1. Newtonův pohybový zákon - Zákon setrvačnosti Newtonovy pohybové zákony 2. Newtonův pohybový zákon - Zákon síly 3. Newtonův pohybový zákon - Zákon akce.

Prezentace na téma: "1. Newtonův pohybový zákon - Zákon setrvačnosti Newtonovy pohybové zákony 2. Newtonův pohybový zákon - Zákon síly 3. Newtonův pohybový zákon - Zákon akce."— Transkript prezentace:

1 1. Newtonův pohybový zákon - Zákon setrvačnosti Newtonovy pohybové zákony 2. Newtonův pohybový zákon - Zákon síly 3. Newtonův pohybový zákon - Zákon akce a reakce Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je PaedDr. Pavel Geher. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

2 Definice zákona Setrvačnost těles Příklady 1. Newtonův pohybový zákon - Zákon setrvačnosti

3 Pohyb kuličky je ovlivněn pružinovými válci PV a odraznými hranoly OH, které na ni působí silou. Tím dochází ke změně velikosti a směru rychlosti kuličky a tak se její pohybový stav neustále mění. Pokud by k silovému působení na kuličku nedocházelo, kulička by zůstala v klidu. Na vodorovné podložce je v klidu válec. Koule, která se pohybuje rovnoměrným pohybem, do něj narazí a působí na něj silou. Tím mění pohybový stav válce. Současně působí i válec na kouli a mění její pohybový stav tím, že zmenšuje velikost její rychlosti. Dvě ocelové kuličky jsou umístěny na vodorovné podložce a nachází se v klidu. Pokud mezi ně umístíme silný tyčový magnet, pak se kuličky uvedou do zrychleného pohybu, protože magnet na ně působí přitažlivou magnetickou silou. Nahlédněme nejprve na tři ukázky a zkusme prozkoumat, jak na sebe tělesa působí silami a jaké poznatky z toho vyplynou…

4 tělesa na sebe působí silami. silové působení je vždy vzájemné. působením sil mohou tělesa měnit velikost a směr své rychlosti, tedy svůj pohybový stav. 1. Newtonův zákon vysvětluje a také zdůvodňuje, proč se těleso nachází v určitém pohybovém stavu a za jakých podmínek můžeme jeho pohybový stav změnit. Znění zákona: Těleso setrvává v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu, dokud není přinuceno tento stav změnit silovým působením jiných těles. Můžeme tedy konstatovat, že

5 Můžeme definovat 1. Newtonův zákon také slovy: Těleso setrvává v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu, dokud na něj nepůsobí žádné síly? Ne tak docela!!! Podívejme se na následující příklad. FGFG G F FGFG F F = F G Válec je položen na vodorovné podložce. Jaké síly v tomto případě působí ? Na válec působí Země tíhovou silou F G. Válec působí na podložku tíhou G. Stejně velkou silou, ale opačného směru působí podložka na válec silou F. Na samotný válec pak působí jen síly F G a F. Ty jsou však stejně velké a opačného směru a jejich výslednice je rovna nule. Proto se tyto dvě síly svými účinky ruší. Raději definujeme 1. Newtonův zákona slovy: Těleso setrvává v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu, pokud výslednice všech sil, kterými na těleso působí jiná tělesa, je rovna nule.

6 Schopnost tělesa setrvávat v určitém pohybovém stavu nebo odolávat silovému působení jiných těles vedoucí ke změně pohybového stavu tělesa. Setrvačnost tělesa je definována jako: V autobuse, který je v klidu, stojí cestující. I on se tedy nepohybuje. Pokud se však autobus rozjede zrychleným pohybem, padá cestující dozadu. Je to proto, že zatímco nohy cestujícího jsou již v pohybu, neboť se dotýkají podlahy autobusu, horní část těla ještě setrvává v původním pohybovém stavu, tedy v klidu, a tak se opožďuje za nohami. Prostudujme následující příklad ze života: Pokud se autobus pohybuje rovnoměrným pohybem, je cestující vzhledem k autobusu v klidu. Jestliže autobus narazí na pevnou překážku, padá cestující na podlahu směrem dopředu. Je to dáno tím, že autobus se již nepohybuje, ale cestující setrvává v původním pohybovém stavu s původní rychlostí a také v původním směru.

