Fyzika - prednáška 5.

1. Fyzika - prednáška 5. RNDr. Z. Gibová, PhD. http://people.tuke.sk/zuzana.gibova/

2. Ciele 2. Dynamika hmotného bodu 2.5 Hodnotenie účinkov sily Výkon Časový účinok sily a jeho dôsledok Otáčavý účinok sily a jeho dôsledok 2.6 Energia a jej zmena 2.7 Zákon zachovania energie

3. Problémy Ako môžeme fyzikálne vysvetliť výrok: ,,Máš pod kapotou 105 koní". Aká fyzikálna veličina sa skrýva v tomto výroku? Ktorý účinok sily sa najviac uplatňuje pri pohybe kĺbov v tele človeka? Je cukor dobrým zdrojom energie pre náš organizmus?

4. Zopakujte si • Výraz vyjadruje .............. HB. • Druhý Newtonov pohybový zákon je matematicky daný vzťahom ............... . • Práca je definovaná .................... integrálom v tvare ...................... . • Dôsledkom konania práce je .................... . • Veľkosť vektorového súčinu vektorov vyjadríme ako ............. . • Výsledný vektor vektorového súčinu je ............... na rovinu vektorov a smeruje na tú stranu roviny, z ktorej je stotožnenie prvého vektora s druhým vektorom po ................. ceste ................. smeru hodinových ručičiek.

5. 2.5 Hodnotenie účinkov sily 1. Z hľadiska dráhy – dráhový účinok sily, mechanická práca. 2. Z hľadiska časového intervalu – časový účinok sily, impulz. 3. Z hľadiska otáčania – otáčavý účinok sily, moment sily.

6. Výkon Okamžitý výkonje definovaný ako podiel elementárnej práce za elementárny čas. Slúži na hodnotenie rýchlosti konania práce. Okamžitý výkon– skalárny súčin sily a rýchlosti pôsobiska sily. • Jednotka (P) = W rozmer: 1 W = 1 kg.m2.s-3

7. Máš pod kapotou 105 koní. Čo to znamená? Na hodnotenie výkonu sa kedysi používala jednotka kôň. V súčasnosti je jednotkou výkonu watt, jednotka kôň sa používa na hodnotenie výkonov motorov áut. jeden kôň : 1 k = 735,5 W Napríklad výkon Pegeota 107 je 68 koní, výkon áut, ktoré jazdia F1 po roku 2007 je 750 koní. Teda, ak poviem, že mate pod kapotou 105 koní, tak hodnotím výkon vášho auta, ktorý je 105. 735,5 = 77 227,5 W. Výkon Petra Sagana, počas jednej etapy je 1800 W = 2,45 k.

8. Časový účinok sily a jeho dôsledok Hodnotí časový účinok sily na HB. Jednotka (I) = N.s rozmer: 1 N.s = 1 kg.m/s 1 newtonsekunda – je to impulz konštantnej sily s absolútnou hodnotou 1 N, ktorej účinok trval 1 s. Impulz silyje definovaný časovým integrálom sily pôsobiacej na HB počas časového intervalu, kde t1 je čas, v ktorom sila začína pôsobiť na HB, t2 je čas, v ktorom sila prestáva pôsobiť na HB. Je to vektorová veličina.

9. Dôsledok impulzu: Veta o impulze a hybnosti– prírastok hybnosti HB spôsobený vonkajšou silou, počas určitej doby je určený impulzom sily. Ivo Karlovič má najrýchlejší servis. Nová hodnota svetového rekordu je 251 km/hod. Predošlýdržal Roddick s hodnotou249,4 km/hod.

10. Otáčavý účinok sily a jeho dôsledok Hodnotí otáčavý účinok sily na HB. Jednotka (M) = Nm rozmer: 1Nm = 1 kg.m2.s-2 Moment sily je definovaný ako vektorový súčin polohového vektora pôsobiska sily a pôsobiacej sily vzhľadom na nejaký vzťažný bod. Vektorová veličina.

11. Veľkosť momentu sily Smer momentu sily – určený z vektorového súčinu, vektor M je kolmý na rovinu vektorov r a F a smeruje na tú stranu roviny z ktorej sa stotožnenie polohového vektora s vektorom sily javí po kratšej ceste proti smeru hodinových ručičiek. Otáčavý účinok na HB (teleso) má len kolmá zložka sily.

12. KONTROLKA:Na kotúč v pokoji pôsobí rovnako veľká sila rovnakým smerom pod tým istým uhlom v troch bodoch A, B a C. V ktorom bode bude stála sila F pôsobiť väčším otáčavým účinkom (momentom) na kotúč? Pre vzdialenosť bodov od osi otáčania platí: OC = 1, OB = 2, OA = 4.

13. Ktorý účinok sily sa najviac uplatňuje pri pohybe kĺbov v tele človeka? Je to práve otáčavý účinok sily. V kostre človeka sa nachádza niekoľko druhov pohyblivých kĺbov, ktoré umožňujú pohyb kosti. Najjednoduchší je kladkový kĺb, ktorý sa nachádza napr. v lakti. Umožňuje pohyb iba v jednej rovine, podobne ako pánty na dverách. Valcový kĺb umožňuje väčší rozsah pohybov najmä do strán (napr. zápästie). Sedlový kĺb je ešte všestrannejší a dodáva palcu jeho jedinečnú schopnosť pohybovať sa po celej ploche dlane. Najväčší rozsah pohybov umožňuje guľovitý kĺb tvorený guľovitou hlavicou na jednej a kĺbovou jamkou na druhej strane. Je reprezentovaný ramenným a bedrovým kĺbom.

