Přímá úměrnost mezi gravitační silou a hmotností tělesa Na tělesa s různou hmotností působí země různou F g m=60 kg
Fg=mg
g=10 N/kg
Fg=( 10.60 ) N=600 N
Fg=?N Jak je znát z výpočtu: F g=10.m (m=hmotnost tělesa v kg) Díky neúplné kulatosti Země se poměr různí podle zeměpisného umístění U nás ( v České republice) platí: g= 9,81 N/kg
Těžiště tělesa Každé těleso má jen jedno těžiště. V těžišti zakreslujeme působiště výsledné gravitační síly F g, kterou Země působý na těleso. Poloha těžiště závisí na rozložení látky v tělese. Tělesa zavěšená nad těžištěm nebo v těžišti zůstávají v klidu.Rovněž tělesa podepřená přesně pod těžištěm nebo v těžišti zůstávají v klidu. Těžiště u tenké desky lze zlistit takto:
Těžiště a matematika U trojúhelníku představuje těžnice přímku, která prochází vrcholem a středem protilehlé strany. Tam, kde se těžnice všech stran protnou je těžiště trojúhelníku.
Na rovinném rozhrání dvou optických prostředí nastává lom světla. Postupuje-li paprsek do prostředí, ve kterém se světlo šíří menší rychlostí, např. ze vzduchu do skla, nastane lom paprsku ke kolmici ( α > β ) Postupuje-li paprsek do prostředí, ve kterém se světlo šíří větší rychlostí, např. z vody do vzduch, nastane lom paprsku od kolmice ( α < β ) Lomený paprsek zůstává vžy v rovině dopadu.
Tření Tření je jev, který vzniká při pohybu tělesa v těsném kontaktu s jiným tělesem. Většinou je třením míněno tření mezi pevnými tělesy, tření s kapalnými nebo plynnými tělesy se označuje jako odpor prostředí. Při každém tření existuje třecí síla, která působí vždy proti pohybu (příp. proti změně klidového stavu u klidového tření). práce potřebná k překonání třecí síly se mění třením převážně v teplo.
Smykové tření Smykové tření (vlečné tření, kinematické tření) je tření, které vzniká mezi tělesy při jejich posuvném pohybu. Třecí síla Ft při smykovém tření má velikost: kde f je součinitel smykového tření, Fn je kolmá tlaková síla mezi tělesy (např. tíha tělesa) Součinitel smykového tření Součinitel smykového tření je fyzikální veličina, která udává poměr třecí síly a kolmé tlakové síly mezi tělesy při smykovém tření. Hodnoty součinitele smykového tření závisí na konkrétní dvojici látek na povrchu a drsnosti těles, mezi nimiž smykové tření probíhá. Je obvykle menší, než součinitel klidového tření. Značení Značka: f,µ Základní jednotka: bez jednotky Zjišťování: experimentálně a výpočtem f = Ft / Fn , kde Ft je třecí síla, Fn je kolmá tlaková síla mezi tělesy Příklady hodnot součinitele smykového tření Rozhraní Součinitel tření ocel-ocel 0,1 ocel-dřevo 0,35 dřevo-dřevo 0,3 ocel-led 0,027 dřevo-led 0,035
Klidové tření Klidové tření (statické tření) je tření, vznikající mezi tělesy, která se vzhledem k sobě nepohybují - jsou v klidu. Jedná se o speciální případ smykového tření. Klidová třecí síla Ft má velikost: , kde f0 je součinitel klidového tření, Fn je kolmá tlaková síla mezi tělesy (např. tíha tělesa) Klidové tření bývá větší než smykové tření mezi stejnými tělesy.
Součinitel klidového tření Součinitel klidového tření je fyzikální veličina, která udává poměr třecí síly a kolmé tlakové síly mezi tělesy při klidovém tření. Hodnoty součinitele klidového tření závisí na konkrétní dvojici látek na povrchu těles, mezi kterými je klidové tření. Součinitel klidového tření bývá větší než součinitel smykového tření pro stejná tělesa.