7 Setrvačnost se uplatňuje v mnoha situacích běžného života. V některých případech, kdy setrvačnost podceníme, hrozí těžké úrazy a velké majetkové škody. Ale jsou i případy, u nichž naopak setrvačnost využijeme. Rizika zanedbání setrvačnostiVyužití setrvačnosti Jízda v dopravních prostředcíchJízda na kole po přerušení šlapaní Uklouznutí při chůziVytřepání prachu z textilní hadry Brzdící auta před přechody chodcůOdstředivky prádla Pohyblivé náklady na korbách autŘazení vagónů na nádraží Přelévání tekutých hmot v cisternách při jízdě v zatáčkách a brzdění Narážení násady kladiva na toporo Vyhazování předmětů z jedoucích dopravních prostředků Pohyb míče, puku, bowlingové koule

8 Obě síly, které působí na vozíček, jsou stejně velké, opačného směru. Jejich výslednice je nulová, a tak obě síly nemají na pohyb vozíčku žádný vliv, takže se vozíček bude pohybovat i nadále rovnoměrným pohybem. Tažná síla je větší než valivý odpor. Velikost výslednice těchto sil je dána rozdílem jejich velikostí a její směr je stejný jako směr větší síly, takže směr tažné síly. Vlivem výsledné síly se pohybový stav vozíčku změní a začne se pohybovat rovnoměrně zrychleným pohybem. Tažná síla je menší než valivý odpor. Velikost výslednice je dána rozdílem jejich velikostí a má směr síly valivého odporu. Vlivem výsledné síly se pohybový stav vozíčku změní a začne se pohybovat rovnoměrně zpomaleným pohybem. Vozíček se pohybuje rovnoměrným pohybem po rovné podložce bez valivého odporu a odporovou sílu vzduchu rovněž zanedbejme. Vozíček najednou sjede na nerovnou měkkou podložku, čímž mezi koly a podložkou vzniká odporová síla F v, nazývaná valivý odpor. Současně na vozíček začneme působit tažnou silou F, jak ukazují obrázky níže. Určete, v jakém pohybovém stavu se vozíček nachází v jednotlivých případech, které jsou na obrázcích znázorněny. F FvFv F > F v F FvFv F < F v F FvFv F = F v

9 Chlapec na horském kole má sjíždět z kopce. Za jakých podmínek bude pohyb kola rovnoměrný, jestliže cyklista nemá při jízdě šlapat? F G1 FvFv FoFo FbFb Nejprve si popišme, jaké síly na cyklistu při jízdě z kopce působí. Jednak je to síla F G1, což je složka tíhové síly, kterou na cyklistu působí Země a která způsobuje zrychlený pohyb cyklisty z kopce dolů. Dále pak síla F v, což je valivý odpor působící proti pohybu valícího se tělesa, pak F o, což je odporová síla vzduchu, který cyklista při svém pohybu rozráží, a konečně síla F b, kterou působí brzdové špalíčky na ráfky kol při brzdění. Z 1. Newtonova pohybového zákona vyplývá, že těleso setrvává v rovnoměrném přímočarém pohybu, pokud výslednice všech sil, které na těleso působí, je rovna nule. Tedy v našem příkladě musí platit vektorový součet všech působících sil: A odsud: Posledně uvedený vzorec je současně i podmínkou proto, aby pohyb cyklisty byl rovnoměrný.

10 Definice zákona Příklady 2. Newtonův pohybový zákon - Zákon síly

11 Na vozíček působí přes kladku a závěs závaží silou, čímž se vozíček pohybuje rovnoměrně zrychleným pohybem. V případě b) jsou použita dvě závaží a tak působící síla na vozíček je dvakrát větší než v případě a). Jak ukazuje obrázek, je zrychlení vozíčku dvakrát větší v případě b) než a). Zrychlení vozíčku je přímo úměrné působící síle. Prohlédněme nejprve dvě ukázky a zkusme prozkoumat, jaký vliv na zrychlení tělesa má působící síla a jeho hmotnost a jaké poznatky z toho vyplynou… V obou případech jsou použita dvě závaží, takže působící síla je stejně velká. V případě b) vozíček obsahuje náklad a jeho hmotnost je dvakrát větší než v případě a). Jak ukazuje obrázek, je zrychlení vozíčku menší v případě b) než a). Zrychlení vozíčku je nepřímo úměrné působící síle.

12 zrychlení tělesa je při stálé hmotnosti tělesa přímo úměrné působící síle. zrychlení tělesa je při stálé působící síle nepřímo úměrné hmotnosti tělesa. 2. Newtonův pohybový zákon vyjadřuje vztah mezi zrychlením tělesa, silou, která na něj působí, a hmotností tělesa. Znění zákona: Velikost zrychlení hmotného bodu (tělesa) je přímo úměrná výslednici sil, které na hmotný bod působí, a nepřímo úměrné hmotnosti hmotného bodu. Můžeme tedy konstatovat, že Zákon vyjadřuje vztah:

13 Z 2. Newtonova zákona lze odvodit vztah pro definici síly: A také jednotku síly: Jak si představit velikost síly o velikosti 1N? Z výše uvedeného vzorce plyne, že silou o velikosti 1 N působíme tehdy, když touto silou udělíme tělesu o hmotnosti 1 kg zrychlení 1 ms -2, takže se jeho rychlost za každou sekundu zvětší o 1 ms -1. 1 kg 1 N 0 ms -1 1 N 2 ms -1 1 s 1 kg 1 ms -1 1 N 3 ms -1

