wyznaczysz siłę wypadkową sił działających w różnych kierunkach;

rozwiążesz proste zadania dotyczące składania sił.

Czy wyciągnięcie rzepki w wierszu Juliana Tuwima, ma coś wspólnego z siła wypadkową?
Jaka siła spowodowała, że bohaterowie wiersza wyciągnęli rzepkę?

Przed wysłuchaniem treści audiobooka przygotuj kartkę, dwie ekierki, kątomierz oraz ołówek, a następnie słuchając nagrania, skonstruuj wektor siły wypadkowej, o której będzie mowa w drugiej części treści audiobooka.

W jaki sposób należy składać wektory?

Rozdział 1 
Czy siła wypadkowa ma coś wspólnego z wypadkiem?

Warto przypomnieć sobie, czym jest siłaSiłasiła.

Siła może wprawić ciało w ruch, zatrzymać, zmienić jego prędkość lub kierunek ruchu. Zapamiętaj – siła jest wielkością wektorowąWielkość wektorowawielkością wektorową, dlatego wartość siły nigdy nie może być ujemna. W przypadku, gdy na ciało działa kilka sił, to można je zastąpić jedną, nazywaną siłą wypadkowąSiła wypadkowasiłą wypadkową.

Gdy kilka sił działa w tę samą stronę, czyli mają ten sam zwrot i kierunek, siła wypadkowa jest ich sumą i również ma ten sam kierunek i zwrot. Aby otrzymać wartość siły wypadkowej, musisz dodać wszystkie wartości sił składowych. A jakie są skutki działania sił, gdy działają na ciało w przeciwne strony?

Zapewne znasz zabawę w przeciąganie liny. A czy umiesz wyjaśnić, dlaczego wygrywa silniejsza drużyna? W przypadku, gdy siły działają w przeciwne strony, wektory mają ten sam kierunek, bo działają wzdłuż tej samej prostej, lecz przeciwne zwroty. Wtedy, aby otrzymać siłę wypadkową, należy wykonać odejmowanie tych sił. W celu obliczenia wartości siły wypadkowej musisz więc odjąć od siebie wartości sił działających w przeciwne strony. Kierunek tej siły będzie taki sam jak sił składowych, a zwrot zgodny zezwrotem siły o większej wartości, czyli w przypadku przeciągania liny – drużyny silniejszej.

Zauważ, że w przypadku, gdy działające siły mają ten sam kierunek, takie same wartości, ten sam punkt przyłożenia, ale działają w przeciwne strony, wartość siły wypadkowej jest równa 0 NiutonNiutonNNiutonN. Mówimy wtedy, że takie siły się równoważą.

Czy potrafisz teraz odpowiedzieć na zadane na początku pytanie: dlaczego w końcu udało się wyciągnąć rzepkę?
Załóżmy, że początkowo mamy dwie siły: $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$ i $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$, które mają różne kierunki. Mogą też różnić się wartościami. Aby wyznaczyć ich siłę wypadkową, należy przesunąć drugi wektor (równolegle) tak, aby jego początek pokrył się z końcem pierwszego wektora (stosujemy tzw. metodę trójkąta). Następnie narysować siłę wypadkową, która będzie miała początek w początku pierwszego wektora i koniec w końcu drugiego wektora.

Rozdział 2 
Razem łatwiej, czyli składanie siłSkładanie siłskładanie sił

Co zrobić, gdy na ciało działają siłySiłasiły o różnych kierunkach? Gdy siły przyłożone są w tym samym punkcie, rysujemy równoległobok, którego bokami są te siły. Wówczas przekątna tego równoległoboku obrazuje siłę wypadkową. Na nagraniu starszy brat pomaga siostrze w rozwiązaniu zadania z fizyki, polegającego na wyznaczeniu siły wypadkowejSiła wypadkowasiły wypadkowej.

