Transcript VY_32_INOVACE_170107_Dynamika_3_Dum

14. září 2012
VY_32_INOVACE_170105_Dynamika_3_DUM
DYNAMIKA 3
Zákon síly
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová
Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.
Vzdělávací materiál byl vytvořen v rámci OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,
registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.
Zákon síly
Jaké síly působí na autíčko po uvedení do pohybu
rukou?
Obr. 1
odpověď
Vyvození zákona síly
FG – tíhová síla
FP – síla pružnosti podložky
Ft – třecí síla
F – síla pohybu
Pohybové účinky FG a FP
se
navzájem
vyruší.
Pohyb závisí na třecí síle
a síle pohybu.
dále
Vyvození zákona síly
Autíčko se pohybuje, pokud je síla ruky větší než
třecí síla. Výslednice sil je nenulová. Autíčko se
pohybuje zrychleně a zrychlení má směr pohybu.
Je zřejmé, že čím je větší síla, která působí
pohyb pří stejné třecí síle, tím větší je zrychlení
pohybu.
dále
Vyvození zákona síly
Jak
bude
situace
vypadat,
jestliže
použijeme
Prázdný
vozíček
se bude
pohybovat
rychleji
při stejnémk
působenívozíček
síly než vozíček
s nákladem.
Jeho srychlost
bude
pokusu
prázdný
a vozíček
nákladem
záviset hmotnější)?
na hmotnosti. Na vozíky budeme působit
(tedy
stejnou
silou.
Obr. 2
Obr. 3
Z pokusu plynou závěry:
• velikost zrychlení záleží na působící síle
• čím bude větší síla působící na těleso, tím větší bude
jeho zrychlení.
•odpověď
velikost zrychlení závisí na hmotnosti
• čím bude hmotnost tělesa větší, tím bude, při stejné síle
působící na těleso, menší jeho zrychlení
• těleso s nižší hmotností lze urychlit snadněji
dále
Zákon síly
Na základě předchozích úvah lze formulovat
2. Newtonův pohybový zákon – zákon síly.
Velikost zrychlení tělesa je přímo úměrná velikosti
výsledné síly, která na těleso působí a nepřímo
úměrná hmotnosti tělesa. Zrychlení tělesa má
stejný směr jako výsledná působící síla.

a 

F
m
často se zapisuje ve tvaru


F  m a
dále
Zákon síly – jednotka Newton
[F] = [kg] . [m . s-2] = [kg . m . s-2] = 1N
slovně:
1 N je síla, která tělesu o hmotnosti 1 kg uděluje
zrychlení 1 m.s-2.
pozn.: Odchylky od zákona síly se objevují u
rychlosti 300 000 km.s-1.
zpět na obsah
další kapitola
Tíhová síla
•
•
•
•
značí se FG
znázorňuje se v těžišti tělesa
působí jako tlaková síla
způsobuje tlak
• působí jako tahová síla
dále
Tíhová síla
Obr. 4
Tíhová síla má svislý směr.
Směr ukazuje např. olovnice.
Prostor při povrchu Země,
v němž se projevuje působení
tíhové síly, se označuje tíhové
pole Země.
dále
Tíhová síla
• lze ji povazovat za výslednici sil působící na
těleso na Zemi



