\mu}}{\mathrm{d} \tau} = m_0 \left ( \frac {\mathrm{d}^2 x^{\mu}}{\mathrm{d} \tau^2} + \Gamma^{\mu}{}_{\varkappa \lambda} \frac {\mathrm{d} x^{\varkappa}}{\mathrm{d} \tau} \frac {\mathrm{d} x^{\lambda}}{\mathrm{d} \tau} \right )</math>,
kde D značí [[kovariantní derivace|absolutní derivaci]] a <math>\Gamma^{\mu}{}_{\varkappa \lambda} \!</math> [[afinní konexe|Christoffelův symbol druhého druhu]]. Nejedná se však o pohybovou rovnici [[obecná teorie relativity|obecné teorie relativity]]. [[Obecná teorie relativity]] popisuje interakce ne pomocí síly, ale pomocí změny metrických vlastností časoprostoru dané rozložením [[energie]] a [[hybnost]]i. Tělesa se pohybují po nejpřímějších [[trajektorie|trajektoriích]] v takto zakřiveném [[časoprostor]]u.
=== Síla v kvantové teorii ===
Řádek 111:
: <math>\langle \hat{F} \rangle = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\langle \hat{p}\rangle = \langle -\nabla V(x,t)\rangle</math>.
I [[hybnost]] lze popsat rovnicí obdobnou klasické definici:
:<math>\left\langle\hat{p}\right\rangle = m\, \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left\langle\hat{x}\right\rangle = m\, \left\langle\frac{\mathrm{d}\hat{x}}{\mathrm{d}t}\right\rangle</math>,
kde <math>m \!</math> je [[hmotnost]] částice.
Řádek 117:
Časová změna střední polohy souřadnice tak bude ve vnějším potenciálovém poli popsána klasickou mechanikou. Je však třeba zdůraznit, že tyto rovnice jsou rovnostmi operátorů ve smyslu středních hodnot. Chování podle kvantově mechanického vztahu bude blízké klasickému chování, pouze bude-li částici reprezentovat „úzký“ vlnový balík (velké hybnosti částice). Časovým vývojem se navíc vlnový balík (s výjimkou stacionárních vázaných stavů) postupně rozplývá, takže takové klasické chování je dobrou aproximací pouze pro krátké časové intervaly.
Uvedené vztahy jsou příkladem obecnějšího [[princip korespondence|principu korespondence]], podle kterého lze operátory [[pozorovatelná veličina|pozorovatelných veličin]] zavést z operátorů dvou základních [[Hamiltonovská formulace mechaniky|kanonických]] [[fyzikální veličina|veličin]] – [[délka|délky]] a [[hybnost]]i – stejnými vztahy, jako v klasické mechanice.
[[Kvantová fyzika|Kvantová teorie]] pole neřeší míru vzájemného působení pomocí pojmu síly. Pomocí metody kanonického kvantování polí<ref> http://en.wikipedia.org/wiki/Canonical_quantization</ref> a teorie kalibračních polí<ref> http://en.wikipedia.org/wiki/Gauge_theory </ref> lze vzájemné působení (elektromagnetické i slabé a silné jaderné) popsat pomocí [[kreace (fyzika)|kreací]] a [[anihilace|anihilací]] virtuálních [[intermediální částice|intermediálních částic]] a znázornit Feynmanovými diagramy<ref> http://en.wikipedia.org/wiki/Feynman_diagram</ref>. Charakteristikou síly interakce <math>i \!</math>-tého druhu je pak příslušný „náboj“ <math>g_i \!</math> (obvykle značený <math>g_s \!</math> pro silnou,
<math>g \!</math> a <math>g' \!</math> pro elektroslabou resp. <math>e = \frac{g\, g'}{\sqrt{g^2 + g'^2}} \!</math> ([[elementární náboj]]) pro elektromagnetickou interakci), případně tzv. '''vazbová konstanta''' interakce <math>\alpha_i = \frac{g_i^2}{4\pi \varepsilon_0 \hbar} \!</math> (pro elektromagnetickou interakci nazývaná [[konstanta jemné struktury]]).
Řádek 133:
* '''[[slabá interakce|slabá]]'''.
Z těchto základních interakcí pouze 2 jsou dalekodosahové a projevují se v makroskopických (nekvantových) měřítcích, ve kterých má pojem síly smysl. Je to [[gravitace]] a [[elektromagnetické pole|elektromagnetické působení]], které je zodpovědné za všechny ostatní makroskopické silové projevy.
