Síly 

Obrázky: sily.odg, skladani-sil.odg, paka+kladka.odg, tlak.odg

Obsah:

Druhy sil

Silou působí jedno těleso na druhé:

• dotykem (já-židle, tření, nadnášení vodou…)
• bez dotyku (prostřednictvím silového pole):
  • gravitační silou (Země-já, Slunce-Země…)
  • elektrickou silou (vlasy-hřeben, prach-monitor, toner-válec…)
  • magnetickou silou (magnet-nástěnka, elektromagnet jeřábu-šrot, střelka-pól Země…)

Pole = oblast, ve které bez dotyku působí dané těleso na ostatní tělesa.

Druhé těleso působí na první také (stejnou silou).
Coriolisova síla: kolotoč, házení 0:18, 0:50, 1:23, 2:20,kyvadlo 0:50, důsledky: při otáčení Země se velký vír otáčí vždy jedním směrem (tornádo…), větší opotřebení jedné kolejnice na S-J trati;  s dronem  obr+vysv(en)

Měření síly

Měřidlo síly: siloměr (natahuje se v něm pružina).
- síla - natažení siloměru
Znázornění síly: šipkou

F_{zavěšený_kvádr} = … N
F_tažení = … N
F_zip = … N

Účinky síly

• žádný
• deformace tělesa:
  • stálá: havárie, zlomení, ohnutí drátu
  • dočasná: míče, pružina…
• změna pohybu tělesa:
  • uvedení do pohybu, zastavení, roztočení (náboj pušky, terč…)
  • zrychlení, zpomalení (raketa, bungee-jumping, brzdění, rozjezd …)
  • změna směru (odraz…)

Ukázka: pružnost láhve

Znázornění síly: šipkou (obrázky)

Síla obrázky

Síla popisuje vzájemné působení těles.

POZN: Isaac Newton - anglický fyzik, matematik.

Gravitační síla F_g obrázky

Isaac Newton objevil, že:
- gravitační silou F_g se vzájemně přitahují každá dvě tělesa (video-torzní měření)
- kolikrát hmotnost tělesa, tolikrát je F_g
- čím jsou tělesa od sebe dál, tím je F_g

Gravitační síla Země přitahuje tělesa ke středu Země.
Tento směr nazýváme svislý směr.

Příklady: Já - Země (velká síla), já - tužka (nesmírně malá síla).

Těleso přitahuje Zemi stejnou silou, jakou Země přitahuje těleso.
Čím dál od Země, tím se přitahujeme menší gravitační silou.

Video - torzní měření Techmania y cav

Úkol: Uveď příklady (existují-li) 2 těles, která se:

Úkol: Jakou silou se k Zemi přitahuje těleso hmotnosti: 1 kg;  0,1 kg;  2 kg?
Úkol: Ve srovnání se silou, kterou tě přitahuje Země, napiš těleso, které přitahuje Zemi silou : a) stejně velkou, b) menší, c) větší.

Na Zemi:

g = tíhové zrychlení = přírůstek rychlosti pádu za 1 s.

Na Zemi g = 9,81 m/s² (každou sekundu naroste rychlost pádu přesně o 9,81 m/s)
Pamatuj: g 10 m/s²

Gravitační síla na Zemi:

F _g = gravitační síla, kterou Země přitahuje těleso hmotnosti m.

PŘ: Spočti sílu, kterou na tebe působí Země.
m = 45 kg, F_g=?
F_g= m.g
F_g= 45.10
F_g= 450 N
Země mne přitahuje silou 450 N. Siloměr, na který bych se na Zemi zavěsil, by ukázal 450 N.
I já přitahuji Zemi silou 450 N.

PŘ: Jak velkou silou přitahuje Země tašku s nákupem: 1 l mléka (1 kg), mouka (1 kg), máslo (250 g), sýr (100 g)? Jakou silou působíš na tašku?

PŘ: Jak velkou silou působí na misku vah dohromady závaží 50 g, 20 g, 10 g, 5 g? Jakou silou na ně působí miska?

Tíhové zrychlení ve vakuu je stejné i pro peří: ve vzduchu 1:16, ve vakuu 2:50.

Gravitační síla ve vesmíru

POZN: Hmotnost tělesa se projeví např. při nárazu - stejně na Zemi i ve stavu beztíže.
Váhy měří sílu, kterou na ně tlačí těleso, NE hmotnost.

PŘ: Spočti gravitační sílu, která působí na 50 kg žáka na Měsíci (g_Měsíc= 1,6 m/s²)

PŘ: Spočti gravitační sílu, která působí na 50 kg žáka na Marsu (g_Mars= 4 m/s²)

! Hmotnost má těleso stále stejnou (poznám při nárazu i ve stavu beztíže).