FG  F g  F s
Fg – gravitační síla
• směřuje do středu Země
• je projevem zemské přitažlivosti
• lze vypočítat podle zákona síly
Fg = m . g
m – hmotnost
g – gravitační zrychlení
dále
Tíhová síla
Fs – odstředivá setrvačná síla na Zemi
• míří kolmo od osy rotace
• její velikost je m . r . ω2
r – vzdálenost bodu na povrchu Země od osy rotace
ω – úhlová rychlost rotace
• na pólech je nulová
• na rovníku je největší, působí proti směru gravitační síly
• v důsledku pomalé rotace Země je její velikost, v
porovnání s gravitační silou, malá
Z těchto důvodů je rozdíl mezi FG a Fg malý a lze ho často
zanedbat. Směry obou sil se liší pouze o několik úhlových
minut.
dále
Tíhová síla
Velikost tíhového zrychlení se mění s nadmořskou výškou a se
zeměpisnou polohou. Pro výpočty používáme:
FG = m . gn
gn – normální tíhové zrychlení
(stanoveno dohodou)
9,80665 ms-2 = 9,81 ms-2
Toto zrychlení odpovídá přibližně tíhovému zrychlení na 45°
severní šířky při hladině moře.
Tíhové zrychlení se velmi málo liší od gravitačního zrychlení.
Na zeměpisných pólech se dokonce velikosti zrychlení rovnají.
V praxi není nutné obě veličiny rozlišovat.
zpět na obsah
další kapitola
Síly bránící v pohybu
Smykové tření
• vzniká při posouvání jednoho tělesa po
povrchu jiného tělesa.
• má původ v nerovnostech styčných ploch
• dochází k deformaci podložky
• směřuje proti pohybu tělesa
dále
Smykové tření
vypočítáme:
Ft = f . Fn
f – součinitel smykového tření
(skalár, nemá jednotku)
Fn – kolmá tlaková síla
v případě vodorovné podložky je totožná s tíhovou silou
F – tažná síla
dále
Smykové tření
Velikost smykového tření závisí:
• na normálové tlakové síle
• na vlastnostech materiálu a nerovnosti ploch,
které se po sobě smýkají (součinitel smykového tření)
Velikost smykového tření nezávisí:
• na obsahu styčných ploch
• na rychlosti pohybu (při malých rychlostech)
dále
Smykové tření
Rozlišujeme klidové tření a tření v pohybu.
Abychom uvedli těleso do pohybu, musíme
překonat statické = klidové tření. Klidová třecí síla
je větší než třecí síla v pohybu. Vzniká mezi tělesy,
které se vzhledem k sobě nepohybují – jsou v klidu.
Ft = fo . Fn
fo – součinitel smykového tření v klidu
Klidové smykové tření je větší než tření v pohybu.
www.converter.cz/tabulky/smykove-treni.htm
zpět na obsah
dále
Valivý odpor
• vzniká vždy, když se těleso
kruhového průřezu (koule,
válec) valí po pevné podložce
• vzniká jako následek po
deformaci podložky
• neexistuje absolutně nedeformovatelné těleso
Obr. 5
dále
Valivý odpor
Fv   
Fn
R
ξ – (ksí) rameno valivého odporu
Fn – kolmá tlaková síla
R – poloměr valícího se tělesa
Valivé tření závisí:
• na drsnosti a vlastnostech podložky, po které se těleso valí
• na vlastnostech materiálu z kterého je těleso složeno
• na kolmé tlakové síle
• na poloměru tělesa
Za stejných podmínek je odporová síla při valeni mnohem
menší než při smykovém tření.
www.converter.cz/tabulky/valive-treni.htm
zpět na obsah
dále
Odpor prostředí
Síla odporu prostředí se projevuje v plynném a kapalném
prostředí.
• směřuje proti směru pohybu
• její velikost závisí na rychlosti pohybu, tvaru tělesa a
vlastnostech prostředí
Obr. 6
zpět na obsah
dále
Kdy je třecí síla užitečná?
při brzdění pohybu vozidla
při chůzi
u šroubu, u hřebíku
při křesání jisker
při hře na smyčcové
nástroje
při používání pilníku a
řemenic
dále
Jmenujte další příklady, kdy je tření užitečné.
psaní na tabuli, psaní perem
vzorek pneumatik
vázání uzlů, tkaniček
při svírání předmětů rukou
stabilita nábytku na podlaze
dále
Otázky
Obr. 7
Kdy je tření nežádoucí a jak ho
můžeme zmenšit?
Součástky
strojů
se
třením
opotřebovávají a zahřívají. Tření
odpověď
zmírníme mazáním
a leštěním
styčných ploch, také používáme
chlazení.
dále
Otázky
Obr. 8
Kdy je tření nežádoucí a jak ho
můžeme zmírnit?
Třecí síly u valivého tření jsou
odpověď
mnohem menší
než při smykovém
tření. Proto se v technické praxi
používají často kuličková ložiska.
dále
Otázky
Obr. 9
Proč je jízda po mokré vozovce
nebezpečná?
Voda nebo sníh na silnici snižuje
odpověď
tření kol. Je
potřeba přizpůsobit
rychlost stavu vozovky.
dále
Otázky
Obr. 10
Proč tobogánem protéká voda?
Voda snižuje smykové tření, které
odpověď
vzniká při pohybu
na tobogánu.
Jízda je pak rychlejší a nehrozí
prodření plavek.
dále
CITACE ZDROJŮ
ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 807196-223-6
Obr.1 THOMAS, Jeff. File:Matchbox-2006-StarsOfCars.jpg: Creative Commons [online]. 25
June, 2007 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5f/Matchbox-2006StarsOfCars.jpg?uselang=cs
Obr.2 GUANACO. File:Shopping cart.jpg: Wikimedia Commons [online]. 21 January 2005 [cit.
2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Shopping_cart.jpg
Obr.3 KNEIPHOF. File:Winkelwagen.jpg: Wikimedia Commons [online]. 21 January 2005 [cit.
2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Winkelwagen.jpg
Obr.4 THOMAS, Jim. File:Plumb bob.jpg: Wikimedia Commons [online]. 13 July 2006 [cit.
2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9d/Plumb_bob.jpg
CITACE ZDROJŮ
Obr.5 BEEKER, Andreas. File:Hang glider aero tow.jpg: Wikimedia Commons [online]. 30
December 2007 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Hang_glider_aero_tow.jpg
Obr.6 VIATOUR, Luc. File:Model Engine Luc Viatour.jpg: Wikimedia Commons [online]. 5
December 2006 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/Model_Engine_Luc_Viatour.jpg
Obr.7 SOLARIS2006. File:Ball bearing.jpg: Wikimedia Commons [online]. 29 August 2006
[cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commonsz:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Ball_bearing.jpg
Obr.8 CHUBBENNAITOR. File:Alonso Malaysian qualy 2010 (cropped).jpg: Wikimedia
Commons [online]. 5 April 2010 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/Alonso_Malaysian_qualy_2010_%28cro
pped%29.jpg
CITACE ZDROJŮ
Obr.9 CHUBBENNAITOR. File:Alonso Malaysian qualy 2010 (cropped).jpg: Wikimedia
Commons [online]. 5 April 2010 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/Alonso_Malaysian_qualy_2010_%28cro
pped%29.jpg
Obr. 10 ANDREWS, Whit. File:Water slide in Gulfport, Mississippi.jpg: Wikimedia Commons
[online]. 8 August 2008 [cit. 2012-09-14]. Dostupné pod licenci Creative Commons
z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Water_slide_in_Gulfport%2C_Missis
sippi.jpg
Neoznačené obrázky, pochází z vlastního archivu.
Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010
Děkuji za pozornost.
Miroslava Víchová