Fyzika Testy - cvičení z fyziky

Síla

Zkopíruj odkaz na toto téma. expand learning text

Síla

Síla je fyzikální veličina, kterou používáme k popisu vzájemného působení těles. Působí-li jedno těleso na druhé silou, působí současně druhé těleso silou na těleso první. Působení těles je vždy vzájemné a může být přitažlivé nebo odpudivé.

Děje se prostřednictvím:

  • přímého působení/dotyku
  • na dálku (přes silová pole):
    • magnetické pole/síla
    • gravitační pole/síla (pouze přitažlivé)
    • elektrické pole/síla

Účinky sil jsou pohybové (uvedení do pohybu, zrychlení/zpomalení, nebo zastavení pohybu) nebo deformační (změna tvaru).

Fyzikální veličinu sílu značíme F. Její základní jednotkou je newton N. Je to vektorová fyzikální veličina (má směr). Sílu měříme siloměrem - je založen na pružině, jejíž dočasné prodloužení je přímo úměrné působící síle.



Znázornění a skládání sil

Zkopíruj odkaz na toto téma. expand learning text

Síla

Síla je fyzikální veličina, kterou používáme k popisu vzájemného působení těles. Působí-li jedno těleso na druhé silou, působí současně druhé těleso silou na těleso první. Působení těles je vždy vzájemné a může být přitažlivé nebo odpudivé.

Děje se prostřednictvím:

  • přímého působení/dotyku
  • na dálku (přes silová pole):
    • magnetické pole/síla
    • gravitační pole/síla (pouze přitažlivé)
    • elektrické pole/síla

Působení může také být:

  • statické (tělesa jsou vzhledem k sobě v klidu, např. televize stojí na stole, magnet drží na tabuli)
  • dynamické (tělesa na sebe působí v pohybu, např. sportovec vrhá kouli, jablko padá k zemi)

Účinky sil jsou pohybové (uvedení do pohybu, zrychlení/zpomalení, nebo zastavení pohybu) nebo deformační (změna tvaru a rozměru).

Deformace může být:

  • dočasná (když síla přestane
    působit, deformace zmizí, např. šíp opřen o tětivu luku nebo závaží na pružině siloměru)
  • trvalá (zůstane, i když síla přestane působit, např. zmáčknutí hlíny nebo plastelíny, nabourané auto)

Znázornění sil

Účinky síly závisí na její velikosti (udávané v Newtonech N), na směru síly a jejím působišti (bod, ve kterém síla působí). Působiště síly je zjednodušující koncept, protože často síla působí na celou plochu, např. televize umístěná na stůl působí gravitační silou na desku stolu v každém bodu své plochy, avšak můžeme určit jeden bod uprostřed televize, který budeme brát jako působiště síly.

Abychom to dokázali znázornit, znázorňujeme sílu úsečkou, která začíná v působišti, její délka odpovídá její velikosti a směr udává šipka na jejím konci. Velikost můžeme znázornit dílky.

F

Síla patří mezi tzv. vektorové fyzikální veličiny (vektory), k jejichž úplnému určení je nutno znát jejich číselnou hodnotu, měřící jednotku i směr. Veličiny, u kterých si vystačíme jenom s číselnou hodnotou a měřící jednotkou, se nazývají skalární (skaláry), např. hmotnost, čas, objem atd.

Skládání sil

Často na těleso působí více sil. V tomto případě se dají všechny tyto síly nahradit jedinou silou, která má na těleso stejné účinky, je to tzv. výslednice sil. Velikost a směr výslednice jsou dány vektorovým součtem původních sil.

Pokud jsou síly rovnoběžné a mají stejný směr, sčítají se, pokud jsou opačného směru odečítají se a výsledná síla má stejný směr jako síla větší.

FF21F1F2


Pokud jsou síly různoběžné, musíme je doplnit na rovnoběžník a výsledná síla bude jeho uhlopříčka.

FF21


Gravitační síla, tíhová síla a těžiště

Zkopíruj odkaz na toto téma. expand learning text

Gravitační síla

Každá dvě tělesa se vzájemně přitahují gravitačními silami, které jsou stejně velké, ale opačného směru. Jejich velikost se zvětšuje zvětšující se hmotností obou těles a zmenšuje se zvětšující se vzdáleností obou těles.

Gravitační silové pole je prostor kolem každého hmotného tělesa, ve kterém působí gravitační síly tohoto hmotného tělesa (nejčastěji se tento termín používá v souvislosti s naší Zemí, planetami či jinými vesmírnými tělesy). Je důvodem, proč tělesa padají k zemi.

Gravitační síla Země působí vždy do středu Země svislým směrem. Gravitační síla na Zemi působí silou 1 N na každých 100 g. Svislý směr se zkouší pomocí olovnice (zařízení složené z provázku zatíženého na konci olověnou tyčkou).

Gravitační síla, kterou Země na dané těleso působí, je přímo úměrná hmotnosti tělesa m. Konstantou této úměrnosti je tíhové zrychlení g, někdy ne úplně správně označované jako gravitační konstanta, dohodou stanovena jako 9.8 m/s2, zaokrouhleně pro výpočty používáme 10 m/s2.

$$F_g = m×g$$

Na povrchu Měsíce je gravitační zrychlení přibližně šestkrát menší než na Zemi (Měsíc má nižší hmotnost).

Příklad

Jak velkou gravitační silou působí Země na kostku o hmotnosti 20 kg?

$$F_g=m×g=20×10=200 N$$

Tíhová síla

Kdyby se naše planeta neotáčela, působila by na nás pouze gravitační síla. Avšak Země se neustále otáčí kolem své osy. Při tomto pohybu vzniká odstředivá síla, tj. síla, která má směr kolmý na zemskou osu rotace (působí směrem od Země) a působí na všechna tělesa otáčející se spolu se Zemí (tedy ve vztažné soustavě spojené se zemským povrchem).

