Type a search term to find related articles by LIMS subject matter experts gathered from the most trusted and dynamic collaboration tools in the laboratory informatics industry.
![]() |
Sila | |
---|---|
![]() Sile se opisuju i kao guranje ili povlačenje objekta. One mogu biti rezultat pojava kao što su gravitacija, magnetizam, ili bilo čega što može dovesti do ubrzanja mase. | |
Opći simboli | F, F |
SI jedinica | njutn |
U osnovnim jedinicama | 1 kg·m/s2 |
Izvođenja iz drugih veličina | F = m a |
U fizici, sila je bilo kakva interakcija koja će promjeniti kretanje ili oblika tijela.[1][2] Sila se može opisati i intuitivnim konceptima kao što su guranje i povlačenje. Polazište za razumijevanje djelovanja sila čine Newtonovi zakoni gibanja.[3]
Sila ima i jačinu i smjer, što je čini vektorskom veličinom. Mjeri se u njutnima (SI jedinica) i predstavlja se simbolom .
Fizika 20. stoljeća pokazala je da se sve sile u prirodi mogu svesti na četiri osnovne sile koje djeluju na elementarne čestice. Analizom interakcija na toj razini bavi se fizika elementarnih čestica. Nasuprot tome, klasična mehanika promatra djelovanje sila na makroskopska tijela.
Iako se vektorski račun razvijao tek u 18. i 19. stoljeću, postupak zbrajanja sila po pravilu paralelograma bio je navodno poznat još u antičko doba, a eksplicitno ga spominju i Galileo i Newton.[4][5] Na skici desno prikazano je zbrajanje sila i . Sile su prikazane kao usmjerene dužine: strelica označava smjer sile, a duljina usmjerene dužine proporcionalna je iznosu sile. Zbroj tih dviju sila nacrtan je kao dijagonala paralelograma (lijevi dio skice), što je i intuitivno razumljivo: da bi sila opisala zajednički učinak tih sila, njezin smjer mora biti bliže smjeru veće sile , a iznos veći od iznosa jer i pomaže vući u tome "općem" smjeru. Pravilo paralelograma daje precizan rezultat, koji se na temelju skice može točno izračunati pomoću elementarne trigonometrije.
Umjesto po paralelogramu, isti rezultat može se dobiti "nadovezivanjem" (desni dio skice), pri čemu je svejedno koja se usmjerena dužina premjesti (nadoveže) na kraj one druge. To mogućuje jednostavnije zbrajanje većeg broja sila (nadovezuju se jedna na drugu, a zbroj je usmjerena dužina koja "ide" od početka prve do kraja zadnje). U donjem dijelu skice ilustrirano je zbrajanje nadovezivanjem za sile koje su u istom i u suprotnom smjeru.
Rastavljanje sile na komponente je obrnuti postupak od zbrajanja. Za paralelogram sila sa skice može se smatrati i da prikazuje rastav sile na komponente i (ako se polazi od poznate sile ). Rastavljanje sila na komponente često je potrebno za razumijevanje njihova učinka i reakcije okoline, a i znatno olakšava račun.
Za ilustraciju međudjelovanja sila, na skici desno prikazano je kotrljanje kugle niz kosinu (uz najjednostavnije modeliranje sila). Zemlja privlači kuglu silom (to je težina kugle). Kugla se ne može gibati u tome smjeru jer se nalazi na podlozi, pa pritišće podlogu (sila pritiska je jednaka komponenti težine koja je okomita na podlogu). Podloga na pritisak uzvraća silom koja se naziva normalnom reakcijom podloge. Zbroj težine i normalne reakcije je sila koja ubrzava kuglu niz kosinu; ta sila je zapravo komponenta težine koja je paralelna s podlogom. No, njoj se protivi trenje koje umanjuje translacijsko ubrzanje kugle niz kosinu, ali zato kugli daje kutno ubrzanje, pa se kugla kotrlja bez proklizavanja (što je usklađena istovremena rotacija i translacija).
Iako to nije nužno za proračun gibanja, u detaljnijoj analizi moglo bi se promatrati kako na mjestu kontakta deformira se podloga (a i sama kugla) zbog sila kojima međusobno djeluju.
