Trzecia zasada dynamiki Newtona i siła ciężkości

W tej części skupimy się na fundamentalnej zasadzie fizyki - trzeciej zasadzie dynamiki Newtona oraz na pojęciu siły ciężkości.

Definition: Trzecia zasada dynamiki Newtona stwierdza, że oddziaływanie między ciałami jest zawsze wzajemne.

Oznacza to, że jeśli ciało A działa na ciało B z pewną siłą, to ciało B działa na ciało A z siłą o tej samej wartości, ale przeciwnym zwrocie. Jest to kluczowa koncepcja w zrozumieniu interakcji między obiektami w fizyce.

Example: Gdy stoisz na podłodze, naciskasz na nią z pewną siłą, a podłoga oddziałuje na ciebie z taką samą siłą, ale skierowaną w górę. To właśnie przykład 3 zasady dynamiki z życia codziennego.

Kolejnym ważnym pojęciem jest siła ciężkości, często nazywana po prostu ciężarem.

Definition: Siła ciężkości (ciężar) to siła, z jaką Ziemia przyciąga dane ciało o określonej masie.

Wzór na siłę ciężkości jest następujący:

Fg = m · g

gdzie:

• Fg - siła ciężkości [N] (niuton)
• m - masa ciała [kg] (kilogram)
• g - przyspieszenie grawitacyjne na Ziemi [m/s²] (metr na sekundę kwadrat)

Highlight: Na powierzchni Ziemi przyjmuje się, że g ≈ 10 m/s².

Zrozumienie koncepcji siły ciężkości jest kluczowe dla rozwiązywania wielu zadań z fizyki, szczególnie tych związanych z ruchem ciał na Ziemi i w jej pobliżu. Jak obliczyć ciężar znając masę? Wystarczy pomnożyć masę przez przyspieszenie grawitacyjne, korzystając z powyższego wzoru.

Siła wypadkowa i jej obliczanie

W fizyce często mamy do czynienia z sytuacjami, gdzie na ciało działa więcej niż jedna siła. W takich przypadkach kluczowe jest zrozumienie pojęcia siły wypadkowej i umiejętność jej obliczania.

Definition: Siła wypadkowa to siła, która zastępuje siły składowe i powoduje ten sam skutek co te siły działające łącznie.

Rozważmy kilka przypadków obliczania siły wypadkowej:

1. Siły działające w tym samym kierunku i zwrocie: Fw = F₁ + F₂

   Example: Jeśli F₁ = 2N i F₂ = 3N, to Fw = 2N + 3N = 5N

2. Siły działające w tym samym kierunku, ale przeciwnych zwrotach: Fw = F₂ - F₁ (gdy F₂ > F₁)

   Example: Jeśli F₂ = 3N i F₁ = 2N, to Fw = 3N - 2N = 1N

3. Siły równoważące się: Gdy dwie siły mają ten sam kierunek, tę samą wartość, ale przeciwne zwroty, mówimy, że się równoważą. W takim przypadku siła wypadkowa wynosi 0.

   Example: Jeśli F₁ = 2N w prawo i F₂ = 2N w lewo, to Fw = 0N

4. Siły prostopadłe: Gdy siły działają pod kątem prostym względem siebie, siłę wypadkową obliczamy korzystając z twierdzenia Pitagorasa: Fw² = F₁² + F₂²

   Example: Jeśli F₁ = 3N (poziomo) i F₂ = 4N (pionowo), to Fw² = 3² + 4² = 25, więc Fw = 5N

Highlight: Umiejętność obliczania siły wypadkowej jest kluczowa w rozwiązywaniu wielu zadań z fizyki, szczególnie tych związanych z ruchem ciał pod wpływem wielu sił.

Zrozumienie koncepcji siły wypadkowej pozwala na analizę złożonych układów sił i przewidywanie ruchu ciał w różnych sytuacjach. Jest to fundamentalna umiejętność w fizyce, szczególnie przydatna przy rozwiązywaniu zadań związanych z 3 zasadą dynamiki Newtona.