Článek o Newtonově pohybovém zákoně
1. Definice síly
Síla je něco, co způsobuje zrychlení věcí. Jinými slovy, síla je něco, co pohybuje, zastavuje nebo mění směr pohybu objektu. Síla je vektorová veličina, a proto má velikost a směr. Symbol síly je F (Force - síla). F je obecný symbol síly. Existuje několik typů sil a ne všechny síly mají symbol F. Jednotka mezinárodní soustavy je kg m/s2, známá také jako Newton.
2. Definice čisté síly
Výsledná síla (ΣF) je součet všech sil působících na objekt. Síla je vektorová veličina, takže celková síla se vypočítá na základě pravidla sčítání vektorů.
Celková síla = 10 Newtonů, směr celkové síly je doprava.
Celková síla = 8 Newtonů, směr celkové síly je doprava.
Celková síla = 0
Celková síla = 0
3. Newtonovy pohybové zákony
Newtonovy pohybové zákony jsou fyzikální zákony o pohybu objektu, které navrhl anglický fyzik Isaac Newton.
3.1 Newtonův první zákon
Newtonův první zákon říká, že každý objekt, který je v klidu, musí zůstat v klidu, nebo že každý objekt, který se pohybuje přímočarou konstantní rychlostí
bude se pohybovat přímočarou konstantní rychlostí, pokud je celková síla působící na objekt nulová.
ΣF = 0
Tato rovnice je matematickým vyjádřením z prvního Newtonova zákona.
Podívejte se na objekt kolem sebe, například na stůl, kámen nebo jakýkoli jiný objekt. Stůl, který je v klidu, zůstane v klidu, pokud se s ním nepohne nebo na něj nebude působit vnější síla, například tlak nebo tah. Neexistuje žádná síla, která by působí na stoly, skály nebo objekty, které jsou v klidu? Na objekt působí síla, ale součet všech sil působících na objekt, neboli celková síla, je nulový. Síly působící na objekty, které jsou stále na povrchu planet, jako je Země, jsou gravitační síla (w) a normálová síla (N). Směr gravitační síly je kolmý ke středu Země, směr normálové síly je kolmý nahoru. Velikost těchto dvou sil je stejná, ale mají opačný směr, takže celková síla je rovna nule.
A co věci, které se pohybují přímočarou konstantní rychlostí? Abychom si tento problém objasnili, předpokládejme, že tlačíte předmět, například kus kovu, na povrch podlahy. Po zatlačení se kov v důsledku tření zpomalí a zastaví. Aby se kovové kusy pohybovaly dále nebo déle, musíte vyhladit povrch podlahy a povrch kovové desky. Pokud je povrch podlahy hladký a nedochází k tření, kovová deska se bude dále pohybovat a nezastaví se. Nepůsobí na kovovou desku, která se pohybuje po povrchu dokonalé, hladké podlahy, žádná síla? Na kovové desky působí síly, a to gravitační síla a normálová síla. Obě tyto síly působí ve svislém směru a neovlivňují pohyb kovových desek v horizontálním směru, pokud je podlaha hladká.
Newtonův druhý zákon říká, že pokud celková síla působící na těleso není rovna nule, pak těleso zrychluje. Velikost zrychlení je úměrná velikosti celkové síly a nepřímo úměrná hmotnosti tělesa. Směr zrychlení je stejný jako směr celkové síly.
ΣF = ma
ΣF = celková síla (kg m/s² ) , m = hmotnost (kg), a = zrychlení (m/ s² )
Rovnice 1.2 je matematické tvrzení z druhého Newtonova zákona.
Pokud je zrychlení rovno nule (a = 0), pak se rovnice 1.2 změní na rovnici 1.1. Newtonův první zákon je tedy speciálním případem druhého Newtonova zákona. Na základě rovnice 1.2 se usuzuje, že čím větší síla, tím větší zrychlení. Naopak, čím větší hmotnost, tím menší zrychlení. Vztah mezi silou, hmotností a zrychlením lépe pochopíte po provedení experimentu v této oblasti.
