Síla
Síla popisuje jak působení přímým dotykem (např. tahem, tlačením), tak i působení na dálku silovým polem (např. gravitace, magnetismus).
Název veličiny a její značka	Síla F
Hlavní jednotka SI a její značka	newton N
Dle transformace složek	vektorová
Zařazení jednotky v soustavě SI	odvozená

Síla je vektorová fyzikální veličina, která vyjadřuje míru vzájemného působení těles nebo polí. Jednotkou síly je newton se značkou N.

Úvod

Síla se projevuje statickými účinky – je příčinou deformace těles – a dynamickými účinky – je příčinou změny pohybového stavu tělesa (hmotného bodu), např. uvedení tělesa z klidu do pohybu nebo naopak, či změny velikosti nebo směru rychlosti tělesa. Taková změna je (v inerciální soustavě) vždy podmíněna působením jiných těles, ať už přímým dotykem (nárazem, třením, tažením, tlačením) nebo prostřednictvím silového pole. Toto působení je v Newtonově mechanice spojováno s existencí síly působící mezi oběma interagujícími tělesy.

Síla není příčinou pohybu (jako příčina pohybu byla síla chápána v aristotelské filosofii přírody).

Pojem síly je zobecněn rozšířením o tzv. zdánlivé síly, které mají původ nikoli ve vzájemném působení těles, ale ve zrychleném pohybu vztažné soustavy, v níž polohu těles měříme.

Pojem síly je základním pojmem pro vektorovou formulaci mechaniky a elektrodynamiky. Analytická mechanika, teorie relativity ani kvantová teorie již z tohoto pojmu nevycházejí, avšak na základě analogie či principu korespondence umožňují sílu nebo její zobecnění vyjádřit.

Síla je vektorovou veličinou. Síla působící na hmotný bod je vázaným vektorem, tj. působiště síly je v tomto bodě.

Síla se měří siloměrem.

Řecký název pro sílu je dynamis, latinský název pro sílu je vis nebo potentia.^[1]

Motivace k zavedení pojmu síla

Pojem síly vychází z denní zkušenosti člověka. Pohybový stav nějakého tělesa můžeme měnit např. tak, že jej vlastním dotykem urychlíme, zastavíme nebo odchýlíme z původního směru pohybu. Podobně to lze udělat „na dálku“ silovým polem, např. elektrickým polem u nabitého tělesa. Těleso (včetně tekutého) také můžeme stlačit, roztáhnout nebo změnit jeho tvar (tedy deformovat). Intuitivně chápeme, že tyto účinky mají obdobnou příčinu, kterou lze charakterizovat pojmem síla. Protože ji lze kvantifikovat, jedná se o fyzikální veličinu.

Podle toho, jakým způsobem síla působí, rozlišujeme různé síly, např. elastické, elektromagnetické, kapilární, třecí síla atd. Jedna z nejběžnějších sil, s níž se setkáváme neustále (aniž si to obvykle uvědomujeme), je gravitační síla Země, kterou jsme přitahováni k naší planetě.

Značení a jednotky

Síla se obvykle značí písmenem F (z anglického force).

V soustavě SI má hlavní jednotku newton se značkou N, přičemž rozměr síly je kg.m.s⁻².

V dříve rozšířené technické soustavě jednotek byl jednotkou síly kilopond (kp), který byl dokonce základní jednotkou této soustavy. Převodní vztah je 1 kp = 9,806 65 N. Imperiální jednotkou síly je libra síly (lbf), pro kterou platí převod 1 lbf = 4,448 22 N.

Méně obvyklou jednotkou je dekanewton (daN); pro ni platí převodní vztah 1 daN = 10 N, což přibližně odpovídá 1 kp. V praxi se lze s dekanewtonem setkat při stanovení přítlaku elektrod odporového svařování.