Kosmonauti na Měsíci - snadno vyskočí (~F_g), ale nebezpečí při nárazu (~hmotnost).
Video: měření hmotnosti na ISS (23:39),  měsíční vozítko, skoky a pády na měsíci
Baumgartner: skok ze stratosféry + zkrácený průběh, top skoky

Tíhová síla v různých místech

(1) Gravitační síla = síla, kterou se přitahují každá 2 tělesa.
(2) Hmotnost = vlastnost tělesa, je vždy stejná (na Zemi, Měsíci, za beztíže).
Země se otáčením zploštila - na rovníku (dál od středu) přitahuje méně, než na pólech (blíž středu).
Země se točí - odstředivá síla táhne tělesa ven (od osy rotace).

(3) Tíhová síla je gravitační síla zmenšená o vliv rotace a zploštění Země. Působí u Zeměkoule na podložku nebo závěs tělesa.

Rotace Země vliv gravitační síly zmenšuje (nejvíce na rovníku, VŮBEC na pólu).
Zploštění Země - na pólu jsme blíž jádru->větší gravitační síla.

Vzdalováním od Země tíhová síla prudce klesá obr.

Tíhová síla = "pocit přitahování".

Spočítej sílu, kterou Země působí: a) na tebe, b) na osobní auto (odhadni hmotnost).

Stav beztíže

Když:
- volně padám (skok do vody, parašutista…)
- letím nahoru (skokem z trampolíny, krajní bod houpačky…)
- kroužím kolem Země (vhodnou rychlostí v raketě)
tak se nacházím ve stavu beztíže.

Stavy beztíže na Zemi: trampolína, houpačka, parabolický let video průběh (3:11, 5:50)

Raketa (~vystřelený náboj), aby nespadla k Zemi, musí letět 8 km/s (1.kosmická rychlost).

Video: Stav beztíže: Tajem.vesmír (7:10 míček-hor. dráha,23:55 beztíže v letadle ) pořad-nova

Na vhodné oběžné dráze je odstředivá síla = gravitační síla.

(od gravitační odečtu stejně velkou odstředivou sílu - tíhová síla je pak = 0)

Stav beztíže znamená: tíhová síla = 0.

Od další hodiny měj rýsovací potřeby! (1. ořezanou tužku, 2. pravítko s ryskou, 3. další pravítko, 4. úhloměr)

Vid: voda v beztíži.

Doplň: Gravitační silou se tělesa přitahovat mohou/nemohou.., odpuzovat mohou/nemohou…. Gravitační silou působí … (kdo) na …. (koho) Tíhová síla je odvozena z … síly odečtením vlivu …. (děj) Země.
      Zvětším-li vzdálenost těles, gravitační síla bude …

Ty teď pociťuješ působení gravitační nebo tíhové síly?
Kdyby se Země přestala otáčet - jaký vztah by byl mezi tíhovou a gravitační silou?

Znázornění síly obr

Náčrtkem znázorníme 3 údaje:
- působiště síly (= bod, ve kterém působí)
- směr působení (= směr šipky)
- velikost síly (~ délka šipky)

Na stojící předmět působí 2 síly:
- Fpodložka (stůl drží těleso)
- Fg (přitažlivost Země)
Znázorni síly:

1. F₃ = 300 N;  působí v bodě M;  směr: doprava
2. F₄ = 37 N; působí v bodě K;  směr: vpravo vzhůru řeš
3. Načrtni všechny síly, které působí na balón a) položený na stole, b) o který se tahají 2 stejně silní žáci.

Zjisti velikost sil:

Zakresli síly, které na tebe právě působí.

Působí na satelit F_g?

Skládání sil

Síly působící stejným směrem:

PŘ: 2 kamarádi vezou vozík - působí silami F₁ = 200 N a F₂ = 300 N.
Urči výslednici.

   1 cm ~ 100 N

Řešení:

Výpočet: F = F₁ + F₂ = 200 + 300 = 500 N

F je výslednice sil F₁ a F₂.
Výslednice F nahradí síly F₁ a F₂.
Působiště té výslednice = působiště prvotních sil.

Síly působící opačným směrem:

PŘ: Bratři se přetahují - působí silami F₁ = 300 N a F₂ = 200 N.
Urči výslednici.
  1 cm ~ 100 N

Řešení:

Výpočet: F =(větší) – (menší) = F₁ – F₂ = 300 - 200 = 100 N

Směr výslednice = směr větší síly.

Více sil současně působících na těleso lze nahradit jedinou silou - výslednicí sil.
Výslednice má stejný účinek, jako nahrazené síly.
Skládání sil = určení výslednice.