Čestica je u klasičnoj mehanici komadić materije vrlo malih dimenzinja, čiji položaj možemo dobro opisati samo jednom točkom. Kad sila djeluje na česticu, ona djeluje upravo u toj točki. Sila čestici daje ubrzanje (što je opisano drugim Newtonovim zakonom). Ako na česticu djeluje više sila, njezino ubrzanje se računa pomoću ukupne sile koja se dobije vektorskim zbrajanjem sila.
Tijelo se u klasičnoj mehanici može opisati kao skup ogromnog broja međusobno povezanih čestica (pri čemu je svejedno da li su to atomi, molekule ili neke "apstraktne" čestice). Sile kojima okolina djeluje na tijelo nazvaju se vanjskim silama. Kad vanjska sila djeluje na tijelo, ona može zahvatiti veći ili manji broj njegovih čestica, a njezino djelovanje prenosi se na druge čestice tijela zahvaljujući vezama među česticama. Te unutarnje veze su također sile, koje se nazivaju unutarnjim silama.
Djelovanje vanjske sile može imati nekoliko učinaka na slobodno tijelo:
Detaljnijim proučavanjem deformacija bave se različite discipline kao što su nauka o čvrstoći, teorija elastičnosti, mehanika kontakta itd. Deformacije najčešće izazivaju sile koje djeluju na mjestu dodira dvaju tijela (kontaktne sile). Ako dodir zahvaća značajan dio površine tijela, za kontaktne sile se koristi i naziv površinske sile i često se opisuju pomoću tlaka (prosječni tlak je omjer površinske sile pritiska i površine na koju ona djeluje).[6]
Budući da nema deformacija, učinak sile na kruto tijelo svodi se na ubrzanje njegova centra masa te na eventualno kutno ubrzanje tijela. Ako na tijelo djeluje više sila, njih je dovoljno samo vektorski zbrojiti da bi se ubrzanje centra masa izračunalo pomoću ukupne sile. No, za kutno ubrzanje treba izračunati i momente tih sila.[7]
Ako tijelo nije slobodno, kaže se da je vezano. To znači da je u kontaktu s nepomičnom okolinom, koji može biti ostvaren na više različitih načina: npr. oslanja se na podlogu (u koju ne može prodirati nego samo klizati po njoj), ili je postavljeno na čvrstu osovinu (koju ne može pomaknuti nego samo rotirati oko nje) itd. Vanjskim silama koje pokušavaju ubrzati tijelo (aktivne sile) suprotstavljaju se reakcije veza, koje ograničavaju ili sprečavaju njihov učinak. Da bi se odredila promjena gibanja tijela, treba zbrojiti aktivne i reaktivne sile i njihove momente.
Četiri vrste fundamentalnih interakcija su:
Prve dvije su odavno poznate i lako se opažaju i na velikim udaljenostima. Druge dvije se opažaju samo na malim udaljenostima, otprilike u razmjerima atomske jezgre, otkrivene su tek u prošlom stoljeću. Jaka nuklearna sila snažno djeluje među kvarkovima – česticama od kakvih su građeni protoni i neutroni – pa dakle i među protonima i neutronima. Slaba djeluje među kvarkovima i leptonima (od kojih je opće poznat samo elektron) pa se opaža npr. kod beta radioaktivnog raspada.
Do prije par stoljeća električna i magnetska sila promatrane su kao posve nezavisne sile. Tek su u 19. stoljeću do kraja opisane veze među njima, i postalo je jasno da se radi o različitim manifestacijama jedne iste sile. Na sličan način, povezane su sredinom 20. stoljeća elektromagnetska i slaba nuklearna sila, te je uveden i zajednički naziv elektroslaba sila. Od tada se istražuje mogućnost da su sve četiri sile zapravo samo različite manifestacije jedne univerzalne kozmičke sile. Danas je općenito prihvaćena teorija da sve osim gravitacije doista imaju zajedničko ishodište. Gravitacijska se sila od ostalih izdvaja svojom specifičnom prirodom koju je otkrila opća teorija relativnosti.[8]
Ne može se isključiti mogućnost postojanja i drugih vrsta sila koje ljudi još nisu opazili. Neke alternativne ili hipotetičke opcije pod nazivom peta sila spominju se u posljednje vrijeme u različitim kontekstima, npr. tumačenja tamne energije ili sudara ubrzanih čestica.[9]