Gravitace, tření, opěrná reakce, pružnost, Archimédův odpor, hmotnost. Směr, místo použití, povaha výskytu – školení

Síla je vektorová veličina. Je nutné znát místo působení a směr každé síly. Důležité je umět určit, které síly na těleso působí a jakým směrem. Síla je označena jako , měřená v Newtonech. Aby bylo možné rozlišit síly, jsou označeny následovně

Níže jsou uvedeny hlavní síly působící v přírodě. Při řešení problémů není možné vymýšlet síly, které neexistují!

V přírodě je mnoho sil. Zde uvažujeme síly, které jsou uvažovány ve školním kurzu fyziky při studiu dynamiky. Jsou zmíněny i další síly, o kterých bude řeč v dalších částech.

Gravitace

Každé těleso na planetě je ovlivněno zemskou gravitací. Síla, kterou Země přitahuje každé těleso, je určena vzorcem

Místo aplikace je v těžišti těla. Gravitace vždy směřuje svisle dolů.

Třecí síla

Seznámíme se se silou tření. Tato síla vzniká, když se tělesa pohybují a dva povrchy se dostanou do kontaktu. Síla vzniká proto, že povrchy při pohledu pod mikroskopem nejsou tak hladké, jak se zdají. Třecí síla je určena vzorcem:

Síla působí v bodě dotyku dvou povrchů. Nasměrováno ve směru opačném k pohybu.

Protože tělo je reprezentováno jako hmotný bod, síla může být reprezentována ze středu

Pozemní reakční síla

Představme si velmi těžký předmět ležící na stole. Stůl se pod tíhou předmětu prohne. Ale podle třetího Newtonova zákona působí stůl na předmět přesně stejnou silou jako předmět na stole. Síla směřuje opačně než síla, kterou předmět tlačí na stůl. Tedy nahoru. Tato síla se nazývá pozemní reakce. Název síly „mluví“ podpora reaguje. K této síle dochází vždy, když dojde k nárazu na podpěru. Povaha jeho výskytu na molekulární úrovni. Zdálo se, že objekt deformuje obvyklou polohu a spojení molekul (uvnitř stolu), ty se zase snaží vrátit do původního stavu, „odolat“.

Naprosto jakékoli tělo, i velmi lehké (například tužka ležící na stole), deformuje podpěru na mikroúrovni. Proto dochází k zemní reakci.

Neexistuje žádný speciální vzorec pro nalezení této síly. Označuje se písmenem , ale tato síla je jednoduše samostatným typem elastické síly, takže ji lze také označit jako

Síla působí v místě kontaktu předmětu s podpěrou. Nasměrováno kolmo k podpěře.

Protože tělo je reprezentováno jako hmotný bod, síla může být reprezentována ze středu

Elastická síla

Tato síla vzniká v důsledku deformace (změny výchozího stavu látky). Když například natahujeme pružinu, zvětšujeme vzdálenost mezi molekulami materiálu pružiny. Když pružinu stlačíme, snížíme ji. Když kroutíme nebo posunujeme. Ve všech těchto příkladech vzniká síla, která brání deformaci – pružná síla.

Elastická síla směřuje proti deformaci.

Protože tělo je reprezentováno jako hmotný bod, síla může být reprezentována ze středu

Například při sériovém připojení pružin se tuhost vypočítá pomocí vzorce

Při paralelním zapojení tuhost

Ukázka tuhosti. Youngův modul.

Youngův modul charakterizuje elastické vlastnosti látky. Jedná se o konstantní hodnotu, která závisí pouze na materiálu a jeho fyzikálním stavu. Charakterizuje schopnost materiálu odolávat tahové nebo tlakové deformaci. Hodnota Youngova modulu je tabulková.

Přečtěte si více o vlastnostech pevných látek zde.

Tělesná hmotnost

Tělesná hmotnost je síla, kterou předmět působí na podpěru. Říkáte si, to je síla gravitace! Zmatek nastává v následujícím: skutečně se často váha tělesa rovná gravitační síle, ale tyto síly jsou zcela odlišné. Gravitace je síla, která vzniká v důsledku interakce se Zemí. Hmotnost je výsledkem interakce s podporou. Gravitační síla působí v těžišti předmětu, zatímco váha je síla, která působí na podpěru (nikoli na předmět)!

Neexistuje žádný vzorec pro určení hmotnosti. Tato síla je označena písmenem.