Výslednice = 0 pro síly: židle-já, přetahování stejně silných týmů, auto-tažený valník (stálá rychlost)…

Úkol: Slož síly F₃ = 20 N (<––), F₄ = 60 N (––>) graficky.
Úkol: Jak dopadne přetahování týmu 4 chlapců (každý působí silou 30 N) proti týmu 6 dívek (každá působí silou 20 N)?
* Slož síly působící na sedátko židle - načrtni síly působící na horní část stojanu1, stojanu2, židle.

Působí na kosmonauty gravitační síla? Co způsobuje, že jsou ve stavu beztíže?

Je-li nulová výslednice sil, působících na těleso, těleso se buď:

- nebude pohybovat (já na židli, přetahování stejnou silou…)
- bude pohybovat stejnou rychlostí (traktor táhne vůz, jeřáb zvedá náklad…)

Úkol: Lokomotiva (silou 7 kN) táhne 5 vagónů (každý "brzdí" síly odporu 1000 N). a) Urči výslednici výpočtem, náčrtkem.
b) Zpomaluje, zrychluje, nebo má stálou rychlost? řeš

Úkol: Znázorni (+ slož) síly působící na náklaďák hmotnosti 15 t. řeš

Úkol: Raketu (hmotnosti 200 kg) žene vzhůru motor silou F = 5000 N. Znázorni, urči výslednici. řeš

Úkol: Řepa drží v zemi silou 1100 N. Táhnou ji silami [N]: děda 500, babička 300, vnučka 200, pes 50, kočka 30. Jak velkou silou musí působit myš (aby řepu udrželi, aby řepu vytáhli)?

Různoběžné síly:

PŘ: Psi táhnou sáně:

1 cm ~ 100 N
F = 600 N (naměřili jsme 6 cm)

Síly doplníme na rovnoběžník.
Výslednice = úhlopříčka, vychází z působiště sil.

Úkol: Člověk drží kořist, kterou opačným směrem tahá 7 psů (každý silou 200 N. Jakou silou drží člověk? (náčrtek, výpočet)

1. Slož síly: - působiště v bodě B - F1=50 N, F2= 40 N - úhel 90°	2. Slož síly: - působiště v bodě C - F1=30 N, F2= 40 N - úhel 60°	3. Slož síly: - působiště v bodě D - F1=500 N, F2= 300 N - úhel 120°	4. Slož síly: - působiště v bodě E - F1=3 N, F2= 5 N - úhel 60°

Rovnováha sil: opačné, stejně velké síly, působí na jedno těleso (na mě: Země, podlaha…).
Výslednice = 0 (síly se vzájemně "vyruší").

Úkol: Polárníka brzdí odpor sněhu silou 200 N, vítr tlačí zboku silou 100 N. Jak velkou silou se rozjede? (zakresli, urči výslednici) řeš

Úkol: Narýsuj síly, když rovnoměrným pohybem: vítr silou 5000 N žene plachetnici, stoupavý proud silou 600 N vynáší vzhůru balón.
Úkol: Na balónek působí vztlaková síla 0,6 N a tíhová síla 0,2 N. Narýsuj, urči výslednici.
Úkol: Slož síly F₁ = 3000 N (dolů) a F₂ = 5000 N (60° od ní).

Skládání 3 sil obrázky

Úkol: Slož 3 síly F₁ = 400 N →, F₂ = 300 N ↑, F₃ = 200 N (vlevo nahoru 45°).

Pomocný obrázek - rýsování perem.

Úkol: Slož 3 síly F₁ = 5 N →, F₂ = 4 N ↑, F₃ = 2 N ←.řeš

Úkol: Slož 3 síly - 400 N, úhly mezi nimi 120° (síly míří do 3 stran).

Zakresli všechny síly působící na a)startující raketu, b) jedoucí loď (stejnou rychlostí), c) brzdící auto.

Těžiště obrázky

Těžiště tělesa = působiště tíhové síly (bod).
Těžiště zastupuje celé těleso v experimentech.
Těžiště může ležet i mimo těleso.
Těžnice = svislá čára (jde bodem závěsu i těžištěm).
Určení těžiště:
- průsečík těžnic: 2× zavěs těleso - svislé čáry od bodu závěsu se protnou v těžišti
- pro tyč, koště…: položím na ruce, které pomalu přiblížím k sobě

DÚ: Najdi těžiště své ho těla (např. polož se přes polštář na židli).

Úkol: Zakresli všechny síly působící na a) vozík tažený za autem, b) padající kámen, c) lyžaře provozujícího po rovině kiting (s padákem).
Úkol: Najdi těžiště své židle.

Změna polohy těžiště

Těžiště je blíž těžší části tělesa (kladivo, náklaďák).

Zavěšené těleso se snaží mít těžiště pod bodem závěsu!
Postavené těleso musí být podepřeno pod těžištěm.