14. Jednotka (L) = kg. m2/s Moment hybnostije vektorová veličina, ktorá charakterizuje pohybový stav HB pri otáčavom pohybe. Je daný vektorovým súčinom polohového vektora HB a jeho hybnosti.

15. Dôsledok momentu sily: Pohybová rovnica pre otáčavý pohyb – časová zmena momentu hybnosti vzhľadom k vzťažnému bodu je rovná momentu pôsobiacej sily vzhľadom k tomu istému vzťažnému bodu.

17. 2.6 Energia a jej zmena Energia– veličina, ktorá charakterizuje pohybový alebo polohový stav HB s ohľadom na konanie práce. Stavová veličina (HB má energiu, aj keď sa nemení jeho pohybový stav) Jednotka (E) = J Zmena energie– sa vyjadruje prácou, ktorú HB vykoná alebo ju HB dodáme. Práca dodaná HB sa rovná zmene energie HB. W = DE = E2 – E1 Kinetická (pohybová) energiacharakterizuje pohybový stav HB. Je definovaná ako jedna polovica zo súčinu hmotnosti HB a jeho rýchlosti na druhú.

18. Potenciálna (polohová) energia charakterizuje polohu HB vzhľadom na iný HB, pričom medzi nimi existuje vzájomné silové pôsobenie. • Závisí od charakteru HB a od vlastností silového poľa, preto sa nedá potenciálna energia určiť len jedným výrazom. • Pole konzervatívnych síl–pole, v ktoromsila závisí od polohy (F = F(x)) a jej práca závisí od len od počiatočného a koncového bodu dráhy, nezávisí od dĺžky a tvaru dráhy. • Guľôčka je premiestnená z polohy (1) do (2) ťahom ruky (vplyvom vonkajšej sily, ktorá koná prácu). Táto práca spôsobí zmenu polohy guľôčky, teda zmenu jej potenciálnej energie.

19. Zmena potenciálnej energiepredstavuje prácu vonkajších síl potrebných na premiestnenie HB medzi danými dvoma polohami za neustálej rovnováhy vonkajšej sily a sily poľa.

20. Nulová potenciálna hladina – v každom bode tejto hladiny je potenciálna energia nulová. Potenciálna (polohová) energia v gravitačnom poli Potenciálna (polohová) energia pružnosti

21. Je cukor dobrým zdrojom energie pre náš organizmus? Cukor je jedinou živinou, ktorú dokáže spracovať náš mozog. Zvyšuje nielen výkonnosť nášho tela, ale aj schopnosť koncentrácie. Preto študenti, ktorí sa učia na skúšku, často jedia sladkosti. Ich mozog podvedome od nich žiada tento zdroj energie. V porovnaní s tukmi, má cukor o polovicu menej kalórii. V 1 g tuku je 37,7 kJ a v 1 grame cukru je 16,7 kJ energie. To znamená, že tuk nás nasýti viac, ale súčasne z neho môžeme viac pribrať, ak sa dostatočne nepohybujeme. Preto ľudia pracujúci manuálne jedia na raňajky chlieb s maslom a slaninou alebo salámou, či hamburger namiesto cereálnej tyčinky. Potrebujetotiž veľa energie na výkon svojej práce, energiu pre svaly.

22. 2.7 Zákon zachovania mechanickej energie Dynamicky izolovaný systém – systém, v ktorom pôsobia len sily poľa, nepôsobia iné vonkajšie sily.

23. Mechanická energia– súčet kinetickej a potenciálnej energie HB. Zákon zachovania mech. energie – súčet kinetickej a potenciálnej energie (mechanická energia) HB je rovnaký v každom bode konzervatívneho silového poľa. Disipatívne sily sú to nekonzervatívne sily (napr. trecie sily)

24. KONTROLKA:Vyberte správnu odpoveď: Pri pohybe HB po naklonenej rovine bez vplyvu trenia a odporovej sily: • má HB len kinetickú energiu, jeho potenciálna energia je vždy nulová, • sa kinetická energia HB rovná jeho potenciálnej energii v polovičke jeho dráhy, • mechanická energia na začiatku pohybu HB je iná ako mechanická energia na konci pohybu.

25. Čo sme sa naučili Hodnotiť rýchlosť konania práce pomocou výkonu. Odvodiť vzťah pre okamžitý výkon pôsobiska sily. Poznať jeho jednotku. Definovať slovne a matematicky impulz sily. Vyjadriť impulz pre silu, ktorá nemení svoj smer a 1) mení svoju veľkosť 2) nemení svoju veľkosť. Uviesť jednotku impulzu a odvodiť dôsledok impulzu. Formulovať slovne a matematicky vetu o impulze a hybnosti. Definovať slovne a matematicky moment sily. Vyjadriť jeho veľkosť a určiť jeho smer pomocou vektorového súčinu. Definovať moment hybnostia pomocou neho formulovať pohybovú rovnicu pre otáčavý pohyb (dôsledok momentu sily). Vedieť jednotku pre moment sily a moment hybnosti. Definovať energiu a jej zmenu.Definovať kinetickú energiu a potenciálnu energiu a zmenu potenciálnej energie. Poznať vzťahy pre potenciálnu energiu v gravitačnom poli Zeme a potenciálnu energiu pružnosti. Odvodiť zákon zachovania mechanickej energie a formulovať ho slovne a matematicky. Definovať mechanickú energiu. Uviesť príklad na disipatívne sily a vysvetliť ako sa líši zákon zachovania energie od zákona zachovania mechanickej energie.