DYNAMIKA 3 Zákon síly

1. 14. září 2012 VY_32_INOVACE_170105_Dynamika_3_DUM DYNAMIKA 3 Zákon síly Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace. Vzdělávací materiál byl vytvořen v rámci OP VK 1.5 – EU peníze středním školám, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

3. Zákon síly Jaké síly působí na autíčko po uvedení do pohybu rukou? Obr. 1 odpověď

4. Vyvození zákona síly FG – tíhová síla FP – síla pružnosti podložky Ft – třecí síla F – síla pohybu Pohybové účinky FG a FP se navzájem vyruší. Pohyb závisí na třecí síle a síle pohybu. dále

5. Vyvození zákona síly Autíčko se pohybuje, pokud je síla ruky větší než třecí síla. Výslednice sil je nenulová. Autíčko se pohybuje zrychleně a zrychlení má směr pohybu. Je zřejmé, že čím je větší síla, která působí pohyb pří stejné třecí síle, tím větší je zrychlení pohybu. dále

6. Vyvození zákona síly • Prázdný vozíček se bude pohybovat rychleji při stejném působení síly než vozíček s nákladem. Jeho rychlost bude záviset na hmotnosti. • Z pokusu plynou závěry: • velikost zrychlení záleží na působící síle • čím bude větší síla působící na těleso, tím větší bude jeho zrychlení. • velikost zrychlení závisí na hmotnosti • čím bude hmotnost tělesa větší, tím bude, při stejné síle působící na těleso, menší jeho zrychlení • těleso s nižší hmotností lze urychlit snadněji Jak bude situace vypadat, jestliže použijeme k pokusu vozíček prázdný a vozíček s nákladem (tedy hmotnější)? Na vozíky budeme působit stejnou silou. Obr. 2 Obr. 3 odpověď dále

7. Zákon síly Na základě předchozích úvah lze formulovat 2. Newtonův pohybový zákon – zákon síly. Velikost zrychlení tělesa je přímo úměrná velikosti výsledné síly, která na těleso působí a nepřímo úměrná hmotnosti tělesa. Zrychlení tělesa má stejný směr jako výsledná působící síla. často se zapisuje ve tvaru dále

8. Zákon síly – jednotka Newton [F] = [kg]. [m . s-2] = [kg . m. s-2] = 1N slovně: 1 N je síla, která tělesu o hmotnosti 1 kg uděluje zrychlení 1 m.s-2. pozn.: Odchylky od zákona síly se objevují u rychlosti 300 000 km.s-1. další kapitola zpět na obsah

9. Tíhová síla • značí se FG • znázorňuje se v těžišti tělesa • působí jako tlaková síla • způsobuje tlak • působí jako tahová síla dále

10. Tíhová síla Tíhová síla má svislý směr. Směr ukazuje např. olovnice. Prostor při povrchu Země, v němž se projevuje působení tíhové síly, se označuje tíhové pole Země. Obr. 4 dále

11. Tíhová síla • lze ji povazovat za výslednici sil působící na těleso na Zemi • Fg – gravitační síla • směřuje do středu Země • je projevem zemské přitažlivosti • lze vypočítat podle zákona síly • Fg= m . g m – hmotnost • g – gravitační zrychlení dále

12. Tíhová síla • Fs – odstředivá setrvačná síla na Zemi • míří kolmo od osy rotace • její velikost je m . r .ω2 • r – vzdálenost bodu na povrchu Země od osy rotace • ω – úhlová rychlost rotace • na pólech je nulová • na rovníku je největší, působí proti směru gravitační síly • v důsledku pomalé rotace Země je její velikost, v porovnání s gravitační silou, malá • Z těchto důvodů je rozdíl mezi FG a Fg malý a lze ho často zanedbat. Směry obou sil se liší pouze o několik úhlových minut. dále

13. Tíhová síla Velikost tíhového zrychlení se mění s nadmořskou výškou a se zeměpisnou polohou. Pro výpočty používáme: FG = m . gngn – normální tíhové zrychlení (stanoveno dohodou) 9,80665 ms-2 = 9,81 ms-2 Toto zrychlení odpovídá přibližně tíhovému zrychlení na 45° severní šířky při hladině moře. Tíhové zrychlení se velmi málo liší od gravitačního zrychlení. Na zeměpisných pólech se dokonce velikosti zrychlení rovnají. V praxi není nutné obě veličiny rozlišovat. další kapitola zpět na obsah

14. Síly bránící v pohybu • Valivý odpor • Smykové tření • Odpor prostředí

15. Smykové tření • vzniká při posouvání jednoho tělesa po povrchu jiného tělesa. • má původ v nerovnostech styčných ploch • dochází k deformaci podložky • směřuje proti pohybu tělesa dále

16. Smykové tření vypočítáme: Ft = f .Fn f – součinitel smykového tření (skalár, nemá jednotku) Fn – kolmá tlaková síla v případě vodorovné podložky je totožná s tíhovou silou F – tažná síla dále

17. Smykové tření • Velikost smykového tření závisí: • na normálové tlakové síle • na vlastnostech materiálu a nerovnosti ploch, které se po sobě smýkají (součinitel smyko-vého tření) • Velikost smykového tření nezávisí: • na obsahu styčných ploch • na rychlosti pohybu (při malých rychlostech) dále