Animace: rozhoupání

Přesáhne-li těžiště okraj podstavy (náklonem), těleso se převrhne.
Těžiště nákladu umístíme co nejníže.
Těžiště lodi je vždy pod vodou.
 

Rovnovážná poloha tělesa

Stálá:	Volná:	Vratká:
- drží v této poloze - vrací se do ní	- drží i při libovolném otočení	- těleso vychýlením převrhnu
kabát, houpačka …	vrtule, tyčová houpačka, závora …	stojící člověk, ručička hodin na 12, …

Ukázky: šikmá plechovka

Úkol: zajisti, aby tužka stála na špičce - v rovnovážné poloze stálé. (použij i jiné těleso, drát …)
Načrtni, jak zajistit stabilní polohu vejce na špičce (vyfouknuté, kulatější špička).
Načrtni všechny síly působící na lokomotivu, letící letadlo.

Jak nejstabilněji uložit na vozík k převozu stůl, vysokou ledničku?
Načrtni vázu (napůl plnou) na nakloněné desce těsně před převrhnutím. Vyznač těžiště.
Na kterou stranu spadne namazaný chleba? Proč? řeš
Jak se chová těleso ve 3 variantách polohy těžiště?
Zdůvodni situace na obrázku —> řeš

Laboratorní práce - urči těžiště republiky

Najdi těžiště České Republiky pomocí vystřižené mapky.
Na konci 50 cm dlouhé niti uvaž očko, na druhý přivaž tužku.
Na špendlík (hrot kružítka…) zavěs nit a mapku (propíchni kdekoliv blízko okraje), podle niti nakresli na mapku svislou čáru.
Mapku alespoň 3× zavěs - těžiště = průsečík svislých čar.

(mapka: bílá, řeky, sídla, pr.list, mapa okresů) (wiki, mapy.cz, těž.,)

Načrtni člověka s těžkým batohem + společné těžiště.
3 varianty polohy těžiště vůči závěsu - chování+2 příklady.
Načrtni krajní polohu, kdy se ještě nakloněním nepřevrhne: váza, traktor, PET láhev.
Načrtni těžiště autobusu, kamionu, plující kachny, pontonu (plováku).

Tření (smykové)

je síla působící proti směru pohybu. (stejně velkou silou táhnu těleso)
Je způsobeno:
- nerovnostmi povrchu tělesa (drsné povrchy)
- přitažlivostí molekul obou těles (hladké povrchy-fólie, ochr. sklo mobilu, pozlacení)

Tření nám POMÁHÁ:
- běžný život: můžeme chodit, jezdit, brzdit, rukou udržet předmět, třením rozdělat oheň, zavázat tkaničky, nejezdí nábytek, vlákna drží pohromadě látku i papír, škrtání zápalek, smyčec "drhne" o strunu…
- práce: lze gumovat, psát, řezat, brousit, hřebíky drží ve dřevě, utažená matice na šroubu, zahřátí meteoritu…

Třecí síla nám VADÍ:
- běžný život: brzdí pohyb (nutné pohánět vozidla), obtížný posun nábytku, působí odřeniny, …
- práce:  opotřebuje nářadí, pneumatiky,…

Třením se povrch ZAHŘÍVÁ: zápalky, opracovaný předmět, pila, spálení o šplhadlo, zahřátí brzd … ukázka: phet

Zmenšené tření nám VADÍ: náledí, mokrá chodba, olej na silnici …

Kde nám tření vadí - co by se bez tření podstatně zjednodušilo?
Co by se bez tření zkomplikovalo? (Vysvětli: šroub, hřebík, chůze, látka, papír, jízda autem, nábytek, psaní…)
Co je příčinou tření? (2 principy)
Zmenšené tření - kde vadí?

Hypotézu (=domněnku) ověřujeme experimentem (=pokusem).

Třecí síla závisí na:

- hrubosti povrchu třecích ploch (drsný - tření, hladký - tření)
- tlakové síle (tiskne těleso k podložce) (velká F - tření) - díky hmotnosti méně klouže autobus, vlak, formule přitlačená křídly (spoilerem)
- velikosti styčné plochy
- rychlosti pohybu

Měkký povrch pneumatiky se "vmáčkne" mezi nerovnosti silnice.

Kvůli tření nelze sestrojit perpetuum mobile…
Video spoiler formule: přítlačné křídlo - tech.divy (od 15:57-19:30)

Na čem třecí síla závisí - nezávisí?
Vysvětli význam slova hypotéza, experiment.
Kde může tření způsobit vysokou teplotu tělesa?
Popiš, co vše by tě teď postihlo, kdyby náhle přestalo fungovat tření.