14 F 1 a 1 F 2 a 2 m 1 m 2 F 1 a 1 F 2 a 2 m 1 m 2 Dvě identická auta táhnou přívěsný vozík (viz obr. níže). Pro hmotnost vozíku druhého auta platí m 2 = 2. m 1. Určete v jakém poměru budou velikosti působících tažných sil, kterými působí auta na vozíky, jestliže se obě vozidla mají pohybovat z klidu rovnoměrně zrychleným pohybem se stejně velkým zrychlením. Odpor vzduchu a třecí síly zanedbáme. Z 2. Newtonova pohybového zákona plyne, že zrychlení tělesa je nepřímo úměrné hmotnosti tělesa. To tedy znamená, že tažné síly aut nebudou stejně velké, ale větší silou bude působit auto táhnoucí vozík s větší hmotností. Ze zadání vyplývá: Dále pak dostaneme:

15 Na těleso o hmotnosti 5000 gramů, které se nachází v klidu, začne působit stálá síla 0,01 kN po dobu 10 sekund, čímž se těleso uvede do pohybu po vodorovné rovině. Tření a odporové síly zanedbáváme. Určete zrychlení pohybu tělesa, rychlost, jakou těleso získalo za čas 10 s, a dráhu, kterou těleso za tento čas urazilo. Zrychlení tělesa je 2 ms -2. Těleso za 10 s sekund získá rychlost 20 ms -1 a urazí dráhu 100 m.

16 Definice zákona Příklady 3. Newtonův pohybový zákon – Zákon akce a reakce

17 Prohlédněme nejprve dvě ukázky a zkusme prozkoumat, jaké vlastnosti mají síly, kterými na sebe tělesa v ukázkách působí… Siloměr S 1 je upevněn na stojanu a spojen se siloměrem S 2, za který taháme směrem doprava. Siloměr S 1 působí silou F 1 na siloměr S 2 a stejně tak siloměr S 2 působí na siloměr S 1 silou F 2. Siloměry nejenže sílu zaznamenávají, ale pomocí dílkové stupnice také určují její velikost. Vidíme, že obě síly mají stejnou velikost, ale opačný směr, a každá působí na jiné těleso. Můžeme si rovněž všimnout, že obě síly současně vznikají a současně zanikají. Na dokonale hladkém ledě jsou položeny dva stejné hokejové puky, na nichž jsou připevněny dva stejné magnety, které jsou vzhledem k sobě orientovány souhlasnými magnetickými póly, takže magnety na sebe působí odpudivými magnetickými silami. Jestliže puky uvolníme, magnetické síly magnetů je uvedou do pohybu a oba puky urazí stejně velkou dráhu. Síly F 1 a F 2 mají stejnou velikost a opačný směr.

18 tělesa na sebe působí vždy vzájemně. při vzájemném silovém působení jsou síly stejně velké a opačného směru, přičemž každá působí na jiné těleso. tito síly vznikají a zanikají současně. Můžeme tedy konstatovat, že 3. Newtonův pohybový zákon popisuje vzájemné silové působení těles. Popisuje vlastnosti sil a jejich účinky na tělesa. Znění zákona: Působí-li jedno těleso na těleso druhé silou (akce), pak i těleso druhé působí na těleso první silou (reakce). Akce i reakce jsou síly stejně velké, opačného směru a každá působí na jiné těleso, a proto se svými pohybovými účinky navzájem neruší. Akce a reakce vždy vznikají a zanikají současně.

19 Síly akce a reakce jsou stejně velké, i když tělesa, která na sebe působí mají rozdílnou hmotnost nebo se pohybují různě velkými rychlostmi vzhledem k sobě. V tom případě jsou účinky akce a reakce na tělesa různé. Tuto skutečnost popisuje následující příklad. Na dvou vozících, které jsou na kolečkách na hladké podložce (tření zanedbáváme), stojí dva muži, kteří se přitahují pomocí lana. Pro hmotnosti mužů platí: m 2 = 2m 1. Vzájemným silovým působením mužů se oba vozíky uvedou do pohybu rovnoměrně zrychleného, avšak každý vozík s jiným zrychlením, neboť z druhého Newtonova zákona plyne, že zrychlení tělesa je přímo úměrné působící síle na těleso (ta je u obou vozíků stejná) a nepřímo úměrné hmotnosti tělesa. Vozík s mužem o hmotnosti m 1 se tak bude pohybovat se zrychlením a 1, pro které platí a 1 = 2a 2.

20 Síly akci a reakci si nesmíme zaměnit za tzv. síly v rovnováze!!! Jsou to dvě síly, stejné velikosti, opačného směru, ale působí současně na jedno jediné těleso. Tyto síly se svými pohybovými účinky ruší. Uveďme dva příklady takových sil: Těleso plovoucí v kapalině F vz – vztlaková hydrostatická síla F G – tíhová síla Pád tělesa s padákem F o – odporová síla vzduchu F G – tíhová síla