Zatímco gravitační síla je na zemském povrchu vždy stejná (na obrázku dole je fialová), na různých místech zemského povrchu se velikost odstředivé síly liší (zelené šipky), největší je na rovníku a zmenšuje se směrem k pólům, kde je nulová (tělesa na rovníku se točí nejrychleji, za den urazí větší dráhu než těleso poblíž pólu.) Tato síla fakticky působí proti gravitační síle.

Síle, která je výslednicí gravitační a odstředivé síly v daném bodu se říká tíhová síla (červená šipka) – jak ukazuje obrázek dole, míří nepatrně jiným směrem než do středu Země a má nepatrně menší velikost. Protože ale rozdíl velikostí a směrů tíhové a gravitační síly je velmi malý (menší než 1%), často se zaměňují. Nejmenší je tíhová síla na rovníku, protože tam je odstředivá síla největší a působí v přesně opačném směru jako gravitační síla.

 

Proto jsou tělesa nejsilněji přitahována k Zemi na pólech a nejméně na rovníku (proto např. rakety startují z míst co nejblíže k rovníku, spotřebují méně paliva).

Zrychlení g vyjadřuje intenzitu tíhového pole na povrchu Země. Udává, o kolik m/s zrychlí těleso za 1 sekundu pádu v gravitačním poli Země.

Podobně jako známe gravitační pole a tíhové pole, máme také tíhové zrychlení a gravitační zrychlení. Rozdíl tíhového a gravitačního zrychlení je tak malý, že v běžných výpočtech se používá stejná hodnota 10 m/s2.

Působiště tíhové síly klademe do těžiště tělesa, stejně jako u gravitační síly.

Pojem tíhová síla se také často zaměňuje s pojmem tíha. Ale tíha se ve skutečnosti projevuje jako tlaková síla určitého tělesa působící na podložku (pokud je položené) nebo jako tahová síla napínající závěs (pokud je zavěšené).

Např. kniha na stole působí tíhou na desku stolu, přičemž působiště je celá styčná plocha knihy - na obrázku je tíha modrou barvou, zatímco tíhová síla má působiště v těžišti (na obrázku červenou).

Také balík zavěšený na jeřábu působí tíhou na místo zavěšení. A proto říkáme "to je ale tíha", když držíme nebo zvedáme něco těžkého. O takových tělesech mluvíme jako o tělesech ve stavu tíhy.

Opakem je stav beztíže, který známe u kosmonautů ve vesmíru. Stav beztíže můžeme ale zažít i na Zemi, a to v případě volného pádu (během doby letu, předtím, než se dotkneme zemského povrchu nebo jiného tělesa).

Jako důkaz může posloužit siloměr se zavěšeným závažím. Pokud ho držíme nad zemí, ukazuje určitou hodnotu, např. v případě dvoukilového závaží to bude 20 Newtonů (na závaží působí tíhová síla a to působí tíhou na siloměr). Ale pokud bychom siloměr se zavěšeným závažím pustili z letadla, siloměr by během letu ukazoval 0. Ve stavu beztíže jsou také předměty vyhozené do vzduchu jakýmkoli směrem.

 

Značení

Fyzikální veličinu sílu značíme F. Její základní jednotkou je newton N. Je to vektorová fyzikální veličina (má směr). Sílu měříme siloměrem - je založen na pružině, jejíž dočasné prodloužení je přímo úměrné působící síle.

Účinky síly závisí na její velikosti (udávané v newtonech N), na směru síly a jejím působišti (bod, ve kterém síla působí). Působiště síly je zjednodušující koncept, protože často síla působí na celou plochu, např. televize umístěná na stůl působí gravitační silou na desku stolu v každém bodu své plochy, avšak můžeme určit jeden bod uprostřed televize, který budeme brát jako působiště síly.

Gravitační síla je FG, tíhová síla je G. Gravitační zrychlení je ag a tíhové zrychlení je g.

Vzhledem k častému zaměňování výše uvedených pojmů se často zaměňuje i jejich značení.

Těžiště

V případě gravitační síly působiště nazýváme těžiště a určíme ho jako průsečík těžnic. Tělesa stejnorodá (z jedné látky) s pravidelným tvarem mají těžiště uprostřed.

Tělesa s nižším těžištěm jsou stabilnější. Proto se například náklad na lodích nakládá do podpalubí. Takto naložená loď má větší stabilitu, protože nákladem v podpalubí snížíme těžiště lodi.

 

Rovnovážná poloha

Jak bylo zmíněno, síly mohou vyvolat pohyb. Avšak když se vyruší pohybové účinky všech sil, které na těleso působí, říkáme, že těleso je v rovnovážné poloze. Rozlišujeme rovnovážnou polohu:

  • stálou (stabilní) - po vychýlení z této polohy se těleso vrací zpět, tzn. vychýlení se postupně zmenšuje a těžiště se vrátí zpět, jakmile síla přestane působit (kulička v důlku nebo pravítko zavěšené na drátku provlečeným nad těžištěm)
  • vratkou (labilní) - po vychýlení z této polohy se těleso nevrací zpět, ale výchylka se dále zvětšuje (např. kulička na kopci nebo pravítko zavěšené na drátku provlečeným pod těžištěm)
  • volnou (indiferentní) - výška těžiště po vychýlení zůstává stejná (např. kulička na vodorovné podložce nebo pravítko upevněné drátkem v těžišti)


   
   

Copyright © 2017 - 2020 Eductify