18. Smykové tření Rozlišujeme klidové tření a tření v pohybu. Abychom uvedli těleso do pohybu, musíme překonat statické = klidové tření. Klidová třecí síla je větší než třecí síla v pohybu. Vzniká mezi tělesy, které se vzhledem k sobě nepohybují – jsou v klidu. Ft = fo.Fnfo – součinitel smykového tření v klidu Klidové smykové tření je větší než tření v pohybu. www.converter.cz/tabulky/smykove-treni.htm dále zpět na obsah

19. Valivý odpor • vzniká vždy, když se těleso kruhového průřezu (koule, válec) valí po pevné podložce • vzniká jako následek po deformaci podložky • neexistuje absolutně nede-formovatelné těleso Obr. 5 dále

20. Valivý odpor • ξ – (ksí) rameno valivého odporu • Fn – kolmá tlaková síla • R – poloměr valícího se tělesa • Valivé tření závisí: • na drsnosti a vlastnostech podložky, po které se těleso valí • na vlastnostech materiálu z kterého je těleso složeno • na kolmé tlakové síle • na poloměru tělesa • Za stejných podmínek je odporová síla při valeni mnohem menší než při smykovém tření. www.converter.cz/tabulky/valive-treni.htm dále zpět na obsah

21. Odpor prostředí • Síla odporu prostředí se projevuje v plynném a kapalném prostředí. • směřuje proti směru pohybu • její velikost závisí na rychlosti pohybu, tvaru tělesa a vlastnostech prostředí Obr. 6 dále zpět na obsah

22. Kdy je třecí síla užitečná? při brzdění pohybu vozidla při chůzi u šroubu, u hřebíku při křesání jisker při hře na smyčcové nástroje při používání pilníku a řemenic dále

23. Jmenujte další příklady, kdy je tření užitečné. psaní na tabuli, psaní perem vzorek pneumatik vázání uzlů, tkaniček při svírání předmětů rukou stabilita nábytku na podlaze dále

24. Otázky Kdy je tření nežádoucí a jak ho můžeme zmenšit? Obr. 7 Součástky strojů se třením opotřebovávají a zahřívají. Tření zmírníme mazáním a leštěním styčných ploch, také používáme chlazení. odpověď dále

25. Otázky Kdy je tření nežádoucí a jak ho můžeme zmírnit? Obr. 8 Třecí síly u valivého tření jsou mnohem menší než při smykovém tření. Proto se v technické praxi používají často kuličková ložiska. odpověď dále

26. Otázky Proč je jízda po mokré vozovce nebezpečná? Obr. 9 Voda nebo sníh na silnici snižuje tření kol. Je potřeba přizpůsobit rychlost stavu vozovky. odpověď dále

27. Otázky Obr. 10 Proč tobogánem protéká voda? Voda snižuje smykové tření, které vzniká při pohybu na tobogánu. Jízda je pak rychlejší a nehrozí prodření plavek. odpověď dále

28. CITACE ZDROJŮ ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6 Obr.1 THOMAS, Jeff. File:Matchbox-2006-StarsOfCars.jpg: CreativeCommons [online]. 25 June, 2007 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5f/Matchbox-2006-StarsOfCars.jpg?uselang=cs Obr.2 GUANACO. File:Shopping cart.jpg: WikimediaCommons [online]. 21 January 2005 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Shopping_cart.jpg Obr.3 KNEIPHOF. File:Winkelwagen.jpg: WikimediaCommons [online]. 21 January 2005 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Winkelwagen.jpg Obr.4 THOMAS, Jim. File:Plumb bob.jpg: WikimediaCommons [online]. 13 July 2006 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9d/Plumb_bob.jpg

29. CITACE ZDROJŮ Obr.5 BEEKER, Andreas. File:Hang glider aero tow.jpg: WikimediaCommons [online]. 30 December 2007 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Hang_glider_aero_tow.jpg Obr.6 VIATOUR, Luc. File:Model Engine Luc Viatour.jpg: Wikimedia Commons [online]. 5 December 2006 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/Model_Engine_Luc_Viatour.jpg Obr.7 SOLARIS2006. File:Ball bearing.jpg: WikimediaCommons [online]. 29 August 2006 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommonsz: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Ball_bearing.jpg Obr.8 CHUBBENNAITOR. File:Alonso Malaysianqualy 2010 (cropped).jpg: WikimediaCommons [online]. 5 April 2010 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/Alonso_Malaysian_qualy_2010_%28cropped%29.jpg

30. CITACE ZDROJŮ Obr.9 CHUBBENNAITOR. File:Alonso Malaysianqualy 2010 (cropped).jpg: WikimediaCommons [online]. 5 April 2010 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/Alonso_Malaysian_qualy_2010_%28cropped%29.jpg Obr. 10 ANDREWS, Whit. File:Water slide in Gulfport, Mississippi.jpg: WikimediaCommons [online]. 8 August 2008 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licenci CreativeCommons z:   http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Water_slide_in_Gulfport%2C_Mississippi.jpg Neoznačené obrázky, pochází z vlastního archivu. Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010

31. Děkuji za pozornost. Miroslava Víchová