— Ingrid, czy zrobiłaś już zadanie domowe z fizyki?
— Jeszcze nie zrobiłam, bo nie rozumiem wyznaczania sił wypadkowych.
— Jak chcesz, to zrobimy to zadanie razem.
— Sebastianie, byłoby super. Poczekaj chwilkę, pójdę po zeszyt od fizyki.
— Weź jeszcze dwie ekierki, kątomierz i ołówek, bo będą nam potrzebne.
— Wszystko już mam, możemy zaczynać.
— Przeczytajmy polecenie: „Wyznacz wypadkową dwóch sił: $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$ o wartości 120 N i siły $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$ o wartości 200 N, jeżeli obie siły są przyłożone w tym samym punkcie i tworzą kąt 75°”. Ingrid, najpierw musisz zacząć od ustalenia skali. W tym celu porównaj wartości obu sił i sprawdź, przez jaką liczbę najlepiej je podzielić, aby było łatwo odwzorować wektory na kartce papieru.
— Myślę, że można podzielić przez 40.
— Świetnie, Ingrid! Teraz za pomocą ekierki i ołówka narysuj wektor siły $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$. Początek wektora zaznacz pionową kreską, a koniec grotem strzałki.
— Już to zrobiłam, co teraz Sebastianie?
— Następnie za pomocą kątomierza zaznacz kąt 75°, którego wierzchołkiem jest początek wektora $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$, a wektor $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$ jednym z jego ramion.
— Chyba zaczynam to rozumieć. Teraz mam narysować wektor siły $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$, umieszczając jego początek w tym miejscu, co początek wektora $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$?
— Bardzo dobrze, Ingrid! Widzę, że wiesz już, o co chodzi. Ale zapomniałaś oznaczyć koniec wektora grotem strzałki.
— Ale ze mnie gapa, już mam. Co teraz?
— Teraz będziemy już wyznaczać wypadkową tych dwóch sił i wykorzystamy zasadę równoległoboku. W tym celu, korzystając z dwóch ekierek, poprowadź prostą równoległą do wektora $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$, przechodzącą przez koniec wektora $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$, oraz prostą równoległą do wektora $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$, przechodzącą przez koniec wektora $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$.
— Sebastianie, spójrz – czy w ten sposób dobrze to robię? Przecięły mi się proste pomocnicze i nie wiem, czy tak powinno być.
— Tak. Świetnie, Ingrid, właśnie te proste pomocnicze mają się przecinać i otrzymasz wtedy równoległobok, którego przekątna wychodząca z początków wektorów sił jest siłą wypadkową.
— Nie myślałam, że to jest takie proste. A teraz pewnie muszę obliczyć siłę wypadkową?
— Właśnie tak, zmierz linijką długość wektora i pomnóż przez wartość przyjętej skali.
— Zmierzyłam, obliczyłam i uzyskałam wynik 300 N. Wyszło mi! Dziękuję, nie wiedziałam, że to jest takie proste. Czasem ta fizyka wydaje się taka trudna, a w rzeczywistości jest logiczna i łatwa.
— Brawo! Widzę, Ingrid, że już zrozumiałaś, na czym polega wyznaczanie siły wypadkowej metodą równoległoboku.

Rozdział 3 
Podsumowanie

Podsumujmy nasze rozważania o sile i metodach jej składania.

Zapamiętaj, że:
– siła jest miarą wzajemnego oddziaływania ciał;
– jest wielkością wektorowąWielkość wektorowawielkością wektorową, czyli posiada cztery cechy: wartość, kierunek, zwrot i punkt przyłożenia;
– kierunek to prosta, wzdłuż której działa siła;
– wartość siły nie może być ujemna;
– kilka sił działających na dane ciało można zastąpić jedną siłą wypadkową;
– siła wypadkowa nie jest dodatkową siłą działającą na ciało;
– do wyznaczania siły wypadkowej przydatna jest metoda równoległoboku;
– wartość siły wypadkowej sił równoważącychSiła równoważącasił równoważących się jest równa 0 N.

W przypadku braku możliwości rozwiązania zadania z klawiatury lub trudności z odczytem przez czytnik ekranu skorzystaj z innej wersji zadania.