M e c h a n i k a Václav Havel, katedra obecné fyziky ZČU v plzni

Mechanika je součástí fyziky, která se zabývá studiem pohybů těles a kontinua. Studuje příčiny změn těchto pohybů. Mechanika tvoří základ pro pochopení dalších fyzikálních oborů. Na vědecké úrovni se mechanika utvářela od 16.století.

Fyzikální pojem, veličina Fyzika pracuje s pojmy, které mají také svoji kvantitativní složku. Takové pojmy se ve fyzice nazývají veličinami. Fyzikální veličina = číslo x jednotka Příklady: 25 m, 1,74 A, 0,025 T

Veličiny základní a odvozené Teoreticky by bylo možné, že by každá veličina měla svoji jednotku zcela nezávislou na ostatních veličinách. To by však bylo velmi nepraktické, neboť ve všech fyzikálních vztazích by vystupovaly číselné konstanty, mající původ právě v nezávislosti jednotek. Proto již od poloviny 19. století vznikaly snahy vytvořit soustavu jednotek navzájem souvisejících. První takovou soustavou byla soustava CGS (centimetr, gram, sekunda)

Později se ukázalo, že s rozvojem dalších fyzikálních oborů je třeba počet výchozích veličin ( a jim příslušných jednotek) rozšířit. V roce 1960 na XI. Generální konferenci pro míry a váhy byla přijata nová soustava SI (Systeme International). Základem soustavy SI je 7 základních veličin a jim příslušných jednotek. Jsou to délka - metr teplota - kelvin hmotnost - kilogram svítivost - kandela čas - sekunda látkové množství - mol elektrický proud- ampér

Rozdělení fyzikálních veličin Veličiny : 1.základní (m,kg,s,A,K,cd,mol) 2.odvozené (ostatní jednotky pro další veličiny - např. rychlost, síla, práce, napětí, …) Veličiny dále rozdělujeme na hlavní a vedlejší. Hlavními jednotkami jsou jednotky přímo odvozené ze základních- např. pro sílu newton= 1kg m /s 2.

Fyzikální zákony Fyzikální zákon je teoreticky zdůvodněný a experimentálně ověřený vztah mezi několika fyzikálními veličinami, který odráží některou z vlastností přírody. Fyzikální zákony jsou zpravidla zapisovány ve tvaru matematického vztahu. Fyzikálním zákonem nejsou definiční vztahy jednotlivých veličin.

Vědecké metody užívané ve fyzice Hlavními metodami fyziky jsou: Pozorování přírodních jevů a zkušenosti z tohoto pozorování - empirie Provádění pokusů - experimenty Deduktivní postupy a matematická odvozování - teorie

Rozdělení mechaniky Mechanika hmotných bodů a tuhého tělesa kinematika (phoronomie) dynamika Mechanika kontinua mechanika deformovatelných těles hydromechanika, aeromechanika

Kinematika Kinematika se zabývá prostorovými a časovými aspekty pohybů.

Základní pojmy kinematiky Hmotný bod je těleso, jehož rozměry v rámci posuzovaného problému mohou být zanedbány. Např. při studiu pohybu naší Země kolem Slunce můžeme Zemi považovat za hmotný bod. Studujeme-li pohyb nějakého tělesa na povrchu Země, je tento předpoklad nepřípustný. Trajektorie je křivka, kterou hmotný bod při svém pohybu opisuje. Obecně je to křivka v třírozměrném prostoru. Dráha je délka oblouku měřená na trajektorii, kterou hmotný bod urazí za sledovaný časový interval.

Radiusvektor (polohový vektor) je vektor, který má počátek v počátku souřadnicové soustavy a konec v uvažovaném bodě. x y z O

Rychlost je vektorová veličina těchto vlastností: 1. Má směr tečny k trajektorie 2. Její orientace je dána směrem pohybu 3. Její velikost udává, jakou dráhu urazí hmotný bod za 1 sekundu.

Průměrná rychlost : Jednotky:

Výpočet rychlosti v polárních souřadnicích Polární souřadnice

Zrychlení Zrychlení je vektorová veličina, která udává změnu rychlosti za jednotku času.

v1v1 v2v2 S v1v1 atat v2v2 R   ss

Základní úlohy kinematiky 1. Je známa poloha hmotného bodu v závislosti na času. Má se určit průběh rychlosti a zrychlení. 2. Je známa závislost zrychlení na času a má se určit závislost rychlosti a dráhy na času a trajektorie.

1. Příklad : poloha bodu je dána radiusvektorem Je třeba určit rychlost a zrychlení

2.Příklad Lippichův padostroj na volně padající tyčku zaznamenávají značky s periodou T. Má se určit zrychlení. První diference:

Druhé diference : Druhé diference jsou konstantní.

3.Příklad : Měření zrychlení pomocí tří světelných závor s1s1 s2s2

První rovnici násobíme,druhou potom je odečteme, takže pro zrychlení dostáváme.

Měření rychlosti a zrychlení Měření přímá : měří se úsek dráhy a čas, který hmotný bod potřebuje k proběhnutí této dráhy Příklady: při měření v atletice lze z naměřeného času a známé dráhy určit rychlost běžce.

Nepřímé metody: Využití tachometrů, principu radaru, derivace dráhy podle času pomocí elektroniky Příklady: tachometry automobilů, radary pro měření polohy a rychlosti letadel.,