Czym jest siła, skoro nie da się jej zobaczyć?

Widać jej skutki i od nich warto zacząć: siła zmienia prędkość (rusza, hamuje, zakręca) albo kształt (gniecie, rozciąga). Pchnięcie wózka, hamowanie na rowerze, ściśnięta sprężyna w długopisie — za każdym razem coś działa na coś. Jednostka to niuton; z grubsza 1 N to ciężar małego jabłka.

Po co rysować strzałkę, skoro wystarczy liczba?

Bo przy sile liczba to za mało: te same 10 N pchnięte w przód rozpędza, a w tył — hamuje. Strzałka niesie trzy rzeczy naraz: kierunek, zwrot i wartość (im dłuższa, tym większa siła). Dlatego w zeszycie rysuje się strzałkę, a nie zapisuje samej liczby.

Dziecko mówi „siła” na ciężar. Czy to błąd?

W szkole tak i warto to rozdzielić wcześnie: masa (kilogramy) mówi, ile jest materii, a ciężar (niutony) to siła, którą Ziemia przyciąga to ciało. Na Księżycu masa jest ta sama, a ciężar sześć razy mniejszy — to jedno zdanie zwykle wystarcza, żeby różnica została w głowie.

Siła i jej cechy

około 10 minut

W tej lekcji1/10

Pchasz sanki z całej siły — jadą do przodu. Ciągniesz je dokładnie tak samo mocno — jadą do tyłu. Ta sama siła, a skutek zupełnie inny! Czyli o sile trzeba wiedzieć coś więcej niż tylko to, jak jest duża. Sprawdźmy, co dokładnie.

Siła — miara oddziaływania

Wiesz już, że ciała na siebie oddziałują: ręka pcha sanki, magnes przyciąga spinacz, Ziemia przyciąga jabłko. Siła to miara takiego oddziaływania — mówi nam, jak mocno jedno ciało działa na drugie.

Siłę oznaczamy literą $F$ , a jej jednostką jest niuton (skrót: $\text{N}$ ) — na cześć Izaaka Newtona.

Jak duży jest 1 niuton? Weź do ręki tabliczkę czekolady o masie 100 g. Siła, z jaką ciągnie ona Twoją dłoń w dół, to w przybliżeniu właśnie $1\text{ N}$ . Litrowa butelka wody ciągnie około $10\text{ N}$ .

Do mierzenia siły służy siłomierz — przyrząd ze sprężyną i skalą. Im większa siła, tym bardziej sprężyna się rozciąga, a wskazówka pokazuje wynik w niutonach.

Cztery cechy siły — siła jest wektorem

Wróćmy do sanek. Pchanie i ciągnięcie miały tę samą wartość, a skutki były przeciwne. Dlatego siła to nie zwykła liczba, tylko wektor — wielkość, którą opisują aż cztery cechy:

Cecha	Co oznacza	U sanek
wartość	jak mocno działamy (w niutonach)	$60\text{ N}$
kierunek	wzdłuż jakiej linii działa siła	poziomy
zwrot	w którą stronę tej linii	w prawo albo w lewo
punkt przyłożenia	gdzie siła jest przyłożona	oparcie sanek

Kierunek i zwrot — linia i jej strona

Kierunek i zwrot mylą się najczęściej. Różnica jest prosta:

Ten sam kierunek (poziomy), ta sama wartość, przeciwne zwroty

Jak narysować siłę — strzałka krok po kroku

1
Ustal punkt przyłożenia — miejsce, w którym siła działa na ciało. Tam zacznie się strzałka.
Wskazówka
Początek strzałki, nie jej środek! To częsty błąd na sprawdzianach.
2
Poprowadź linię w kierunku działania siły — na przykład poziomo, gdy pchasz wózek.
$\text{kierunek: poziomy}$
3
Dorysuj grot po tej stronie, w którą siła działa. Grot pokazuje zwrot.
$\text{zwrot: w prawo}$
4
Długość strzałki dobierz do wartości siły według skali. Przyjmijmy, że 1 cm oznacza 10 N.
$1\text{ cm} \rightarrow 10\text{ N}$
5
Gotowa strzałka: skala 1 cm to 10 N, więc 30 N ma 3 cm
Siła 30 N to przy tej skali strzałka o długości 3 cm, bo 30 : 10 = 3.
$30\text{ N} : 10\tfrac{\text{N}}{\text{cm}} = 3\text{ cm}$
Wskazówka
Dwa razy większa siła — dwa razy dłuższa strzałka. Jedna strzałka mówi wszystko: gdzie, wzdłuż czego, w którą stronę i jak mocno.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Na rysunku przyjęto skalę: 1 cm oznacza 5 N. Strzałka siły ma długość 4 cm. Ile niutonów ma ta siła?

