Start › Definicje i teoria › Fizyka › Dynamika — siły i zasady Newtona
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Dynamika — siły i zasady Newtona

Siły i ich wypadkowa, trzy zasady dynamiki Newtona, tarcie i opór ośrodka, równia pochyła, siła dośrodkowa i układy nieinercjalne.

16 definicji
Masa i ciężar — różnica SP · szkoła podstawowa
Definicja: Masa $m$: miara bezwładności i ilości materii [kg]. Stała niezależnie od miejsca. Ciężar $Q$: siła grawitacji działająca na ciało: $Q=mg$. Jednostka: [N]. Zależy od przyspieszenia grawitacyjnego $g$.
Prosto mówiąc: Masa to "ile materii", ciężar to "ile waży (siła)". Na Księżycu masz tę samą masę, ale ciężar 6× mniejszy ($g_{Ks}\approx1{,}6\,\text{m/s}^2$).
Zastosowanie:
  • Obliczenia sił w grawitacji
  • Ważenie produktów (mierzymy masę, mówimy "ile waży")
  • Astronautyka — masa stała, ciężar zmieniony
Przykład: Człowiek 70 kg: masa = 70 kg (wszędzie). Ciężar na Ziemi: $Q=70\cdot9{,}81\approx686\,\text{N}$. Na Księżycu: $Q=70\cdot1{,}6=112\,\text{N}$.
⚡ Zapamiętaj: W codziennym języku "kilogramy" to masa, a "waży 70 kg" to błąd fizyczny (waga to siła w N). W szkole używamy $g\approx10\,\text{m/s}^2$ dla ułatwień.
Siła — definicja i rodzaje SP · szkoła podstawowa
Definicja: Siła to wektorowa wielkość fizyczna opisująca wzajemne oddziaływanie ciał. Jednostka: niuton (N). $1 \text{ N} = 1 \text{ kg} \cdot \text{m/s}^2$. Siła może zmieniać prędkość ciała (wartość lub kierunek) albo kształt ciała.
Prosto mówiąc: Siła to „pchnięcie" lub „pociągnięcie". Możesz ją poczuć — grawitacja ciągnie Cię do dołu z siłą zwaną ciężarem.
Ważne rodzaje sił:
  • Ciężar $Q = mg$ — grawitacja Ziemi na ciało
  • Siła normalna $N$ — podłoże pcha ciało prostopadle do swojej powierzchni
  • Tarcie $T = \mu N$ — opór przy styku powierzchni ($\mu$ — współczynnik tarcia)
  • Siła sprężystości $F = kx$ — sprężyna opiera się odkształceniu
  • Wyporność (Archimedes) — ciecz pcha zanurzone ciało ku górze
Przykład: Ciało 5 kg leży na stole. Jakie siły działają?
  1. Ciężar: $Q = 5 \cdot 10 = 50$ N (w dół)
  2. Siła normalna: $N = 50$ N (w górę)
  3. Wypadkowa: $F = 0$ → ciało w spoczynku ✓
⚡ Zapamiętaj: Siła jest WEKTOREM — ma wartość, kierunek i zwrot. Siły przeciwne znoszą się. Wypadkowa sił = 0 → ciało w spoczynku lub ruchu jednostajnym.
Zasady dynamiki Newtona SP · szkoła podstawowa
I zasada Newtona (inercji): Ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, o ile wypadkowa wszystkich sił wynosi zero: $\sum \vec{F} = 0 \Rightarrow \vec{a} = 0$.
II zasada Newtona: Wypadkowa siła nadaje ciału przyspieszenie proporcjonalne do siły i odwrotnie proporcjonalne do masy: $\vec{F} = m\vec{a}$.
III zasada Newtona (akcji i reakcji): Każdej sile (akcji) towarzyszy równa co do wartości, lecz przeciwna co do zwrotu siła (reakcja): $\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$.
Prosto mówiąc:
  • I zasada: Coś samo z siebie nie rusza się ani nie zatrzymuje — potrzeba siły.
  • II zasada: Im cięższa piłka, tym trudniej ją przyspieszyć.
  • III zasada: Kiedy uderzasz w ścianę, ściana uderza Cię z tą samą siłą!
Zastosowanie II zasady — jak rozwiązywać:
  1. Wypisz wszystkie siły działające na ciało
  2. Oblicz wypadkową: $F_{wyp} = F_1 + F_2 + \ldots$ (z uwzględnieniem kierunków)
  3. Oblicz przyspieszenie: $a = \frac{F_{wyp}}{m}$
  4. Zastosuj kinematykę: $v = v_0 + at$, $s = v_0t + \frac{1}{2}at^2$
Przykład: Silnik wywiera 1200 N, tarcie 200 N, masa 500 kg. Przyspieszenie?
  1. $F_{wyp} = 1200 - 200 = 1000$ N
  2. $a = \frac{F_{wyp}}{m} = \frac{1000}{500} = 2 \text{ m/s}^2$
⚡ Zapamiętaj: III zasada — siły akcji i reakcji działają na RÓŻNE ciała (nie znoszą się!). Koń ciągnie wóz i wóz ciągnie konia — ale nie jest to żaden paradoks.
Siły i ich rodzaje (klasa 7 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Siły i ich rodzaje

Siła

Siła to miara wzajemnego oddziaływania ciał; jednostką jest niuton ($\mathrm{N}$).

Cechy

Siła jest wektorem: ma wartość, kierunek, zwrot i punkt przyłożenia.

Rodzaje

Grawitacji, sprężystości, tarcia, oporu, elektryczna i magnetyczna.

Wypadkowa sił (klasa 7 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Wypadkowa sił

Definicja

Wypadkowa zastępuje wszystkie siły działające na ciało jednym wektorem.

