Сила
From Wikipedia, the free encyclopedia
Сила је физичка величина којом се описује мера узајамног деловања тела и његове околине које може узроковати промену брзине, смера, правца или облика тела.[1]
Те су промене повезане и с променом количине кретања и/или енергије тела. Утицај околине на посматрано тело може се описивати као директно деловање силом од стране конкретних других тела, или као деловање поља силе које производе та тела ()Полазиште за разумевање деловања сила чине Њутнови закони кретања.[2]
Сила има износ и смер: она је векторска величина која се често обележава симболом . СИ јединица за износ силе је њутн (ознака ).
Иако се векторски рачун развијао тек у 18. и 19. веку, поступак збрајања сила по правилу паралелограма био је познат још у античко доба, а експлицитно га спомињу и Галилео и Њутн.[3][4] На скици десно приказано је сабирање сила i . Силе су приказане као усмерене дужи: стрелица означава смер силе, а дужина усмерене дужи пропорционална је износу силе (нпр. 1 представља 1 ). Збир те две силе нацртан је као дијагонала паралелограма (леви део скице), што је и интуитивно разумљиво: да би сила описала заједнички учинак тих сила (што је смисао сабирања), њен смер мора бити ближе смеру веће силе , а износ већи од износа јер и помаже у томе „општем“ смеру (на приказаној скици).
За разлику од приближне интуитивне оцене, правило паралелограма даје прецизан резултат, што је лако проверити мерењем учинка сила. Тај се резултат може приближно очитати са скице, или на темељу скице тачно израчунати (помоћу елементарне тригонометрије).
Корисно је уочити да се, уместо по паралелограму, исти резултат може добити „надовезивањем“ (десни део скице), при чему је свеједно која се усмерена дужина премести (надовеже) на крај оне друге. То омогућује једноставније сабирање већег броја сила (надовезују се једна на другу, а збир је усмерена дуж која „иде“ од почетка прве до краја задње). У доњем делу скице илустровано је сабирање надовезивањем за силе које су у истом и у супротном смеру.
Растављање силе на компоненте је обрнути поступак од сабирања. За паралелограм сила са скице може се сматрати и да приказује раставу силе на компоненте и (ако се полази од познате силе и траже њене компоненте у посматраним смеровима). Растављање сила на компоненте често је потребно за разумевање њиховог учинка и реакције околине, а и знатно олакшава рачун.
За илустрацију како се међуделовање описује силама, на скици десно приказано је котрљање кугле низ косину (уз најједноставније моделовање сила). Земља привлачи куглу силом (то је тежина кугле). Кугла се не може кретати у томе смеру јер се налази на подлози, па притиске подлогу (скица приказује само силе које делују на куглу, па сила притиска није приказана; она је једнака компоненти тежине која је окомита на подлогу). Подлога на притисак узвраћа силом која се назива нормалном реакцијом подлоге. Збир тежине и нормалне реакције подлоге је сила која убрзава куглу низ косину; та сила (није нацртана) је у ствари компонента тежине која је паралелна с подлогом. Њој се противи трење које умањује транслацијско убрзање кугле низ косину, али зато кугли даје угаоно убрзање, па се кугла котрља без проклизавања (што је усклађена истовремена ротација и транслација).
Иако то није нужно за прорачун кретања кугле низ косину, у детаљнијој анализи могло би се посматрати како се на месту контакта деформише подлога (а и сама кугла) због сила којима међусобно делују. У још детаљнијој анализи могло би се (барем у начелу) разматрати каквим силама приликом те деформације међусобно делују поједини молекули и атоми од којих се састоје кугла и подлога, те која је природа тих сила и у каквој су оне вези с елементарним честицама од којих су атоми грађени.
Физика двадесетог века показала је да се све врсте сила могу разложити на четири фундаменталне силе које делују на елементарне честице (види одломак о фундаменталним интеракцијама на крају овог чланка). Анализом интеракција на том нивоу бави се физика елементарних честица. Насупрот томе, овај чланак бави се углавном уводним разматрањем појма силе какав је раније изградила класична механика, и који се и данас једнако користе у томе подручју и у многобројним техничким применама. Посматра се деловање сила (без обзира на то које су врсте) на различите материјалне објекте, чија нас стварна атомска структура не занима, већ само разликујемо макроскопска тела од микроскопски ситних објеката који се називају честицама (а не мисли се на елементарне честице, него на било какве врло мале комадиће материје).