Skala: 1 cm to 5 N. Ta strzałka ma 4 cm

Pułapka! Kierunek to nie to samo co zwrot

Uczniowie notorycznie mówią: te siły mają różne kierunki, bo jedna działa w lewo, a druga w prawo. To błąd! Mają ten sam kierunek i przeciwne zwroty.

Ile naprawdę ciągnie czekolada?

1
Tabliczka czekolady ma masę 100 g. Zamieniamy gramy na kilogramy.
$m = 100\text{ g} = 0{,}1\text{ kg}$
2
Ziemia przyciąga każdy kilogram siłą około 10 N. Liczymy siłę ciężkości.
$F = 0{,}1\text{ kg} \cdot 10\tfrac{\text{N}}{\text{kg}} = 1\text{ N}$
3
Podajemy wszystkie cztery cechy tej siły: wartość 1 N, kierunek pionowy, zwrot w dół, punkt przyłożenia w czekoladzie.
$F = 1\text{ N}$
Wskazówka
Zawieś czekoladę na siłomierzu, a wskazówka zatrzyma się na 1 N. Od dziś każdą siłę możesz mierzyć w czekoladach! 🍫

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Trzymasz w reklamówce 7 tabliczek czekolady po 100 g każda. Z jaką w przybliżeniu siłą (w niutonach) reklamówka ciągnie Twoją rękę w dół?

Ściąga do zapamiętania

Jakie są cztery cechy siły i czym różni się kierunek od zwrotu?

Siła (F) to miara oddziaływania, jednostka: niuton (N), przyrząd: siłomierz. 1 N to w przybliżeniu ciężar tabliczki czekolady 100 g. Siła jest WEKTOREM o czterech cechach: wartość (ile N), kierunek (wzdłuż jakiej LINII działa), zwrot (w którą STRONĘ tej linii), punkt przyłożenia (gdzie działa). Kierunek to tory, zwrot to strona jazdy — siły w prawo i w lewo na jednej prostej mają ten sam kierunek, ale przeciwne zwroty. Rysunek: strzałka od punktu przyłożenia, długość proporcjonalna do wartości.

Dla rodzica

Jak wytłumaczyć dziecku, czym jest siła?

Czym jest siła, skoro nie da się jej zobaczyć?: Widać jej skutki i od nich warto zacząć: siła zmienia prędkość (rusza, hamuje, zakręca) albo kształt (gniecie, rozciąga). Pchnięcie wózka, hamowanie na rowerze, ściśnięta sprężyna w długopisie — za każdym razem coś działa na coś. Jednostka to niuton; z grubsza 1 N to ciężar małego jabłka.
Po co rysować strzałkę, skoro wystarczy liczba?: Bo przy sile liczba to za mało: te same 10 N pchnięte w przód rozpędza, a w tył — hamuje. Strzałka niesie trzy rzeczy naraz: kierunek, zwrot i wartość (im dłuższa, tym większa siła). Dlatego w zeszycie rysuje się strzałkę, a nie zapisuje samej liczby.
Dziecko mówi „siła” na ciężar. Czy to błąd?: W szkole tak i warto to rozdzielić wcześnie: masa (kilogramy) mówi, ile jest materii, a ciężar (niutony) to siła, którą Ziemia przyciąga to ciało. Na Księżycu masa jest ta sama, a ciężar sześć razy mniejszy — to jedno zdanie zwykle wystarcza, żeby różnica została w głowie.

Sprawdź się!

W jakiej jednostce mierzymy siłę i jakim przyrządem?

Która z wymienionych NIE jest cechą siły?

Na rysunku dwie siły działają wzdłuż tej samej poziomej prostej: jedna w prawo, druga w lewo. Co można o nich powiedzieć?

Dwie siły przyłożone do klocka

Na rysunku siłę 20 N narysowano strzałką o długości 2 cm. Jaką długość przy tej samej skali ma strzałka siły 50 N?

Tak narysowano siłę 20 N: strzałka o długości 2 cm

Siła o wartości około 1 N to w przybliżeniu ciężar:

Następny temat

Siła wypadkowa i siły równoważące się