Jak upravit tření

tření:
- "uhladíme" nerovnosti povrchu: mazivo (olej, vazelína) - mažeme panty dveří, mokrá podlaha klouže, rolba uhladí led…
- nahradíme valivým třením (má menší odpor): použití posun kvádru po válcových tyčích, kolech, ložiska (kuličkové, válečkové) k uchycení otáčivých částí (kola, volant, hřídel motoru …), bicykl (šlapky, kola, otáčení řídítek…), hřídel spotřebiče (mixér, vysavač, vrtačka…), kola kolečkových bruslí, skateboard, yoyo, spinner …
tření:
- zdrsnění kluzké plochy: pneumatika (guma)-asfalt, sněhové řetězy, posyp náledí, vzorek na pneumatice, podrážce, drážky na hřebíku…
- zvětšení přítlačné síly: tahač veze betonovou zátěž, přítlačná křídla formule, těžká skříň se neposune…

POZN: Aquaplaning — rychle jedoucí pneumatika klouže po louži (nestihne se protlačit vodou až na dno - proto se vzorek rozbíhá ke stranám pneumatiky). Díky tomuto jevu jedeme po vodní klouzačce (tobogánu). dotyk pneumatiky
Curling - leštění
Teflon: - Tech.divy světa09-most v obl.(15:02, 18:09)
Tření - Rande s fyzikou

Jaký materiál (dřevo, guma, cihla, železo) bude na betonu nejvíce a) klouzat, b) držet?
Proč se v zimě sypou silnice štěrkem?
Jak zvětšíš tření terénního vozidla?
Proč jsou kola formule z velmi měkké gumy?
Co bude více klouzat na kolejích, kamenné cestě: ocelová kola, pneumatiky?
Na řádky ZVĚTŠÍ  a ZMENŠÍ rozděl faktory ovlivňující velikost tření: posyp, závaží tahače, mazivo, vzorek pneu, křidélka formule, ložisko, řetězy.

Odpor prostředí obrázky- sily.odg <-nainstaluj si Libre Office

je tření o částice prostředí (vzduchu, vody…) - brzdí pohyb (motorový člun "zabrzdí" o vodu…) .
Snaha o odpor: aerodynamika dopravních prostředků (kapkový tvar auta), spoiler kamionu, hladký povrch: sportovci (trikot, holení chlupů),  …
Snaha o odpor: padák, plachta lodi, přistávací klapky letadla, motorkář se napřímí - brzdí o vzduch …

POZN: u vozidel udáváme koeficient odporu c_x - čím menší, tím menší odpor vzduchu.

POZN: "Vzduchový pytel" za jedoucím kamionem či závodníkem ("rozráží" vzduch).

video: větrný tunel: kamion(0:50), auta, přistání stíhačky, padák

Ukázka: pád 2 kornoutů za sebou - "doženou" se.

Uveď alespoň 2 způsoby, jak odpor prostředí.
Uveď alespoň 2 způsoby, jak odpor prostředí.
Uveď alespoň 2 způsoby, jak tření (mezi 2 plochami).
Načrtni 4 tvary podle jejich odporu v prostředí. Každému uveď 2 jejich použití.
Načrtni náklaďák bez spoileru + tok vzduchu.
Na řádky ZVĚTŠÍ  a ZMENŠÍ rozděl faktory ovlivňující odpor prostředí: aerodynamický tvar, padák, spoiler, přistáv. klapky, hladký dres, plachta, napřímení motorkáře.
*Načrtni kamion a auto za ním, šipkami naznač proudění vzduchu. Barevně ohranič "vzduchový pytel".

Newtonovy zákony

Poznatky o běžném chování těles shrnul Isaac Newton do 3 zákonů:

Zákon setrvačnosti:

Těleso setrvává v klidu nebo pohybu (přímočarém rovnoměrném, otáčivém), dokud jej síla (jiné těleso) nepřinutí tento stav změnit.
Těleso chce zůstat ve stavu:
- rovnoměrném pohybu: kladivo (zatluče hřebík, nasazení), sekyra, klepáč koberce, molekuly (čištění ultrazvukem), raketa (letí vesmírem bez pohonu), střela, puk, bourací kyvadlo, auto (brzdná dráha), člověk letí při nárazu auta (úraz) …
- přímém pohybu: odstředivé ždímání, přetížení v letadle (2G, 5G)…
- otáčivém pohybu: setrvačník (motoru, autíčka), kolotoč, Země
- klidu: váza ("vytržení" ubrusu _ _), já (rozjezd auta), druhé kladivo (zatloukání hřebíku do plotu)
Zmírnění účinků setrvačnosti: airbag, nafukovací dopadový vak pro kaskadéry…

Setrvačnost (malá) nevadí: hmyz, vata …
Pozor - velká setrvačnost: vlak, tanker …
Ukázka: závaží na niti + nit pod ním - přetrhne se horní, dolní?

