Výpočet sily

Vypočítajte silu pôsobiacu na teleso podľa jeho hmotnosti a zrýchlenia pomocou našej online kalkulačky.

kg
N

Čo je sila

Silou meriame vzájomné pôsobenie telies, ktoré sa prejavuje buď:

  • zmenou tvaru telesa (statické meranie),
  • zmenou pokoja telesa (dynamické meranie).

V jednoduchosti hovoríme, že silové pôsobenie je príčinou zmeny tvaru telesa alebo zmeny pokoja a pohybu telesa.

Sila je vektorová veličina, teda má veľkosť aj smer.

Ako vypočítať silu

Do kalkulačky zadáme:

  • hmotnosť telesa v g, dag, kg alebo v t,
  • zrýchlenie v m/s2,
  • klikneme na tlačidlo „Vypočítať“,
  • kalkulačka vypočíta silu v newtonoch (N).

Kalkulačka dokáže vypočítať hociktorú neznámu veličinu zo vzorca, stačí zadať dve známe hodnoty.

Vzorec pre výpočet sily

Silu meriame v newtonoch (N) podľa Newtonovho druhého pohybového zákona:

Sila, ktorá udeľuje telesu zrýchlenie, je priamo úmerná súčinu jeho hmotnosti a zrýchlenia.

F = m * a

Kde:

  • m je hmotnosť telesa v kg,
  • a je zrýchlenie telesa v m/s2.

Čiže jednotkou sily je jeden newton (1 N). Jeden newton je sila, ktorá udeľuje voľnému telesu s hmotnosťou 1 kg zrýchlenie 1 m za 1 sekundu na druhú.

1 N = 1 kg * 1 ms-2 = 1 kg m s-2

Často používame násobky newtona:

  • 1 kN = 1 000 N
  • 1 MN = 1 000 kN = 1 000 000 N

Odvodené vzorce pre výpočet rýchlosti a zrýchlenia:

m = F / a

a = F / m

Príklad na výpočet sily

Tvoj tím navrhuje motor pre nové kompaktné auto „Model X“. Auto bude vážiť približne 1 200 kg (bez vodiča a nákladu) a má umožniť dynamické zrýchlenie 0–36 km/h s požadovanou hodnotou 2,5 m/s2.

Naším cieľom je určiť minimálnu silu, ktorú motor auta musí vyvinúť, aby dosiahlo požadované zrýchlenie a návrh motora bol realistický.

Riešenie:

Vypočítajme silu podľa druhého Newtonovho zákona F = m * a

  • m = 1 200 kg,
  • a = 2,5 m/s2

F = 1 200 * 2,5 = 3 000 N = 3 kN

Výsledok: Motor musí vyvinúť silu 3 kN.

Interpretácia výsledku:

  • motor musí vyvinúť silu 3 kN, aby auto dosiahlo plánované zrýchlenie,
  • ak by motor vyvinul menej, auto by sa nerozbehlo tak, ako chceme,
  • ak by motor vyvinul viac, auto by zrýchlilo viac.

Na čo sa sila používa

  • pri návrhu strojov a mechanizmov – napr. určiť akú silu musí mať hydraulický lis alebo zdvihák, aby zdvihol bremeno,
  • v doprave a logistike – výpočet sily potrebnej na pohyb nákladného auta, alebo nákladného vagóna,
  • v stavebníctve – pri návrhu mostov alebo žeriavov tak, aby zvládli predpokladané zaťaženie,
  • v robotike a automatizácii – určiť silu, ktorú musia vyvinúť robotické ramená alebo vozíky na zdvihnutie rôznych predmetov,
  • vo výskume – meranie síl pri nárazoch, testoch materiálov alebo fyzikálnych procesoch.

Najčastejšie kladené otázky (FAQ)

Znamená nulová sila vždy, že sa teleso nehýbe?

Nie. Nulová výsledná sila znamená, že sa rýchlosť nemení. Teleso sa môže pohybovať konštantnou rýchlosťou, aj keď naň nepôsobí žiadna výsledná sila.

Môže byť výsledná sila záporná?

Áno. Záporné znamienko znamená opačný smer pôsobenia vzhľadom na zvolený smer pohybu alebo osi.

Prečo kalkulačka neberie do úvahy trenie alebo odpor vzduchu?

Pretože počíta ideálnu (teoretickú) silu podľa Newtonovho zákona. Trenie, odpor vzduchu či valivý odpor patria do pokročilých modelov a riešia sa samostatne.

Aký je rozdiel medzi silou motora a silou pôsobiacou na teleso?

Sila vypočítaná vzorcom je výsledná sila pôsobiaca na teleso. Sila motora je len jeden zo zdrojov, ktorý sa cez prevody, trenie a straty mení na túto výslednú silu.

Prečo sa pri výpočte sily nerieši rýchlosť?

Pretože sila súvisí so zmenou rýchlosti (zrýchlením), nie s jej absolútnou hodnotou. Rovnaká sila môže pôsobiť pri nízkej aj vysokej rýchlosti.

Prečo je hmotnosť vždy v kilogramoch, aj keď zadávam iné jednotky?

Pretože vzorec pracuje so základnými SI jednotkami. Ostatné jednotky sa pred výpočtom automaticky prepočítajú na kilogramy, ale kalkulačka vypočíta výsledok aj vo zvolených jednotkách neznámej veličiny.

Aký je rozdiel medzi silou a hmotnosťou v praxi?

Hmotnosť je vlastnosť telesa, sila je pôsobenie. Rovnaké teleso môže byť vystavené malej alebo extrémne veľkej sile v závislosti od situácie.

Kedy výpočet potrebnej sily podľa vzorca F = m * a nestačí?

Výpočet podľa vzorca platí pre ideálnu situáciu, kde ignorujeme odpor vzduchu, trenie alebo zložité pohyby. Nepoužívame ho pri rotačných pohyboch, nárazoch, deformáciách materiálov alebo pri extrémne vysokých rýchlostiach.

Zdroje: