Fyzika · Základní škola · kapitola 2

Pohyb a síly

Všechno kolem nás se pohybuje – auto na silnici, Země kolem Slunce, krev v žilách. Aby se těleso rozjelo, zastavilo nebo zatočilo, musí na ně působit síla. Pravidla pohybu popsal už v 17. století Isaac Newton.

1Klid a pohyb

Těleso je v pohybu, jestliže mění svou polohu vzhledem k jinému tělesu (vztažné soustavě). Klid a pohyb jsou relativní: cestující sedí ve vlaku v klidu vzhledem k vagonu, ale vzhledem k nádraží se pohybuje.

• Trajektorie – čára, kterou těleso při pohybu opisuje (přímočarý a křivočarý pohyb).
• Dráha s – délka trajektorie, měříme v metrech.
• Podle rychlosti rozlišujeme pohyb rovnoměrný (stálá rychlost) a nerovnoměrný (rozjíždění, brzdění).

2Rychlost

Rychlost udává, jakou dráhu těleso urazí za jednotku času:

v = s / t   ·   s = v · t   ·   t = s / v

Jednotkou je m/s, v běžném životě km/h. Převod: 1 m/s = 3,6 km/h (36 km/h = 10 m/s). U nerovnoměrného pohybu počítáme průměrnou rychlost = celková dráha / celkový čas.

3Síla

Síla vyjadřuje vzájemné působení těles. Síla může těleso uvést do pohybu, zastavit, změnit směr jeho pohybu nebo ho deformovat. Značka F, jednotka newton (N). Měříme ji siloměrem (pružina se prodlužuje úměrně síle). Síla má velikost, směr a působiště – znázorňujeme ji šipkou.

Gravitační síla – všechna tělesa se navzájem přitahují. Země přitahuje tělesa ke svému středu. Na těleso o hmotnosti 1 kg působí na Zemi gravitační síla asi 10 N (přesněji 9,81 N):

F_g = m · g   (g ≈ 10 N/kg)

Na Měsíci je g asi šestkrát menší (1,6 N/kg) – astronaut tam „váží“ šestkrát méně, jeho hmotnost se ale nemění.

Skládání sil

• Síly stejného směru se sčítají (dva koně táhnou vůz).
• Síly opačného směru se odčítají; výslednice má směr větší síly (přetahování lanem).
• Jsou-li síly stejně velké a opačné, jejich výslednice je nulová – síly jsou v rovnováze.

4Newtonovy pohybové zákony

1. Zákon setrvačnosti – těleso zůstává v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu, dokud na ně nepůsobí jiné těleso silou. Proto se při prudkém zabrzdění autobusu „hneme dopředu“ – a proto používáme bezpečnostní pásy.
2. Zákon síly – čím větší síla, tím rychleji se mění rychlost tělesa; čím větší hmotnost, tím pomaleji. Prázdný vozík rozjedeme snáze než plný.
3. Zákon akce a reakce – dvě tělesa na sebe působí stejně velkými silami opačného směru. Raketa vyfukuje plyny dozadu a ty ji tlačí dopředu; při plavání odtlačujeme vodu dozadu.

5Tření

Třecí síla vzniká při pohybu tělesa po povrchu jiného tělesa a vždy působí proti pohybu. Závisí na drsnosti povrchů a na síle, kterou těleso tlačí na podložku, ne na velikosti stykové plochy. Valivý odpor (kola) je mnohem menší než smykové tření – proto vynález kola tolik pomohl.

• Užitečné tření: chůze, brzdění, vzorek pneumatik, posyp silnic v zimě.
• Škodlivé tření: opotřebení strojů, ztráty energie – zmenšujeme ho mazáním a kuličkovými ložisky.

6Páka a kladka

Páka je tyč otáčivá kolem osy. Je v rovnováze, když se rovnají momenty sil (síla × rameno) na obou stranách:

F₁ · a₁ = F₂ · a₂

Malou silou na dlouhém rameni tak vyrovnáme velkou sílu na krátkém (houpačka, nůžky, kleště, páčidlo, kolečko). Archimédes prý řekl: „Dejte mi pevný bod a pohnu Zemí.“ Pevná kladka mění jen směr síly, volná kladka sílu zmenší na polovinu, kladkostroj ještě více – ale vždy za cenu delší dráhy, po které táhneme.

7Tlak

Tlak vyjadřuje, jak velká síla působí na jednotku plochy:

p = F / S   [pascal, Pa = N/m²]

Stejná síla na menší ploše způsobí větší tlak. Proto řežou ostré nože, jehla snadno propíchne látku a hřebík zatlučeme hrotem. Naopak lyže, sněžnice a široké pásy tanku tlak zmenšují, aby se nebořily.

8Kvíz – procvič si kapitolu