Sila a jej účinky

Kopneš do lopty, stlačíš tlačidlo na mobile, ťaháš kufor na kolieskach. Vo všetkých troch prípadoch pôsobíš silou. Ale čo presne je sila, ako sa meria a prečo je veta „vážim 60 kíl“ z pohľadu fyziky trochu mimo? To sa dozvieš za pár minút.

Sila je vektor

Sila nie je len číslo. Keď kamarátovi povieš „potlač skriňu silou 200 N“, nevie, ktorým smerom a kam má zatlačiť. Sila je preto vektor — veličina, ktorá má:

veľkosť (koľko: 200 N),
smer (kam: doľava, hore, šikmo pod uhlom 30°),
pôsobisko (kde: v strede dverí, pri pántoch…).

Kreslíme ju ako šípku: začiatok šípky je v pôsobisku, šípka ukazuje smer a jej dĺžka zodpovedá veľkosti. Vektor píšeme so šípkou nad písmenom, $\vec F$ ; keď nás zaujíma len veľkosť, píšeme iba $F$ .

Skús otvoriť dvere tak, že tlačíš pri pántoch. Rovnaká sila, iné pôsobisko — a dvere sa skoro nepohnú. Pôsobisko jednoducho rozhoduje.

Jednotka newton

Jednotkou sily je newton (N). Platí

1\,\mathrm{N} = 1\,\mathrm{kg\cdot m\cdot s^{-2}}

Aby si mal predstavu: 1 N je približne tiažová sila malého jablka (asi 100 g). Plná 1,5-litrová fľaša vody ťahá tvoju ruku silou asi 15 N. Väčšie sily zapisujeme v kilonewtonoch: $1\,\mathrm{kN} = 1000\,\mathrm{N}$ .

Čo sila robí s telesom

Silu nevidíš — spoznáš ju podľa toho, čo spraví. Má dva účinky:

Deformačný účinok — teleso zmení tvar. Stlačená pružina, pokrčená plechovka, lopta, ktorá sa pri kopnutí na chvíľu sploští.
Pohybový účinok — teleso zmení pohybový stav: rozbehne sa, zabrzdí, zatočí. Lopta po kopnutí odletí, bicykel pri brzdení spomalí.

Často nastanú oba naraz. Kopnutá lopta sa najprv sploští (deformácia) a potom odletí (zmena pohybu).

Sila neznamená automaticky pohyb. Keď tlačíš do steny, sila pôsobí, ale stena sa nehýbe — sila ju len nepatrne deformuje. A kufor, ktorý ťaháš rovnomerne, má aj proti sebe pôsobiace sily (trenie), ktoré tvoj ťah vyrovnávajú.

Silomer

Silu meriame silomerom. Vnútri je pružina: čím väčšia sila, tým viac sa natiahne, a stupnica ukazuje newtony. Využíva sa tu práve deformačný účinok sily. Rovnako funguje ručná váha na batožinu — v skutočnosti meria silu, ktorou kufor ťahá háčik nadol, a až potom ju prepočíta na kilogramy.

Tiažová sila vs. hmotnosť

Hmotnosť $m$ hovorí, koľko látky teleso má. Jednotka je kilogram, je to skalár a je všade rovnaká — na Zemi, na Mesiaci aj vo vesmírnej stanici.

Tiažová sila $F_G$ je sila, ktorou Zem priťahuje teleso nadol. Je to vektor, jednotka je newton, a vypočítaš ju:

F_G = m\,g,

g = 9{,}81\,\mathrm{m/s^2}

$g$ je tiažové zrýchlenie. Na Mesiaci je asi šesťkrát menšie, preto by tam na teba pôsobila šesťkrát menšia tiažová sila — ale hmotnosť by ostala tá istá.

Aká tiažová sila pôsobí na študenta s hmotnosťou 60 kg?

Zadané: $m = 60\,\mathrm{kg}$ , $g = 9{,}81\,\mathrm{m/s^2}$
Vzorec: $F_G = m\,g$
Dosadenie: $F_G = 60\,\mathrm{kg} \cdot 9{,}81\,\mathrm{m/s^2}$
Výsledok: $F_G = 588{,}6\,\mathrm{N}$ , smer zvisle nadol.

Takže „vážim 60 kíl“ fyzikálne znamená: moja hmotnosť je 60 kg a Zem ma priťahuje tiažovou silou 588,6 N.

Na čo to elektrikárovi je: keď sa na stropný hák vešia svietidlo alebo sa ťahá kábel cez káblový žľab, rozhoduje tiažová sila v newtonoch, nie hmotnosť. Nosnosť kotiev a úchytiek sa počíta zo síl.

E-kolobežka má hmotnosť 14 kg. Aká tiažová sila na ňu pôsobí?

Ukáž riešenie

$F_G = m\,g = 14\,\mathrm{kg}\cdot 9{,}81\,\mathrm{m/s^2} =$ $137{,}34\,\mathrm{N}$ (asi 137 N).

Teraz ty: patrí vlastnosť k hmotnosti, alebo k tiažovej sile?

A teraz 10 príkladov na tiažovú silu:

Zapamätaj si

Sila je vektor: má veľkosť, smer a pôsobisko, kreslíme ju ako šípku.
Jednotka sily je newton, $1\,\mathrm{N} = 1\,\mathrm{kg\cdot m\cdot s^{-2}}$ ; 1 N je zhruba tiažová sila malého jablka.
Sila má deformačný (zmena tvaru) a pohybový (zmena pohybu) účinok.
Tiažová sila: $F_G = m\,g$ , kde $g = 9{,}81\,\mathrm{m/s^2}$ .
Hmotnosť (kg) je všade rovnaká, tiažová sila (N) závisí od toho, kde si.

Sila je vektor

Jednotka newton

Čo sila robí s telesom

Silomer

Tiažová sila vs. hmotnosť

Zapamätaj si

🧠 Kvíz — over si, či to sedí