Bakalářská fyzika pro HGF VŠB-TUO

Jestliže na těleso působí síla, pak se těleso pohybuje se zrychlením, které je přímo úměrné působící síle a nepřímo úměrné hmotnosti tělesa. Obecněji lze zákon síly formulovat tak, že síla je rovna časové změně hybnosti.

Je-li hybnost tělesa mírou pohybu tělesa (), pak změna hybnosti tělesa je důsledkem působící síly v čase

Časová změna hybnosti tělesa je důsledkem časové změny impulsu síly

Zákon síly lze formulovat pomocí zrychlení tak, že působí-li na těleso síla, musí se těleso pohybovat zrychleně, případně zpomaleně.

Velikost zrychlení a, které uděluje síla tělesu o hmotnosti m, je přímo úměrná velikosti této síly F (při konstantní hmotnosti tělesa) a nepřímo úměrná hmotnosti (při konstantně působící síle).

2. Newtonův zákon síly

Důsledky:

je-li F = 0, potom a = 0, v = konst.;
je-li F = konst., potom a = konst.

Příklady silového působení:

Velikosti sil ve fyzikálním vztahu	Symbol	Zrychlení
Newtonův zákon síly		Zrychlení a
Tíha tělesa		Tíhové zrychlení g
Dostředivá síla		Dostředivé zrychlení
Newtonův gravitační zákon		Zrychlení těles v gravitačním poli tělesa o hmotnosti m₂

Jednotkou síly je N newton, který má rozměr v soustavě SI. Síla 1 N uděluje tělesu o hmotnosti 1 kg zrychlení 1 m.s^-2.

Silové působení podle Newtonova zákona má obecnou platnost. Hmotnost má dvě formy: látku a pole. Síla je vektorová fyzikální veličina, která popisuje interakci (vzájemné působení) těles, a to dotykově (v případě interakce látky), bezdotykově (v případě interakce polí).

Statické účinky interakcí se projevují deformací těles podle zákona Hookova.

Dynamické účinky interakcí se projevují změnou pohybového stavu těles podle zákona Newtonova.

V technické mechanice jde především o sledování příčin, důsledků a rovnováhy sil. Řešíme zejména otázky:

jaký hmotný objekt se pohybuje;
proč se hmotný objekt pohybuje;
jak se objekt pohybuje;
za jakých podmínek dochází k rovnováze tělesa.

Verbální zadání:

Pohyb hmotného bodu o hmotnosti 0,5 kg je dán rovnicemi:

x = 2·t² + 1

y = t² + 1

z = t³ – 1.

Určete velikost a směr (daný úhly a, b, g) působící síly v čase 1s.

Matematizované zadání:

m = 0,5kg ; x = 2·t² + 1 ; y = t² + 1 ; z = t³ – 1 ; t = 1s.

F = ? ; a = ? , b = ? , g = ?

Fyzikální vztahy jako návod pro řešení:

… složky rychlosti pohybu;

… složky zrychlení pohybu;

… složky síly;

… velikost síly;

… úhly určující směr síly.

Obecný a konkrétní výsledek:

Odpověď:

Síla je ve své z-složce časově proměnná, v čase 1 s působí na hmotný bod síla o velikosti 3,7 N, a to tak, že síla leží ve vektorové přímce svírající s x-osou úhel asi 58°, s y-osou úhel asi 75°a se z-osou úhel asi 37°.

Verbální zadání: Pomocí Newtonova zákona síly porovnejte časový a dráhový účinek síly, pomocí Newtonova zákona síly nalezněte souvislost práce a energie.

Návod řešení:

Závěr:

Impuls síly odpovídá změně hybnosti. Práce A, kterou vykonáme, působíme-li na těleso po určité dráze, odpovídá změně kinetické (pohybové) energie DW_K, kterou těleso v důsledku vykonané práce získalo.

1. Reprezentativní příklady
2. Reprezentativní příklady

Síla má dvojí účinek, a to pohybový a deformační, řeší ji oblast fyziky zvaná dynamika. Klid je pouze výsledkem rovnováhy sil, řeší ji oblast fyziky zvaná statika.

Příklad dotykového působení síly způsobující translační pohyb.

Příklad dotykového působení síly způsobující rotační pohyb.

Příklad bezdotykového působení magnetických polí proudovodičů:

Příklad působení tíhové síly závaží proti deformační síle pružiny siloměru, výsledkem silového působení je rovnováha sil.

Síla má dvojí účinek, a to pohybový a deformační. Materiálové vlastnosti s ohledem na dezintegraci a deformaci řeší technické obory pružnost a pevnost látek.

Při kmitání elastického oscilátoru, tj. závaží zavěšeného na pružině, působí rovněž síla deformační Hookova, a to proti tíhové síle působící na závaží (potenciální energie pružnosti se přelévá v kinetickou energii pohybovou a naopak). Kmitavý pohyb závaží pak lze klasicky popsat pomoci Newtonovy síly.