Сила је физичка величина којом се описује мера узајамног деловања тела и његове околине које може узроковати промену брзине, смера, правца или облика тела.
Те су промене повезане и с променом количине кретања и/или енергије тела. Утицај околине на посматрано тело може се описивати као директно деловање силом од стране конкретних других тела, или као деловање поља силе које производе та тела ()Полазиште за разумевање деловања сила чине Њутнови закони кретања. -{This is a recent translation into English by I. Bernard Cohen and Anne Whitman, with help from Julia Budenz.}-
Сила има износ и смер: она је векторска величина која се често обележава симболом . СИ јединица за износ силе је њутн (ознака -{N}-).
мини|Сабирање сила Иако се векторски рачун развијао тек у 18. и 19. веку, поступак збрајања сила по правилу паралелограма био је познат још у античко доба, а експлицитно га спомињу и Галилео и Њутн., Notre Dame, Indiana (1967) На скици десно приказано је сабирање сила i . Силе су приказане као усмерене дужи: стрелица означава смер силе, а дужина усмерене дужи пропорционална је износу силе (нпр. 1 -{cm}- представља 1 -{N}-). Збир те две силе нацртан је као дијагонала паралелограма (леви део скице), што је и интуитивно разумљиво: да би сила описала заједнички учинак тих сила (што је смисао сабирања), њен смер мора бити ближе смеру веће силе , а износ већи од износа јер и помаже у томе „општем“ смеру (на приказаној скици).
За разлику од приближне интуитивне оцене, правило паралелограма даје прецизан резултат, што је лако проверити мерењем учинка сила. Тај се резултат може приближно очитати са скице, или на темељу скице тачно израчунати (помоћу елементарне тригонометрије).
Корисно је уочити да се, уместо по паралелограму, исти резултат може добити „надовезивањем“ (десни део скице), при чему је свеједно која се усмерена дужина премести (надовеже) на крај оне друге. То омогућује једноставније сабирање већег броја сила (надовезују се једна на другу, а збир је усмерена дуж која „иде“ од почетка прве до краја задње). У доњем делу скице илустровано је сабирање надовезивањем за силе које су у истом и у супротном смеру.
Растављање силе на компоненте је обрнути поступак од сабирања. За паралелограм сила са скице може се сматрати и да приказује раставу силе на компоненте и (ако се полази од познате силе и траже њене компоненте у посматраним смеровима). Растављање сила на компоненте често је потребно за разумевање њиховог учинка и реакције околине, а и знатно олакшава рачун.
мини|Котрљање кугле низ косину За илустрацију како се међуделовање описује силама, на скици десно приказано је котрљање кугле низ косину (уз најједноставније моделовање сила). Земља привлачи куглу силом (то је тежина кугле). Кугла се не може кретати у томе смеру јер се налази на подлози, па притиске подлогу (скица приказује само силе које делују на куглу, па сила притиска није приказана; она је једнака компоненти тежине која је окомита на подлогу). Подлога на притисак узвраћа силом која се назива нормалном реакцијом подлоге. Збир тежине и нормалне реакције подлоге је сила која убрзава куглу низ косину; та сила (није нацртана) је у ствари компонента тежине која је паралелна с подлогом. Њој се противи трење које умањује транслацијско убрзање кугле низ косину, али зато кугли даје угаоно убрзање, па се кугла котрља без проклизавања (што је усклађена истовремена ротација и транслација).
Иако то није нужно за прорачун кретања кугле низ косину, у детаљнијој анализи могло би се посматрати како се на месту контакта деформише подлога (а и сама кугла) због сила којима међусобно делују. У још детаљнијој анализи могло би се (барем у начелу) разматрати каквим силама приликом те деформације међусобно делују поједини молекули и атоми од којих се састоје кугла и подлога, те која је природа тих сила и у каквој су оне вези с елементарним честицама од којих су атоми грађени.
Физика двадесетог века показала је да се све врсте сила могу разложити на четири фундаменталне силе које делују на елементарне честице (види одломак о фундаменталним интеракцијама на крају овог чланка). Анализом интеракција на том нивоу бави се физика елементарних честица. Насупрот томе, овај чланак бави се углавном уводним разматрањем појма силе какав је раније изградила класична механика, и који се и данас једнако користе у томе подручју и у многобројним техничким применама. Посматра се деловање сила (без обзира на то које су врсте) на различите материјалне објекте, чија нас стварна атомска структура не занима, већ само разликујемо макроскопска тела од микроскопски ситних објеката који се називају честицама (а не мисли се на елементарне честице, него на било какве врло мале комадиће материје).
Деловање силе на честицу Честица је у класичној механици комадић материје врло малих димензија (у посматраном контексту), чија унутрашња структура није важна, и чији положај се може добро описати само једном тачком. Кад сила делује на честицу, она делује управо у тој тачки. Сила честици даје убрзање (што је прецизније описано другим Њутновим аксиомом). Ако на честицу делује више сила, њено убрзање се рачуна помоћу укупне силе која се добије векторским сабирањем свих сила.
Деловање силе на тело Тело се у класичној механици може описати као скуп огромног броја међусобно повезаних честица (при чему је свеједно да ли су то атоми, молекули или неке „апстрактне“ честице). Силе којима околина делује на тело називају се спољним силама (придев „спољни“ се изоставља ако је из контекста јасно о којим се силама ради). Кад спољна сила делује на тело, она може захватити већи или мањи број његових честица, а њено деловање преноси се на друге честице тела захваљујући везама међу честицама тела. Те унутрашње везе су такође силе, које се називају унутрашњим силама (прецизније: ако спољна сила мења размаке између молекула односно атома тела, електромагнетске силе међу њима супротстављају се тим променама - мада такво прецизирање није неопходно за класично-механички опис).