=== Podle vzdálenosti působení ===
Řádek 141:
=== Pravá a zdánlivá síla ===
Při [[transformace souřadnic|změně soustavy souřadnic]] na [[Neinerciální vztažná soustava|neinerciální vztažnou soustavu]] dochází ke změně tvaru pohybové rovnice. Formální tvar pohybových rovnic z [[Inerciální vztažná soustava|inerciální vztažné soustavy]] lze zachovat přidáním nových působících sil, které mají v dané soustavě dynamické účinky stejné jako pravé síly. Pojem síly se proto rozšiřuje o tyto '''zdánlivé''', [[Setrvačné síly|'''setrvačné síly''']].
Rozlišují se tedy síly pravé a zdánlivé (setrvačné). Pravé síly vyplývají přímo ze vzájemného působení materiálních objektů, zatímco zdánlivé, [[setrvačné síly]] vyplývají z volby [[vztažná soustava|vztažné soustavy]]. Příkladem zdánlivých sil jsou [[odstředivá síla]], [[Eulerova síla]] nebo [[Coriolisova síla]].
Řádek 153:
'''Konzervativní''' silové pole je silové pole, které může konat [[mechanická práce|práci]], ale v izolovaném systému na uzavřené křivce je celková vykonaná [[mechanická práce|práce]] nulová. Konzervativní síly lze vyjádřit jako záporný [[Gradient (matematika)|gradient]] [[potenciální energie]]:
<math>\mathbf{F} = -\nabla V</math>, proto se též nazývají '''potenciálové'''.
Mezi konzervativní síly patří např. [[Newtonův gravitační zákon|gravitační síla]] a [[Elektrická síla|elektrostatická síla]].
'''Nekonzervativní''' síly jsou silami, jejichž [[mechanická práce|práce]] na uzavřené křivce je nenulová. Při jejich působení tedy dochází k „rozptýlení“, disipaci [[energie]], proto se též nazývají '''disipativní'''. Jde například o síly [[tření]].
Řádek 212:
==== Speciální případy ====
* Při skládání sil stejného směru se sečtou velikosti sil, směr výslednice je stejný jako směr jednotlivých sil, např.
:<math>F = F_1 + F_2 \!</math>
* Při skládání sil opačného směru se velikosti opačných sil odečtou, přičemž výslednice má směr větší ze sil, např.
:<math>F = |F_1 - F_2| \!</math>
Řádek 227:
kde <math>r \!</math> je vzdálenost sil <math>F_1 \!</math> a <math>F_2 \!</math>.
* Při skládání sil opačného směru působících v různých místech tuhého tělesa leží působiště výslednice na [[přímka|přímce]] tvořené působišti za větší silou ve vzdálenosti <math>r_2 \!</math> od síly <math>F_2 \!</math>:
:<math>r_2 = F_1 \frac{r}{( F_2 - F_1)}</math>,
kde <math>r \!</math> je vzdálenost sil <math>F_1 \!</math> a <math>F_2 \!</math>.
Řádek 234:
* Matematické řešení sčítání více obecných sil v rovině s různými působišti:
a) rozklad jednotlivých sil do vzájemně kolmých směrů (souřadnice "x" a "y"):
<math>F_{xi} = F\cos\alpha_i , F_{yi} = F \sin\alpha_i</math>,
[[Soubor:Síla.png|náhled|orientace síly a její složky v rovině]]
kde :<math>\alpha_i </math> je úhel od kladné poloosy <math>x</math> proti směru hodinových ručiček.
b) sečtení složek sil do jednotlivých směrů:
<math> F_x = \sum_i F_{xi}, F_y = \sum_i F_{yi}</math>
c) výsledná velikost síly:
<math> F = \sqrt{F_x^2+F_y^2}</math>
d) úhel výslednice sil:
<math>\alpha = \tan^{-1}\frac{F_y}{F_x}</math>, pro <math>F_x < 0</math> je <math>\alpha = \tan^{-1}\frac{F_y}{F_x} + 180^o</math>, pro <math>F_x = 0 </math> a zároveň <math>F_y > 0 </math> je <math>\alpha = 90^o</math> a pro <math>F_x = 0 </math> a zároveň <math> F_y < 0 </math> je <math>\alpha = 270^o</math>
e) působiště výsledné síly:
<math>x = \frac{\sum_i F_{yi} \cdot x_i}{F_y}</math>, pro <math> F_y = 0 </math> je <math> x </math> libovolné
Řádek 261:
[[Soubor:Rozklad-sil.png|thumb|Vektorový rozklad sil]]
Rozklad sil je postup, kterým se síla rozkládá na jednotlivé složky, jejichž složením lze určit původní sílu. Jedná se opačný proces než je skládání sil.
V případě, že sílu rozkládáme na dvě, je rozklad sil jednoduchou záležitostí. Jsou-li známy směry, ve kterých mají složky působit, pak tyto směry tvoří směry stran [[rovnoběžník]]u sil, jehož [[úhlopříčka|úhlopříčkou]] je původní síla. Velikosti stran vzniklého rovnoběžníku představují velikosti složek. Jsou-li ale známy velikost a směr první složky, pak druhou složku představuje vektor spojující koncové body vektorů první složky a původní síly (v uvedeném pořadí).