Značení Značka: f0,µ0 Základní jednotka: bez jednotky Zjišťování: experimentálně a výpočtem f0 = Ft / Fn , kde Ft je třecí síla, Fn je kolmá tlaková síla mezi tělesy. Příklad hodnot součinitele klidového tření Rozhraní Součinitel tření ocel-ocel 0,15 ocel-dřevo 0,65 guma-led 0,15 guma-mokrý asfalt 0,35 guma-suchý asfalt 0,55
Valivý odpor Valivý odpor (valivé tření) je druh tření, které vzniká mezi tělesem kruhového průřezu při jeho valivém pohybu a podložkou. Velikost valivého odporu Ft má velikost: , kde ξ (ksí) je rameno valivého odporu, Fn je kolmá tlaková síla mezi tělesy (např. tíha tělesa), R je poloměr průřezu tělesa Valivý odpor je pro stejnou přítlačnou sílu Fn výrazně menší než smykové tření. Rameno valivého odporu Rameno valivého odporu (součinitel valivého tření) je fyzikální veličina, která udává poměr velikosti valivého odporu a kolmé tlakové síly mezi tělesy (podložkou a kolem) při jednotkovém poloměru kola. Hodnoty ramena valivého odporu závisí na konkrétní dvojici látek těles, mezi kterými je valivý odpor. Značení Symbol veličiny: ξ Základní jednotka: metr, značka jednotky: m Další jednotky: centimetr cm, milimetr mm Zjišťování: experimentálně a výpočtem ξ = Fv . R / Fn , kde Fv je velikost valivého odporu, Fn je kolmá tlaková síla mezi tělesy, R je poloměr kola Příklad hodnot součinitele valivého tření Rozhraní Součinitel tření dřevo-dřevo 0,0008 m ocel-ocel 0,00003 m gumové kolo-asfalt 0,0016 m ocelové kolo-kolejnice 0,0005 m
Vnitřní tření Mezi jednotlivými častmi tělesa může docházet (a u reálných těles také dochází) ke tření. Toto tření, ke kterémuz dochází uvnitř látky, se označuje jako vnitřní. Vnitřní tření se projevuje např. při proudění reálných kapalin. Fyzikální veličina charakterizující vnitřní tření se nazývá viskozita. Otázky a odpovědi: Klid a pohyb tělesa:
Tlak je fyzikální veličina, obvykle označovaná symbolem p (z anglického pressure ), vyjadřující poměr
velikosti síly F, působící kolmo na rovinnou plochu a rovnoměrně spojitě rozloženou po této ploše, a obsahu této plochy S, tedy .
Pokud vnější síla působí pouze kolmo (neexistuje žádná tečná složka), je tlak označován jako prostý
(čistý). Pokud není tato síla F rozložena na dané ploše rovnoměrně, pak veličinu p, danou předchozím vzorcem, nazýváme střední tlak. Místním tlakem, tj. tlakem působícím v nějakém bodě uvažované plochy rozumíme diferenciální podíl
Zobecněnou definici tlaku (pro síly působící libovolným směrem na obecně nerovinnou plochu) můžeme ve
vektorovém tvaru zapsat rovnicí . kde je složka vektoru síly a kolmá k elementu plochy na který působí, přičemž směr vektoru popisujícího element má směr normály k této plošce. Rozměr této veličiny je (p ) = L
−1
MT
−2
.
Ve stlačitelných látkách způsobuje tlak deformaci. Při působení tlakové síly na pevné těleso se rozlišuje
tah a tlak. Tahová síla způsobuje roztahování tělesa, tlaková jeho stlačování. Tahové a tlakové síly se odlišují pouze směrem působení, přičemž se předpokládá, že způsobené deformace jsou obdobné, avšak s opačnými znaménky. Pokud je tlak v nějaké uzavřené nádobě větší než tlak v jejím okolí, je v nádobě přetlak. Pokud naopak je v
ní tlak nižší, je v nádobě podtlak. Přetlaku a podtlaku lze dosáhnout přesunem části hmoty do nebo z uzavřené nádoby, změnou její vnitřní velikosti nebo teploty jejího obsahu. Pro přesun části obsahu se používají pumpy. Sací pumpa pro odčerpání plynů z uzavřené nádoby se nazývá vývěva. Tlak v plynech je vyvoláván tepelným pohybem částic plynu (atomů nebo molekul;) nárazy těchto částic
na stěny nádoby se projevují tlakem na ně působícím. Podobně tomu je i v kapalinách. Tlak působí i v pevných tělesech, kde se přenáší interakcí mezi částicemi pevně vázanými v krystalové nebo
pseudokrystalové struktuře látky. Podle třetího pohybového zákona působí kapalina proti působící síle stejně velkou reakcí. Kapalina tedy působí tlakovou silou kolmou k ploše, na niž síla působí. Tato síla má velikost F = pS Tlaková síla působí vždy kolmo na plochu. Na vodorovné dno působí svislá tlaková síla, na svislé stěny působí vodorovná tlaková síla, na šikmé stěny působí tlaková síla kolmá k této stěně. Působení tlaku vyvolává v pevných tělesech deformace, přičemž vzájemnou souvislost mezi působícím tlakem a vzniklou deformací zkoumá pružnost. Při působení malého tlaku platí Hookův zákon. Hlavní jednotkou tlaku v soustavě SI je pascal (Pa). Je to tlak, který vyvolává síla 1 newtonu (1 N), rovnoměrně a spojitě rozložená a působící kolmo na plochu o obsahu 1 čtverečního metru (1 m2). V technické praxi se používají zejména násobky kilopascal (kPa, tj 103 Pa) a megapascal (MPa, tj. 106 Pa), v oboru hlubinné geologie a geofyziky i gigapascal (GPa, tj. 109 Pa). V meteorologii je obvyklé uvádět tlak vzduchu v jednotkách hektopascal (hPa, tj. 100 Pa), protože normální tlak atmosféry je blízký tisícinásobku této jednotky (přesně 1013,25 hPa). Ve vakuové technice se používají menší jednotka jako milipascal (mPa, tj. 10-3 Pa) a mikropascal (µPa, tj. 10-6 Pa). V technické praxi se dříve používaly i jiné jednotky, zejména bar (bar) a technická atmosféra (at) rovná kilopondu na čtverečný centimetr (kp/cm2). Naproti tomu ve fyzice a termodynamice se užívala tzv.