Ukázkový problém 1:
Určete velikost a směr zrychlení objektů na základě výše uvedeného obrázku…
Řešení:
ΣF = ma
4 kg m/s² = (1 kg) a
a = 4 kg m/s2 : 1 kg = 4 m/ s2
Velikost zrychlení = 4 m/s² , směr zrychlení doprava.
Ukázkový problém 2:
Určete velikost a směr zrychlení na základě výše uvedeného obrázku …
Řešení:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 – 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 kg m/s² = (1 kg) a
a = 3 kg m/s² : 1 kg
a = 3 m/ s²
Velikost zrychlení = 3 m/s² , směr zrychlení doprava.
3.2.1 Hmotnost (w)
Hmotnost je gravitační síla působící na hmotný objekt.
ΣF = ma
w = mg
Rovnice 1.3 je rovnice pro výpočet hmotnosti objektu.
w = hmotnost (kg m/s² ) , m = hmotnost (kg), g = tíhové zrychlení (m/s² ) . Velikost tíhového zrychlení (g) na zemském povrchu je 9.8 m/s² . Pro zjednodušení výpočtů se g zaokrouhlí na 10 m/ s².
3.2.2 Normálová síla (N)
Normálová síla je síla působící na dva objekty, které se vzájemně dotýkají, přičemž směr normálové síly je kolmý k povrchu dotykové roviny.
Pozorujte předměty, které jsou stále nad povrchem stolu. Na předmět působí také gravitační síla neboli tíha. Předměty nepadají volně jako ovoce padající ze stromu, protože na ně působí normálová síla. Tíha (w) a normála (N) mají stejný, ale opačný směr, takže celková síla působící na předmět je nulová.
ΣF = 0
S – š = 0
N = w
3.3 Newtonův třetí zákon
Newtonův třetí zákon říká, že pokud objekt 1 působí silou na objekt 2, pak zároveň objekt 2 působí silou na objekt 1. Obě síly jsou stejné, ale směr obou sil je opačný. Jedna síla se nazývá akce, druhá se nazývá reakce.
F akce = – F reakce
Rovnice 1.3 je matematické tvrzení z Newtonova třetího zákona. Znaménko záporné v rovnici 1.3 vysvětluje směr síly.
Experimentujte, abyste lépe pochopili třetí Newtonův zákon. Pokud máte skateboard, zatlačte zeď, zatímco na něm stojíte. Po zatlačení se skateboard pohybuje dozadu. Směr vaší síly je dopředu, zatímco směr skateboardu je dozadu.
To naznačuje, že zeď na vás také působí. Když tlačíte na zeď, zároveň vás zeď také tlačí. Vaše tlačná síla působí na zeď, zatímco tlačná síla zdi působí na vás. Obě síly působí ve stejném směru, ale v opačných směrech. Jednu sílu můžete nazvat akcí a druhou reakcí.
Dalším experimentem, který lze provést, je nafouknout gumový balónek a poté, co se balónek naplní vzduchem, roztáhne, balónek uvolnit. Po uvolnění balónek „letí“. Směr pohybu balónku je opačný než směr výstupu vzduchu z balónku. Jak to vysvětlit?
Když se ústa balónku uvolní, balónek vytlačí vzduch ven. Zároveň vzduch tlačí na balónek. Tlaková síla vzduchu způsobí, že balónek letí. Síla balónku působí na balónek, zatímco síla vzduchu působí na balónek. Obě síly jsou stejné, ale jejich směr je opačný.
Prohlédněte si obrázek 2 a porovnejte jej s obrázkem 3. Normálová síla působící na těleso (N) je síla vydávaná rovným povrchem, například povrchem stolu. Zároveň tělesa také předávají sílu povrchu stolu (N'). Obě tyto normálové síly (N a N') mají stejnou velikost, ale působí v opačných směrech a působí na různá tělesa. Na rozdíl od w a N, které mají stejnou velikost a působí na stejné těleso, jsou tedy N a N' akční síly reakce.