Řádek 278:
Pokud požadujeme rozložit do dvou směrů výslednici více sil pracujeme s výslednými složkami vstupních sil do směrů x a y:
<math>F_x=\sum_i F_i\cos\alpha_i</math>
<math>F_y=\sum_i F_i\sin\alpha_i</math>
<math>F_1=\frac{F_y\cos\alpha_2-F_x\sin\alpha_2}{\cos\alpha_1\sin\alpha_2-\sin\alpha_1\cos\alpha_2} </math>
Řádek 295:
V rovině platí 3 rovnice rovnováhy:
:<math>\sum_i F_i \cos\alpha_i = 0</math>
:<math>\sum_i F_i \sin\alpha_i = 0</math>
:<math>\sum_i F_i (x_i\sin\alpha_i - y_i\cos\alpha_i) = 0</math>
Řádek 315:
=== Pružné (elastické) síly ===
Mezi '''pružné (elastické) síly''' řadíme sílu tahovou a tlakovou, ohybovou, smykovou a torzní. Deformace je přitom přímo úměrná působící síle.
* [[Tah (pružnost)|Tahová a tlaková]] pružná síla jsou úměrné záporně vzaté změně délky ve směru působící síly (koeficient úměrnosti se nazývá tuhost). Lze je vyjádřit také jako úměrné relativnímu prodloužení/zkrácení a příčnému průřezu (koeficient úměrnosti se pak nazývá [[Youngův modul pružnosti]]).
* [[Ohybová síla]] se v tělese projevuje kombinací tahu a tlaku. Pro malé ohyby je přímo úměrná příčné výchylce a je výrazně (zpravidla kubicky) závislá na příčném rozměru tělesa ve směru výchylky.
* [[Mechanické napětí|Smyková síla]] je úměrná smykovému úhlu a příčnému průřezu (koeficient úměrnosti se pak nazývá [[modul pružnosti ve smyku]] nebo modul torze). Speciálním případem je torzní síla, která v [[dvojice sil|silové dvojici]] způsobuje pružné zkroucení.
Řádek 325:
'''Odporové síly''' jsou typickým příkladem disipativních sil. Patří mezi ně síla [[tření|smykového tření]] (mezi pevnými tělesy), síla [[viskozita|vnitřního tření]] [[tekutina|tekutin]] a [[odpor prostředí|odporové síly]] při pohybu těles v [[tekutina|tekutinách]]. Všechny působí proti směru relativního pohybu.
* '''Síla [[tření|smykového tření]]''' je přímo úměrná kolmé složce síly (koeficient úměrnosti se nazývá činitel smykového tření a je větší pro klidové tření než pro tření při pohybu). Není závislá na třecí ploše a při pohybu ani na [[Rychlost|rychlosti]].
* '''Viskózní síla (síla [[viskozita|vnitřního tření]])''' působí při [[laminární proudění|laminárním proudění]] mezi sousedními elementárními vrstvami tekutiny vzájemně se vůči sobě pohybujícími. Je přímo úměrná velikosti (myšlené) styčné plochy a [[Gradient (matematika)|gradientu]] [[Rychlost|rychlosti]] (tedy derivaci rychlosti proudění s příčným rozměrem, kolmým na styčnou plochu a tím i na směr proudění); koeficient úměrnosti se nazývá [[viskozita|dynamická viskozita]].
* [[Odpor prostředí|Odporová síla]] při [[laminární proudění|laminárním]] obtékání je přímo úměrná [[viskozita|viskozitě]] tekutiny a první mocnině [[Rychlost|rychlosti]]. Závisí na geometrickém tvaru tělesa.
* [[Odpor prostředí|Odporová síla]] při [[turbulentní proudění|turbulentním]] obtékání je přímo úměrná [[viskozita|viskozitě]] tekutiny, ploše příčného průřezu a přibližně kvadraticky závislá na [[Rychlost|rychlosti]]. Závisí na geometrickém tvaru tělesa.
* [[Odpor prostředí|Odporová síla]] při obtékání rychlostí blízkou rychlostí zvuku má závislost na [[Rychlost|rychlosti]] složitější.
Při [[laminární proudění|laminárním]] obtékání [[těleso|tělesa]] [[tekutina|tekutinou]] vznikají ještě (nedisipativní) '''dynamické vztlakové síly''' (hydrodynamické, aerodynamické), které souvisejí s rozdíly [[tlak]]u v tekutině na různých stranách tělesa způsobenými rozdílnou [[Rychlost|rychlostí]] obtékání podle [[Bernoulliho rovnice|Bernoulliovy rovnice]].