Ukázky: motorka+ubrus, brzdná dráha, voda v kbelíku "vzhůru nohama" (při otáčení), nožem "ostřel" dolní ve sloupku mincí, Foucaltovo kyvadlo.

Proč se lze vody zbavit otřepáním (ruce, zvíře kožich)?
Proč se špatně zatlouká hřebík do svislého prkna, seká dřevo na trávníku?

Proč při rozjíždění trolejbusu padá cestující dozadu? (kdo setrvává, kdo mění svůj pohyb?)
Míčkem na podlaze vagónu se rozběhl dozadu. Co se děje s vlakem? (kdo setrvává, kdo mění svůj pohyb?)
Při jakém ději může motocyklista ztratit spolujezdce? (2 možnosti, ke každé kdo setrvává, kdo měn svůj pohyb?)
Proč se struna sekačky musí točit velmi rychle, aby sekala?
Proč při přejezdu vrcholu kopce auto "vyskočí" jen při rychlé jízdě?

Zákon síly:

Působící silou měníme pohyb tělesa.
Těleso pohybující se směrem ––> síla:
––> urychlí, uvede do pohybu
<–– zpomalí, zastaví
zboku vychýlí z dráhy (zakřiví ji)
Změnu pohybu působí: raketový motor (i brzdí, zatáčí), brzdy vozidla, retardér, …
Změnu směru působí: kormidlo (loď, letadlo), závěs kolotočové sedačky, hokejka (přihrávka), podlaha (odraz míče)…

Síla mě zatlačila dozadu do sedadla. Co se děje s autem?
Pilota zatlačila obrovská síla dolů do sedačky. Co se děje s letadlem?

Zákon akce a reakce (vzájemného působení):

Působí-li silou jedno těleso na druhé, stejně velkou (ale opačnou) silou působí i druhé na první.
Já působím na židli - židle působí stejně velkou silou na mě.
Příklady: traktor - valník, hák - břemeno, pneumatika - silnice…
Snaha omezit reakci: těžký kanón - zpětný ráz (lehčí náboj)…
Vzájemný pohyb: puška-náboj, vystupování z nepřivázané loďky, reaktivní pohon (letadlo, sépie, raketa, balónek), rotace vrtulníku vůči vrtuli…

Ukázky: rotace plechovky s vodou-šikmo mířící otvory, sirková raketa, letící balónek, další rakety

Odstrčím loďku, jedoucí vedle mě. Co se stane (s mojí, vedlejší lodí)?
Nepřivázaná loďka - skočím z ní na břeh. Co se stane?
2 akrobaté visí na 2 lanech vedle sebe. Jeden strčí do druhého akrobata. Co se s akrobaty bude dít?
Motor působí na raketu silou 2000 N. Co lze říci o silovém působení rakety?

Zjednodušené shrnutí:

Z děje vyber 3 takové fáze, aby každou popisoval jiný zákon:
Hokejista - puk (vystřelí, přijme…).
Motocyklista - spolujezdec (drží se, zůstane na místě…).
Puška vystřelí náboj (vypuzení náboje, zpětný ráz…).
Pohyb sépie.

Platí-neplatí? a) Země mne přitahuje silou 600 N. Já přitahuji Zemi také silou 600 N.
        b) Při nárazu auta se skála nepohnula, protože na auto nepůsobila silou.
        c) Přetížení v zatáčce (v letadle, autě) působí setrvační síla.

Co se děje s autem, kde volně položený míček náhle letí dopředu?
Na loďce se přitahuji lanem ke druhé loďce. Co lze říci o pohybu loděk?

Pro odpor prostředí ke každému profilu uveď 2 využití.
Na kterých vlastnostech závisí tření (2 povrchy) + změnou jaké vlastnosti a tření (po 2 příkladech).

*Proč při rozjíždění trolejbusu padá cestující dozadu?
*Proč při přejezdu vrcholu kopce auto "vyskočí" jen při rychlé jízdě?
*Proč se struna sekačky musí točit velmi rychle, aby sekala?
*Síla mě zatlačila dozadu do sedadla. Co se děje s autem?
*Nepřivázaná loďka - skočím z ní na břeh. Co se stane?
*Sépie - stříkne vodu za sebe - proč?

Páka obrázky

je těleso (např. tyč) otočné kolem osy.

Druhy pák:

Každá síla chce otočit páku opačným směrem.
Rovnováha = páka drží (silami) - neotáčí se.

Velikost otáčivého účinku udává moment síly.

Páka je v rovnováze, mají-li síly F₁, F₂ stejné silové účinky (navzájem opačné, každá na svém rameni).

Větší účinek jedné síly by jinak přiměl páku k otáčení.