V dekanewtonech se uvádí rázová síla, která vzniká v laně při pádu tělesa, a její nejvyšší hodnoty jsou dosaženy právě v okamžiku zastavení pádu. Schopnost pohlcovat energii pádu a snižovat tak velikost rázové síly v laně závisí na jeho vlastnostech, zejména pružnosti. Jako normová charakteristika se udává rázová síla pro kvalitativní ohodnocení např. horolezeckých lan.^[2]

Definice, základní vztahy a vlastnosti síly

Zavedení síly v Newtonově klasické mechanice

Pojem síly je zaveden pomocí Newtonových pohybových zákonů (NZ), platných pro inerciální vztažnou soustavu. 1. NZ označuje sílu za příčinu změn pohybového stavu tělesa (přesněji částice či hmotného bodu). 2. NZ ji kvantifikuje: Síla působící na volnou částici (při zanedbání ostatních možných silových působení) je rovna časové změně hybnosti ${\displaystyle {\boldsymbol {p}}}$ částice, kterou síla způsobí. To lze vyjádřit derivací

${\displaystyle {\boldsymbol {F}}={\frac {\mathrm {d} {\boldsymbol {p}}}{\mathrm {d} t}}}$.

V případech, kdy lze zanedbat změnu hmotnosti při pohybu, což se týká většiny pohybů studovaných klasickou mechanikou, lze předchozí vztah rozepsat

${\displaystyle {\boldsymbol {F}}=m\,{\frac {\mathrm {d} {\boldsymbol {v}}}{\mathrm {d} t}}=m{\boldsymbol {a}}}$,

kde ${\displaystyle m\!}$ označuje hmotnost a ${\displaystyle {\boldsymbol {a}}}$ zrychlení tělesa. Definice síly je tedy postavena na pohybové rovnici posuvného pohybu.

3. NZ pak stanovuje základní vlastnost pravých sil – vzájemné, přímé (centrální) a okamžité působení ve dvojici akce-reakce. Poskytuje tak základ pro měření hmotnosti a odtud i pro stanovení síly podle 2. NZ ze zrychlení testovací částice. Důležitou vlastností je i princip superpozice (někdy označovaný za 4. NZ), podle kterého se síly působící na dané těleso (přesněji hmotný bod) vektorově sčítají, tedy vzájemně se neovlivňují. Obě tyto vlastnosti však mají omezenou platnost. Zákon akce a reakce a centrálnost působení např. obecně neplatí u silového působení prostřednictvím proměnných silových polí, kdy část hybnosti nebo momentu hybnosti může být přenášena polem. Názorný je příklad vzájemného působení dvou nabitých částic pohybujících se v rovině ve vzájemně kolmých směrech, kdy v místě největšího přiblížení jedna částice působí na druhou pouze elektrostatickou silou, zatímco druhá na první působí vedle stejně velké elektrostatické reakce také silou magnetickou^[3]. Silové působení také nemůže být okamžité, neboť rychlost šíření interakce je podle speciální teorie relativity omezena rychlostí světla ve vakuu. Podobně obecná teorie relativity ukazuje, že rozložení energie a hybnosti vzájemné interakce nelineárně mění metrické vlastnosti („zakřivení“) časoprostoru a ovlivňuje tak jiná působení.

Klasická mechanika nestanovuje žádné obecné zásady pro nezávislé zákony silového působení (tedy na čem interakce závisí a jak). Jediným omezením je platnost Galileiova principu relativity, která vylučuje některé závislosti silového působení na rychlosti interagujících částic^[4]. Newton se omezil na dva druhy silového působení (pravých sil), u kterých stanovil i konkrétní podobu silového zákona. Pro gravitační působení je to Newtonův gravitační zákon, pro pružnou (elastickou) sílu v tahu a tlaku je to záporně vzatá přímá úměrnost se změnou délky. Cavendish a Coulomb nezávisle na sobě objevili podobu silového zákona – Coulombův zákon – pro elektrostatické působení nábojů (i pro magnetostatické působení tzv. magnetických množství; teprve později bylo magnetické působení identifikováno jako relativistický efekt, bez vlastních nosičů, s vírovým silovým polem). Všechny výše uvedené pravé síly se vyznačují centrálním působením, tedy při vzájemném silovém působení dvou hmotných bodů je vektorová přímka akce i reakce totožná se spojnicí těchto bodů.