Деловање спољне силе може имати неколико учинака на слободно тело: Независно од тога како и где захваћа тело, сила даје убрзање његовом центру масе како је прецизније описано другим Њутновим аксиомом. Осим убрзања центра масе, сила може телу давати и угаоно убрзање, што зависи од тога где сила захваћа тело. Слободно тело неће добијати угаоно убрзање само када правац резултантне силе пролази кроз његов центар масе. Осим тога, сила може изазвати промену облика (деформацију) тела која се састоји од промене удаљености међу (неким) честицама тела, што зависи од тога како и где сила захваћа тело. Сила може захватати све честице тела (таква се сила понекад назива волуменском или масеном силом); ако на исти начин делује на сваку од њих (као нпр. хомогено гравитацијско поље), неће изазвати никакву деформацију. Међутим, ако сила захвата само део тела, она увек изазива извесну деформацију; притом се, у најгрубљој подели, могу разликовати следећи случајеви: Деформација тела је незнатна: или се практично не опажа, или је занемарива (ирелевантна) у посматраном контексту. Тада се каже да је то тело чврсто тело. (Модел угаоног тела је најједноставнија апроксимација помоћу које почиње свако тумачење деловања сила на тело.) Деформација је еластична: промени облика опиру се унутрашње силе које тело могу вратити у првобитни облик након престанка деловања спољне силе. Деформација је пластична: промена облика је неповратна, јер је деформација премашила границе еластичности материјала (а даљње деформирање може узроковати кидање тела). Детаљнијим проучавањем деформација баве се различите дисциплине као што су наука о чврстоћи, теорија еластичности, механика контакта итд. Деформације најчешће изазивају силе које делују на месту додира два тела (контактне силе). Ако додир захвата значајан део површине тела, за контактне силе се користи и назив површинске силе и често се описују помоћу притиска (просечни притисак је однос површинске силе притиска и површине на коју она делује).Krešimir T. Herman, Teorija elastičnosti i plastičnosti, Element, Zagreb (2008)
Овде се даље не посматрају деформације тела, већ само они аспекти деловања силе који се односе на промену кретања тела. Њих је најједноставније описати ако се претпоставља да силе делују на чврсто тело.
Деловање силе на чврсто тело Будући да нема деформација, учинак силе на слободно чврсто тело своди се на убрзање његовог центра масе те на евентуално угаоно убрзање тела. Ако на тело делује више сила, њих је довољно само векторски сабрати да би се убрзање центра масе израчунало помоћу укупне силе. За угаоно убрзање треба израчунати и моменте тих сила (види у даљњем тексту).Davorin Bazjanac, Tehnička mehanika III dio: Dinamika, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb (1974)
Ако тело није слободно, каже се да је везано. То значи да је у контакту с непомичном околином, који може бити остварен на више различитих начина: нпр. ослања се на подлогу (у коју не може продирати него само клизати по њој), или је постављено на чврсту осовину (коју не може помакнути него само ротирати око ње) итд. Спољним силама које покушавају убрзати тело (у овом контексту каже се да су то активне силе) супротстављају се реакције веза које ограничавају или спречавају учинак активних сила. Да би се одредила промена кретања тела, треба равноправно сабрати активне и реактивне силе и њихове моменте.
Модел концентриране (тачкасте) силе Сила која делује на честицу, делује у једној тачки (јер је запремина честице занемарљива), те се може сматрати да је то концентрисана сила. Спољна сила која делује на тело може захватити мањи или већи број његових честица, па је „распоређена“ по некој запремини или површини. За опис ротацијског учинка силе потребно је знати „у којој тачки сила делује“. Проблем се типично решава на један од следећа два начина: Често је подручје које сила захваћа сразмерно мало у односу на укупне димензије тела, па га можемо довољно добро описати као једну тачку. Није тешко установити да ли је погрешка која настаје таквом апроксимацијом прихватљива. Ако је таква апроксимација неприхватљива (нпр. очито је бесмислена за тежину која делује по укупној запремини тела), треба „распоређену“ силу посматрати као скуп сила од којих свака делује на поједину честицу тела, те спровести рачун за сваку од њих. У практичном се рачуну, уместо на огроман број дискретних честица, тело дели на диференцијалне елементе запремине (или се његова површина дели на диференцијалне елементе површине, код контактних сила) да би се искористиле предности диференцијалног рачуна. А неретко се може показати да је тај скуп сила лако заменити (по учинку на чврсто тело) само једном концентрисаном силом и без стварног рачуна (као што је случај управо код тежине).
У сваком случају, анализа кретања чврстог тела увек може поћи од модела концентрираних сила, од којих свака на тело делује само у једној тачки.
Хватиште силе је тачка у којој сила делује на тело (захвата тело). Та дефиниција подразумева да се ради о концентрисаној сили. Кад се деловање силе на тело графички приказује помоћу усмерене дужине, почетак дужине (или њен крај, тј. стрелица) поставља се у хватиште.
Сила као клизни вектор мини|300px|desno|Сила убрзава слободно тело
Полазећи од описаних апроксимација, скица десно илуструје деловање силе на слободно чврсто тело. Сила је једина сила која делује на тело, и захваћа га у тачки -{H}- (хватиште силе). Тело има масу , а његов центар масе је у тачки -{C}-. Сила узрокује промену кретања тела која је (уз претпоставку константне масе тела) описана изразима: je ubrzanje centra masa; је угаоно убрзање тела.
У другој формули је момент силе, док је момент инерције тела. Момент силе у овом случају треба рачунати у односу на центар масе тела:
је вектор момента силе; је износ момента силе.