Reakční síla podpěry neboli pružná síla vzniká v reakci na dopad předmětu na závěs nebo podpěru, proto je hmotnost těla vždy číselně stejná jako pružná síla, ale má opačný směr.

Síla reakce podpory a hmotnost jsou síly stejné povahy podle 3. Newtonova zákona, jsou stejné a mají opačný směr. Hmotnost je síla, která působí na podpěru, nikoli na tělo. Na těleso působí gravitační síla.

Tělesná hmotnost se nemusí rovnat gravitaci. Může to být více nebo méně, nebo se může stát, že hmotnost je nulová. Tento stav se nazývá stav beztíže. Stav beztíže je stav, kdy objekt neinteraguje s oporou, například stav letu: existuje gravitace, ale hmotnost je nulová!

Je možné určit směr zrychlení, pokud určíte, kam směřuje výsledná síla

Vezměte prosím na vědomí, že hmotnost je síla, měřená v Newtonech. Jak správně odpovědět na otázku: „Kolik vážíš“? Odpovídáme 50 kg, nejmenujeme svou váhu, ale svou hmotnost! V tomto příkladu se naše hmotnost rovná gravitaci, tedy přibližně 500N!

Přetížení – poměr hmotnosti a gravitace

Archimédova síla

Síla vzniká v důsledku interakce tělesa s kapalinou (plynem), kdy je ponořeno do kapaliny (nebo plynu). Tato síla vytlačuje tělo z vody (plynu). Proto směřuje svisle nahoru (tlačí). Určeno podle vzorce:

Ve vzduchu zanedbáváme sílu Archiméda.

Pokud je Archimédova síla rovna gravitační síle, těleso se vznáší. Je-li Archimédova síla větší, pak stoupá k povrchu kapaliny, je-li menší, klesá.

Elektrické síly

Existují síly elektrického původu. Vyskytuje se v přítomnosti elektrického náboje. Tyto síly, jako je Coulombova síla, Ampérova síla, Lorentzova síla, jsou podrobně popsány v části Elektřina.

Schematické označení sil působících na těleso

Často je tělo modelováno jako hmotný bod. Proto jsou v diagramech různé body aplikace přeneseny do jednoho bodu – do středu a tělo je schematicky znázorněno jako kruh nebo obdélník.

Pro správné označení sil je nutné uvést všechna tělesa, se kterými zkoumané těleso interaguje. Určete, co se stane v důsledku interakce s každým: tření, deformace, přitažlivost nebo možná odpuzování. Určete druh síly a správně uveďte směr. Pozor! Množství sil se bude shodovat s počtem těles, se kterými k interakci dochází.

Hlavní věc k zapamatování

1) Síly a jejich povaha;
2) Směr sil;
3) Umět identifikovat působící síly

Třecí síly*

Existuje vnější (suché) a vnitřní (viskózní) tření. K vnějšímu tření dochází mezi dotykovými pevnými povrchy, k vnitřnímu tření mezi vrstvami kapaliny nebo plynu při jejich vzájemném pohybu. Existují tři typy vnějšího tření: statické tření, kluzné tření a valivé tření.

Valivé tření je určeno vzorcem

Odporová síla vzniká, když se těleso pohybuje v kapalině nebo plynu. Velikost odporové síly závisí na velikosti a tvaru tělesa, rychlosti jeho pohybu a vlastnostech kapaliny nebo plynu. Při nízkých rychlostech pohybu je odporová síla úměrná rychlosti těla

Při vysokých rychlostech je úměrná druhé mocnině rychlosti

Vztah mezi gravitací, gravitačním zákonem a gravitačním zrychlením*

Uvažujme vzájemnou přitažlivost předmětu a Země. Mezi nimi podle zákona gravitace vzniká síla

Nyní srovnejme gravitační zákon a gravitační sílu

Velikost gravitačního zrychlení závisí na hmotnosti Země a jejím poloměru! Je tedy možné vypočítat, s jakým zrychlením budou padat objekty na Měsíci nebo na jakékoli jiné planetě, pomocí hmotnosti a poloměru této planety.

Vzdálenost od středu Země k pólům je menší než k rovníku. Proto je gravitační zrychlení na rovníku o něco menší než na pólech. Zároveň je třeba poznamenat, že hlavním důvodem závislosti gravitačního zrychlení na zeměpisné šířce oblasti je skutečnost, že Země rotuje kolem své osy.

Jak se vzdalujeme od zemského povrchu, mění se gravitační síla a gravitační zrychlení nepřímo úměrně druhé mocnině vzdálenosti ke středu Země.