Pro rovnováhu na páce platí:

(síla F₁ působí na rameni a₁)

Animace Vaščák.
Páka - výklad: video.

Kviz LW páka úvod

Užití páky

2 ramena (dvojzvratná): páčidlo, kleště, pákové nůžky, nůžky, řadící páka, rumpál, stanový kolík, …

1 rameno (jednozvratná, osa na konci): stavební kolečko, otvírák, louskáček, montážní klíč, páka heveru, pedál auta, klika dveří, mlýnku

Na obrázku jsou SÍLY působící NA PÁKU:

Pomocí páky malou silou (na delším rameni) vyvolám velkou sílu (na kratším rameni).
Malou silou posunu o velký kus, při tom velká síla posune o malý kousek.

Žentour = "kolotoč" se zapřaženým zvířetem, otáčením pohání nějaký stroj.
Mozaik 3D: svaly

Kviz: LW Páka praxe

Výpočty s pákou

applet ~hra (20 2 15 10) (3 50 25 7,5)

Pomůcka pro řešení rovnic

PŘ-kámen: Na 2 m dlouhém rameni páčidla působím silou 300 N. Jak velkou silou zvedá kámen druhá strana (0,1 m dlouhá)?
Obě ramena MUSÍ být ve stejných jednotkách (např. a₁ = 200 cm, a₂ = 10 cm).

F₁ = 300 N; a₁ = 2 m; F₂ = ? N; a₂ = 0,1 m
F₁ . a₁ = F₂ . a₂
300 . 2  = F₂ . 0,1
600/ 0,1 = F₂
6000 N = F₂
Kámen působí na páku silou 6000 N.

Díky páce mohu působit menší silou (ale po delší dráze).
Práci si neušetříme, konáme ji ale výhodnější formou.

PŘ-houpačka: Pavel (45 kg) sedí na houpačce 2 m od osy. Jak daleko musí sedět Eva (40 kg), aby byli vyváženi?

výpočet síly F_g = m.g    proto F_Pavel = 45.10 = 450 N,    F_Eva = 40.10 = 400 N

F_p = 45.10 = 450 N; a_p = 2 m; F_e = 40.10 = 400 N; a_e = ?  m
F_p.a_p = F_e.a_e
450.2 = 400.a_e
900:400 = a_e
2,25 m = a_e
Eva musí sedět 2,25 m od osy. 

PŘ-kolečko:Stavební kolečko má držadla 1,8 m od osy kola. Jak velkou silou povezu 36 kg písku? (jeho těžiště je 0,5 m od osy kola)
a₁ = 1,8 m; a₂ = 0,5 m; F₂ = 36.10 = 360 N; F₁ = ?  N
F₁ . a₁ = F₂ . a₂
F₁.1,8 = 360.0,5
F₁ = 180:1,8
F₁ = 100 N
Drždla kolečka zvedám silou 100 N.

PŘ-otvírák:Jak velkou silou sundá otvírák víčko láhve, otevírám-li já silou 10 N ve vzdálenosti 12 cm od osy? (víčko je 1,2 cm od osy)

PŘ-kleště: Jak velkou silou přeštípnou kleště (štípačky) drát, když na držadle 20 cm působím silou 100 N? (čelist kleští - 4 cm)

PŘ-plechovka: Jak velkou silou páčím šroubovákem víčko plechovky (držím 15 cm od osy), když na víčko působí šroubovák silou 180 N (0,5 cm od osy)?
a₁ = 0,5 cm; a₂ = 15 cm; F₁ =  180 N; F₂ = ? N
F₁ . a₁ = F₂ . a₂
180.0,5 = F₂.15
90:15 = F₂
6 N  = F₂
Šroubovákem páčím silou 6 N.

*PŘ závora: Závora hmotnosti 20 kg měří 6 m, závaží (za osou) ve vzdálenosti 0,6 m váží 55 kg. Jakou silou musím pomoci zvednout závoru? Na jaké straně?

POZN: Točivý (kroutící) moment motoru = síla, kterou by motor působil na konci 1 m dlouhé kliky (točivý moment a otáčky, porovnání momentů).

Ukázky: pákový prak

Kviz: LW Páka výpočty

Vybádej, jak velkou silou držím konec provazu na druhém konci kladky?

Vybádej, jak velkou silou držím konec provazu na druhém konci kladky?

Kladka obrázky

Je volně otočné kolo s provazem.
Na oba konce provazu působí stejně velké síly.

          
Kladkostroj = soustava 2 a více kladek.
Výhody kladky:
- mohu působit stejnou silou, ale vhodnějším směrem (dolů): stavební kladka…
- mohu působit menší silou, ale po delší dráze: těleso táhne za "více lan" - jeřáb, výtah, napnutí drátů na železnici…

Lano je napínáno po celé délce stejnou silou.
Práce vykonaná pomocí kladky je stejná, jako práce bez kladky.