fyzikální atmosféra (atm), odvozená od normálního tlaku atmosféry. V meteorologii bylo v minulosti obvyklé používání jednotky torr (Torr), původně nazývané milimetr sloupce rtuti (mmHg). V anglosaské
oblasti se běžně můžeme setkat s jednotkou libra síly na čtverečný palec (psi). V připojené tabulce jsou převodní vztahy mezi nejběžnějšími jednotkami tlaku.
Deformační účinky síly, tlak Síla může mít na těleso kromě pohybových účinků také účinky deformační. Popisuje je veličina nazvaná tlak..
Tlak
Fyzikální veličina tlak vyjadřuje, jak se působící „tlaková“ síla rozloží na plochu, na níž působí. Víme, že čím ostřejší bude nůž, tím lépe bude řezat a že když si vezmete lyže nebo sněžnice, nebudete se do sněhu propadat tolik, jako bez nich.
Značka : p Jednotka : 1 Pa (pascal), 1 kPa (kilopascal), 1 MPa (megapascal)
1 MPa = 1000 kPa = 1000 000 Pa Tlak je přímo úměrný tlakové síle F , která jej vyvolává a nepřímo úměrný ploše S , na kterou tlaková síla působí kolmo..
F p= S Jak tedy mohu v praxi zvýšit tlak? 1. zvýšením tlakové síly (u lisů) 2. zmenšením plochy (všechny ostré předměty) Kolikrát se totiž zvýší síla, tolikrát se zvýší tlak (přímá úměrnost) a kolikrát se zvětší plocha, tolikrát se
sníží tlak (nepřímá úměrnost). Newtonův gravitační zákon
Newtonův gravitační zákon popisuje gravitační sílu s níž na sebe působí dvě tělesa: Dvě tělesa na sebe působí silou, která je přímo úměrná součinu hmotností a nepřímo úměrná čtverci jejich vzdálenosti. F = k . (m1 . m2) / r2 , kde k - gravitační konstanta m1, m2 - hmotnosti obou těles r - vzdálenost jejich středů. Newtonovy pohybové zákony Tři Newtonovy pohybové zákony se týkají dynamiky těles (klasická mechanika): Každé těleso setrvává v klidu nebo rovnoměrném přímočarém pohybu, není-li vnějšími silami nuceno tento stav změnit. Časová změna hybnosti tělesa je úměrná působící síle a má s ní stejný směr. Vzájemné síly mezi dvěma tělesy mají vždy stejnou velikost a opačný směr. Jednoduchý stroj je jeden z druhů mechanických strojů, patřící do této skupiny: Páka
Kladka (Pevná kladka - Volná kladka - Kladkostroj)
Nakloněná rovina
Kolo na hřídeli
Klín
Šroub
Společným rysem těchto strojů je jednoduchost konstrukce a jednoduchost principu. Části ostatních mechanických strojů („nejednoduchých“) se skládají z jednotlivých jednoduchých strojů. Jednoduché stroje usnadňují lidem práci, většinou tím, že umožní působit menší silou, než by bylo bez jednoduchého stroje nutné. Tato výhoda je ale vyvážena nutností působit po delší dráze, takže výsledné množství mechanické práce vykonané s jednoduchým strojem je stejné (ve skutečnosti dokonce vyšší) než práce bez jednoduchého stroje.