Řádek 345:
=== Tíhová síla a tíha, statický vztlak ===
Nejběžnějším prostředím je pro člověka povrch Země nebo místa nad a pod ním. S povrchem Země proto zpravidla spojuje svou souřadnou soustavu, ta je však vzhledem k zemské rotaci [[Neinerciální vztažná soustava|soustavou neinerciální]]. Působí v ní proto nejen (pravá) [[Newtonův gravitační zákon|gravitační síla]], ale i [[Setrvačné síly|síly setrvačné]], tedy [[odstředivá síla]] pro tělesa v klidu vůči zemskému povrchu. Výslednici těchto sil označujeme jako [[Newtonův gravitační zákon|'''tíhovou sílu''']] a její pole jako [[tíhové pole]].
'''[[Tíha]]''' je fyzikální veličina vyjadřující sílu ''statického'' působení [[těleso|tělesa]] v [[tíhové pole|tíhovém poli]] na jiné těleso (např. podložku nebo závěs).
:{{Malé|Poznámka: Některé definice tíhu od tíhové síly nerozlišují.}}
Řádek 353:
=== Síly v elektromagnetickém poli ===
* Na bodové náboje působí vedle základní elektrostatické síly také magnetické stacionární pole tzv. [[Lorentzova síla|'''Lorentzovou silou''']]. Ta je přímo úměrná [[magnetická indukce|magnetické indukci]] a [[elektrický náboj|náboji]]. Je též přímo úměrná [[Rychlost|rychlosti]] pohybu a působí kolmo na ní, jedná se tedy o sílu gyroskopickou..
* '''Elektrické síly''' působící na různé soustavy [[elektrický náboj|nábojů]] a nabitých [[elektrický vodič|vodičů]] jsou dané superpozicí elektrostatických sil. U dynamických systémů působí navíc elektrické síly vznikající [[zákon elektromagnetické indukce|elektromagnetickou indukcí]].
* '''Magnetické síly''' působí též mezi [[elektrický vodič|vodiči]] protékanými [[elektrický proud|elektrickým proudem]] a mezi [[magnetický dipól|magnetickými dipóly]] (které mohou být elementární). U dynamických systémů magnetické síly vznikají v proměnném elektrickém poli, aniž by v něm docházelo k pohybu nábojů (podle [[Maxwellovy rovnice|první Maxwellovy rovnice]]).
* Na [[dielektrikum|dielektrika]] a [[magnetizace|magnetika]] umístěná do elektromagnetického pole působí tzv. '''ponderomotorické síly''' s tendencí vtáhnout je do oblasti se silnějším polem či vysunout je z ní. Souvisí s vnitřním přerozdělením [[elektrický náboj|nábojů]] a [[magnetický dipól|magnetických dipólů]] ve struktuře těles.
=== Mikroskopické síly ===
Pojem síly se často používá i pro mikroskopické jevy, kde je již nutný [[kvantová mechanika|kvantově mechanický]] popis.
==== Mezimolekulové síly ====
Řádek 405:
'''Objemová síla''' je definována jako hustota síly působící v objemu [[těleso|tělesa]] a definuje se vztahem
:<math>\mathbf{f} = \lim_{V\to 0}\frac{\mathbf{F}}{V}</math>,
kde <math>\mathbf{F}</math> je síla působící na objem <math>V \!</math> a [[limita]] se míní v makroskopickém smyslu.
Jednotkou v [[Soustava SI|SI]] je [[newton]] na [[metr]] krychlový (N/m³).
Řádek 432:
=== Napětí a tlak ===
V mnoha případech působí síla na určitou [[plocha|plochu]]. Jedná se obvykle o sílu působící na povrch nějakého tuhého [[těleso|tělesa]] nebo na povrch [[Tekutina|tekutiny]].
Sílu lze v prvním případě vyjádřit jako součin '''[[Mechanické napětí|napětí]]''' <math>\sigma \!</math> a [[obsah]]u <math>S \!</math> dané plochy. Složky síly <math>\mathbf{F}</math> působící na element plochy lze tedy psát
:<math>\mathrm{d}F_i = \sum_j \sigma_{ij}\nu_j \mathrm{d}S \,</math>,
kde <math>\sigma_{ij} \!</math> je [[tenzor napětí]] a <math>\nu_j \!</math> je [[normála]] plochy s [[obsah]]em <math>S \!</math>.
Ve druhém případě se vztah zjednoduší, neboť tenzor napětí je nahrazen skalárním '''[[tlak]]em''' <math>p \!</math>:
Řádek 473:
=== Externí odkazy ===
* {{Commonscat}}
* {{Wikislovník|heslo=síla}}
* {{NK ČR|ph314949|věc=ano|síla}}
| |||