V tomto článku by som sa chcel venovať ďalšej z fyzikálnych veličín a tou je sila.
Sila vzniká vďaka vzájomnému pôsobeniu dvoch telies, prípadne medzi fyzikálnymi poľami (gravitačným poľom a elektrickým poľom) a telesom.
Jednotkou sily je Newton N.
Sila 1N vyjadruje množstvo energie (mechanickej práce) ktorú predá jedno teleso druhému telesu za jednotku času 1s.
Vzorec na výpočet sily F = m * a.
F = sila, m = hmotnosť, a = zrýchlenie,
Sila F vyvolá u telesa o hmotnosti m zrýchlenie a.
Aby teleso o hmotnosti 5kg dosiahlo za 1s rýchlosť 2m/s, musí naň pôsobiť sila 10N.
a = v/t = 2/1 = 2m/s2, F = m*a = 5*2 = 10N,
Za 1s vykoná sila 10N prácu W = F*t = 10*1 = 10J
W = F*s = 0,5*m*v2 = 0,5*5*22 = 10J,
V tomto prípade je množstvo vykonanej práce podľa obidvoch vzorcov rovnaké.
Aby teleso o hmotnosti 5kg dosiahlo rýchlosť 4m/s, musí naň pôsobiť sila 10N 2-krát dlhší čas 2s.
Za 2s vykoná sila 10N prácu W = F*t = 10*2 = 20J
W = F*s = 0,5*m*v2 = 0,5*5*42 = 40N,
Na dosiahnutie 2-krát väčšej rýchlosti musí rovnaká sila pri rovnakej hmotnosti telesa vykonať 2-krát viacej práce a nie 4-krát, ako to vychádza podľa platného vzorca na výpočet práce.
Skutočné množstvo práce pri rovnomerne zrýchlenom pohybe je možné vypočítať iba podľa vzorca W = F*t!
Aby teleso o hmotnosti m dosiahlo rýchlosť v je potrebné vždy vykonať rovnaké množstvo práce W, bez ohľadu na veľkosť použitej sily.
Ak použijem silu F, teleso o hmotnosti m bude mať zrýchlenie a a rýchlosť v dosiahne za čas t.
F = 20N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 20/2 = 10m/s2.
t = v/a = 10/10 = 1s. W = F*t = 20*1 = 20J,
Ak použijem silu 2F, teleso o hmotnosti m bude mať zrýchlenie 2a a rýchlosť v dosiahne za čas 0,5t.
F = 40N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 40/2 = 20m/s2,
t = v/a = 10/20 = 0,5s W = F*t = 40*0,5 = 20J,
Ak použijem silu 0,5F teleso o hmotnosti m bude mať zrýchlenie 0,5a a rýchlosť v dosiahne za čas 2t.
F = 10N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 10/2 = 5m/s2,
t = v/a = 10/5 = 2s, W = F*t = 10*2 = 20J,
Aby teleso o hmotnosti m dosiahlo rýchlosť v je potrebné vykonať vždy rovnaké množstvo práce bez ohľadu na veľkosť použitej sily. Väčšia sila koná prácu kratší čas a menšia sila koná prácu dlhší čas.
Za kinetickú energiu je možné považovať iba prácu ktorú vykoná sila F za čas t pri rovnomerne zrýchlenom pohybe. Ek = W = F*t = m*v.
Pri rovnomerne zrýchlenom pohybe sila F nekoná prácu na celej dráhe čo platný vzorec na výpočet práce ignoruje a preto podľa platného vzorca W = F*m vychádza podstatne väčšia práca.
Sila koná prácu iba počas zmeny rýchlosti.
Pri zrýchlení 10m/s2 teleso zmení rýchlosť za 1s z 0m/s na 10m/s, alebo z 10m/s na 20m/s, alebo z 20m/s na 30m/s. Pri každej zmene rýchlosti prejde teleso za 1s vzdialenosť 0,5*a = 5m.
Hoci za 3s prejde teleso 45m, sila koná prácu iba na dráhe 3*5m = 15m.
Podľa vzorca W = F*s je možné počítať iba prácu potrebnú na prekonanie trenia a odporu prostredia. Túto prácu nieje možné považovať za kinetickú energiu, lebo sa počas pohybu spotrebováva na prekonanie trenia a odporu prostredia!
Pri každom pohybe vzniká trenie. Silu potrebnú na prekonanie trenia je možné vypočítať podľa vzorca, Ft = fo * Fn
Ft = trecia sila
fo = súčiniteľ pokojového trenia.
Fn = sila kolmá na smer pohybu (tiaž).
Na prácu potrebnú na prekonanie trenia nemá rýchlosť a ani čas žiaden vplyv a preto je závislá iba od trecej sily a dráhy. Prácu, potrebnú na prekonanie trenia na vzdialenosti s je možné vypočítať podľa vzorca W = Ft * s.
Ft = trecia sila
s = dráha
Práca potrebná na prekonanie trenia sa počas pohybu spotrebováva na prekonanie trenia a preto ju nieje možné považovať za kinetickú energiu.
To isté platí aj pre prácu potrebnú na prekonanie gravitácie na dráhe s.
W = Fg * s.
Fg = gravitačná sila
s = dráha
Na prácu potrebnú na prekonanie gravitácie nemá rýchlosť a ani čas žiaden vplyv a preto je závislá iba od gravitačnej sily a dráhy (výšky). Práca potrebná na prekonanie gravitácie sa počas pohybu spotrebováva na prekonanie gravitácie a preto ju nieje možné považovať za kinetickú energiu.