Využití kladky: výtah, jeřáb, lanovka, vlek, odtahovka, napnutí drátů (lanovky, troleje), závěs nohy (v nemocnici)…

Další kladky: posilovací stroj, držák kol, plachetnice

Kviz: LW  kladka

Laboratorní práce - kladka

Tlak tlak.odg

Ve sněhu: proč se lyžař nezaboří tak, jako chodec?
Porovnej tlaky: (největší, nejmenší, stejné)
 

Tlaková síla = síla, která vyvolá tlak (působí kolmo na plochu).
Velikost tlaku závisí na:
- tlakové síle síla - tlak
- velikosti plochy plocha - tlak

Blaise Pascal - francouzský fyzik, matematik, konstruktér mechanické kalkulačky s ozubenými koly.
tlak 1 Pa = 1 N/m² (síla 1 N působí na 1 m²) - velmi malý tlak
1 kPa = 1000 Pa

Kviz: LW tlak představa

Hřebík, ořez. tužka (vodorovně) mezi prsty - proč při stisku bolí jen ostrá strana?
Proč více bolí šlápnutí tenkým podpatkem, než celou nohou?

Představa tlaku: 10 000 Pa = 10 000 N/ 1 m² = 100 N/ 1 dm² = 1 N/ 1 cm²
Také 1 kg/ 1 cm² ~ 10 N/ 1 cm² = 1000 N/ 1 dm² = 100 000 N/ 1 m².

Atmosféra Země působí na naše tělo silou ~1 kg/1 cm². Jak velký je to tlak?0 N/1cm² = 100 000 N/1m² = 100 000 Pa)

Výpočet tlaku:

p = tlak (~účinek), který vyvolá síla F když působí na plochu S.

F je tlaková síla.

PŘ: Jakým tlakem působí na silnici pneumatiky vozu těžkého 1,2 t?
(jedna pneumatika se dotýká plochou 2 dm²)
S = 8 dm² = 0,08 m²; m = 1,2 t = 1200 kg; p = ? Pa

Pneumatiky vozu působí na vozovku tlakem 150 kPa

PŘ: jakým tlakem působí na zem 3 kg těžká dlaždice? (viz obr - podstava 20×10 cm)
S = 10×20 = 200 cm²; m = 3 kg; p = ? Pa

Dlaždice působí tlakem 1,5 kPa.

PŘ: Jakým tlakem působí slon (těžký 5 t, plocha 1 chodidla 12 dm² příkl)
S = 4×12 dm² =48 dm²; m = 5 t = 5000 kg; p = ? Pa

p = F/S p = 50 000/0,48 p 104 000 Pa = 104 kPa

Fg = m.g Fg = 5000.10 Fg = 50 000 N S = 48 dm2 = 0,48 m2

Slon působí nohou tlak 104 kPa.

PŘ: Jakým tlakem působí jehlový podpatek 60 kg slečny? Plocha podpatku 1,5 cm², nese asi polovinu hmotnosti. (druhou polovinu nese špička nohy)
S = 2×1,5 cm² =3 cm²; m = 60 kg; p = ? Pa

Slečna působí jehlovým podpatkem tlak 3 MPa.

Kviz: tlak-úvod,    LW  tlak výpočet

Jakým tlakem působí na zem podstavec sloupu (3 kvádry 0,6×0,6 m) těžkého 2,16 t?

Jakým tlakem mohu nahustit pneumatiku, má-li pumpička plochu pístu 5cm² a já působím silou 200 N?

Snížení tlaku:
- větší plochou: pásy (buldozer, rolba), široké pneumatiky (traktor), lyže, sněžnice, plovací blány ptáků, lehni _na praskajícím ledě, náprstek na šití, více kol tahače…
- menší silou: lehké terénní vozidlo
Zvětšení tlaku:
- menší plochou: ostří nože, jehly, injekční jehly, drápy, zuby (žralok), tretry, vzorek terénních pneumatik…
- větší silou: lis na moštování, lis na plech…

Ukázky: Rande s fyzikou y

Aby kola vozidla (traktoru…) na měkkém poli projela, musí … (2 požadavky).

Jaké vlastnosti musí mít vozidlo, které má projet měkkým terénem? Jak musí vypadat kola?

Led na rybníce vydrží např. tlak 5 kPa. Jak těžkého člověka unese, má-li 1 bota plochu 0,015 m²? (chůze->váha na 1 noze)

Kviz: LW tlak-výpoč-jednoduchý

Ukázky: odstředivá síla - sklenka při přemetu, rozstřikovadlo.
Táhlo pohonu lokomotivy, hod na kolotoči - pohled