Pojem (pravé) síly v Newtonově klasické mechanice lze proto shrnout takto:

Síla je fyzikální veličina

• vyjadřující míru působení hmotného objektu (tělesa, silového pole) na jiné těleso, které se projevuje účinky statickými (tj. deformací tělesa) nebo dynamickými (tj. způsobuje změny pohybového stavu tělesa),
• která, působí-li (v inerciální soustavě) jako jediná na volnou částici (hmotný bod), je rovna časové derivaci hybnosti této částice,
• působí přímo (centrálně), okamžitě, nezávisle na jiných silách a
• je vždy doprovázena stejně velkou opačně orientovanou silou, kterou těleso podrobené síle zpětně působí na daný hmotný objekt.

Newtonovo zavedení síly nelze považovat za definici v matematickém slova smyslu. Tři Newtonovy pohybové zákony totiž současně zavádějí pojmy hybnost (resp. hmotnost), síla a implicitně také inerciální soustava, a navíc stanoví jejich vzájemné vztahy. Připomínají tak „definici kruhem“. Navíc je nutno uvažovat mnoho předpokladů, často intuitivních, někdy jen částečně formulovaných či zmíněných jinde v Newtonově díle, jak ukázaly rozbory fyziků 20. století, např. od Ernsta Macha^[5]. O důsledné logické zavedení síly a hmotnosti v Newtonově duchu se pokusil P. W. Bridgman^[6], intuitivní předpoklady však jsou i v jeho případě nutné pro směrnici působící síly. Plný výčet nutných předpokladů lze nalézt např. v axiomatické formulaci Madelunga^[7] nebo v jiných, matematicky formálnějších přístupech k axiomatickému zavedení klasické mechaniky^[8],^[9]. Důkladnější rozbor v češtině nabízí několik učebnic^[10],^[11],^[12].

Jednoduchou „definici“ síly umožňuje pouze případ konzervativního (potenciálového) pole, máme-li již předtím definovanou potenciální energii. Konzervativní síly lze vyjádřit jako záporný gradient potenciální energie ${\displaystyle V\!}$:

${\displaystyle {\boldsymbol {F}}=-\nabla V}$.

Poznámka: Zde i v následujících vztazích se používá symbolika běžná v analytické mechanice, neboť doporučovaná označení pro energii E_k, E_p obsahují indexy, které by se mohly plést s indexy číslujícími (zobecněné) souřadnice.

Síla v analytické mechanice

V analytické mechanice se za výchozí veličinu zpravidla bere jistá skalární veličina (obecně zvaná též „kinetický potenciál“) a základní zákon(y) mechaniky jsou pomocí této veličiny formulovány jako diferenciální, integrální či variační principy. Touto veličinou bývá např. kinetická energie ${\displaystyle T\!}$, potenciální energie ${\displaystyle V\!}$, Lagrangeova funkce ${\displaystyle L\!}$ nebo Hamiltonova funkce ${\displaystyle H\!}$. Pomocí těchto funkcí lze vyjádřit pohybové rovnice a zpravidla i síly (až na některé obecné třídy disipativních sil a reakční síly neholonomních vazeb), a to navíc obecněji než u vektorové mechaniky – zobecněné síly nemusí odpovídat pouze klasické souřadnici ${\displaystyle x_{i}\!}$, ale libovolné zobecněné souřadnici ${\displaystyle q_{i}\!}$, a nemusí mít rozměr síly.

V Lagrangeově zápisu tak platí pro zobecněnou sílu vztah

${\displaystyle Q_{i}={\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} t}}\left({\frac {\partial T}{\partial {\dot {q}}_{i}}}\right)-{\frac {\partial T}{\partial q_{i}}}}$.

Oddělíme-li nyní (disipativní) část zobecněné síly ${\displaystyle Q'_{i}\!}$Zdroj:https://cs.wikipedia.org?pojem=Síla
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.