Ten sam kierunek

Siły zgodne dodajemy, przeciwne — odejmujemy.

Równowaga

Gdy wypadkowa jest zerowa, siły się równoważą, a ciało nie zmienia ruchu.

Pierwsza zasada dynamiki (klasa 7 SP) SP · szkoła podstawowa

Treść

Jeśli na ciało nie działa siła wypadkowa, to pozostaje ono w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

Bezwładność

To właściwość ciał polegająca na zachowaniu stanu ruchu; miarą bezwładności jest masa.

Przykłady

Szarpnięcie obrusem, pasy bezpieczeństwa.

Druga zasada dynamiki (klasa 7 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Druga zasada dynamiki

Treść

Siła wypadkowa nadaje ciału przyspieszenie: $a=\frac{F}{m}$, czyli $F=m a$.

Kierunek

Przyspieszenie ma kierunek i zwrot siły wypadkowej.

Wnioski

Ta sama siła nadaje mniejsze przyspieszenie ciału o większej masie.

Trzecia zasada dynamiki (klasa 7 SP) SP · szkoła podstawowa

Treść

Gdy ciało A działa na ciało B, to B działa na A siłą o tej samej wartości i kierunku, lecz przeciwnym zwrocie.

Akcja i reakcja

Siły te są przyłożone do różnych ciał, więc się nie równoważą.

Przykłady

Odrzut broni, ruch rakiety, odbicie od ściany.

Siła tarcia (klasa 7 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Siła tarcia

Rodzaje

Tarcie statyczne (spoczynkowe), kinetyczne (przy ruchu) i toczne.

Kierunek

Zwrot tarcia jest przeciwny do ruchu lub tendencji do ruchu.

Znaczenie

Bywa pożyteczne (chodzenie, hamowanie) lub szkodliwe (zużycie części).

Opór ośrodka (klasa 7 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Opór ośrodka

Zjawisko

Ciało poruszające się w powietrzu lub cieczy napotyka opór skierowany przeciwnie do ruchu.

Od czego zależy

Rośnie z prędkością, polem powierzchni i zależy od kształtu ciała.

Zastosowanie

Opływowe kształty pojazdów zmniejszają opór; spadochron go zwiększa.

Ruch po okręgu i siła odśrodkowa LO · szkoła średnia
Ruch jednostajny po okręgu: stała wartość prędkości, ale zmienny kierunek → przyspieszenie dośrodkowe: $$a_d = \frac{v^2}{r} = \omega^2 r$$ Gdzie $\omega = \dfrac{2\pi}{T} = 2\pi f$ — prędkość kątowa [rad/s].
Siła dośrodkowa (skierowana do środka): $F_d = ma_d = \dfrac{mv^2}{r}$
Prosto mówiąc: Piłka na sznurku kręcona w kółko potrzebuje siły do środka — to naciąg sznurka. Zwolnij sznurek: piłka leci po stycznej (nie od środka!). "Siła odśrodkowa" to tylko efekt inercji w układzie obracającym się.
Okres i częstotliwość: $T = \dfrac{2\pi r}{v}$; $f = \dfrac{1}{T}$; $v = \omega r = \dfrac{2\pi r}{T}$
Zastosowania: Wirówki (oddzielanie substancji), zakręty na drodze (nachylenie = tarcie dośrodkowe), orbity planet (grawitacja dośrodkowa).
Przykład: Samochód (masa 1000 kg) jedzie z prędkością 20 m/s po łuku o promieniu 50 m. Minimalne tarcie? $$F_d = \frac{mv^2}{r} = \frac{1000\cdot400}{50} = 8000 \text{ N}$$ Tarcie musi dostarczyć tę siłę: $\mu mg \geq 8000$ N → $\mu \geq \dfrac{8000}{9810} \approx 0{,}82$.
⚡ Zapamiętaj: Siła dośrodkowa nie jest nowym rodzajem siły — to rola, jaką pełni np. grawitacja (satelita), naciąg liny (młocarz), tarcie (zakręt). Bez siły dośrodkowej ciało leci po prostej!
Zasady dynamiki Newtona (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia

Pierwsza

Bez siły wypadkowej ciało trwa w spoczynku lub ruchu jednostajnym.

Druga

$\vec{F}=m\vec{a}$.

Trzecia

Siły akcji i reakcji są równe co do wartości i przeciwnie skierowane.

Siły tarcia (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Siły tarcia

Wzór

$T=\mu N$, gdzie $N$ to siła nacisku, a $\mu$ współczynnik tarcia.

Rodzaje

Tarcie statyczne (do granicznej wartości) i kinetyczne.

Zwrot

Przeciwny do ruchu lub tendencji do ruchu.

Ruch po równi pochyłej (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia

Rozkład ciężaru

Wzdłuż równi $mg\sin\alpha$, prostopadle $mg\cos\alpha$.

Bez tarcia

Przyspieszenie $a=g\sin\alpha$.

Z tarciem

$a=g(\sin\alpha-\mu\cos\alpha)$.

Dynamika ruchu po okręgu (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia

Siła dośrodkowa

$F_d=\frac{m v^2}{r}=m\omega^2 r$, skierowana do środka.

Źródło

Może nią być tarcie, naciąg, grawitacja lub siła sprężystości.

Uwaga

To nie nowa siła, lecz wypadkowa sił działających dośrodkowo.

Układy nieinercjalne (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Układy nieinercjalne

Definicja

Układy poruszające się z przyspieszeniem względem układu inercjalnego.

Siła bezwładności

Pozorna siła $-m\vec{a}$ wprowadzana, by stosować II zasadę dynamiki.

Przykłady

Odczucie wciskania w fotel przy ruszaniu, siła odśrodkowa na karuzeli.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.