1. Znázornění sil na těleso
Dynamika - řešený příklad
💡 Praktická aplikace: Praktická aplikace fyziky v reálném světě.
Zadání úlohy
Nakreslete obrázky, kde znázorníte všechny síly působící na těleso v následujících případech. Vyznačte také výslednici sil:
a) Volejbalový míč padá k zemi.
b) Na stole stojí krabice mléka.
c) Na stole stojí krabice mléka a na ní je položen jogurt.
d) Na provázku visí koule a na kouli je zavěšena ještě jedna koule.
e) Zabržděné auto stojí na silnici ve svahu.
f) Auto brzdí před přechodem.
g) Lyžař klouže ze svahu prakticky bez tření a zrychluje.
h) Lyžař klouže po svahu s třením a jede rovnoměrně.
a) Volejbalový míč padá k zemi.
b) Na stole stojí krabice mléka.
c) Na stole stojí krabice mléka a na ní je položen jogurt.
d) Na provázku visí koule a na kouli je zavěšena ještě jedna koule.
e) Zabržděné auto stojí na silnici ve svahu.
f) Auto brzdí před přechodem.
g) Lyžař klouže ze svahu prakticky bez tření a zrychluje.
h) Lyžař klouže po svahu s třením a jede rovnoměrně.
Postup řešení
V dynamice je klíčové umět správně identifikovat všechny síly působící na těleso a pochopit, jak ovlivňují jeho pohyb. Vždy se zaměřujeme na dané těleso a na to, co na něj působí.
Identifikace sil:
- Gravitační síla ($F_g$) - směr: dolů, velikost: $m \cdot g$
- Odpor vzduchu ($F_{ov}$) - směr: nahoru, proti pohybu
📐 Výslednice sil
$F_v = F_g - F_{ov}$
Výslednice směřuje dolů (míč zrychluje dokud $F_{ov}$ nevyrovná $F_g$).
Identifikace sil:
- Gravitační síla ($F_g$) - směr: dolů
- Normálová síla ($F_n$) - směr: nahoru, kolmo k povrchu
📐 Rovnováha sil
$F_v = 0$ (krabice v klidu)
$F_n = F_g$
Síly působící na krabici:
- Gravitační síla krabice ($F_{g,k}$) - směr: dolů
- Tlaková síla od jogurtu ($F_{tlak,j}$) - směr: dolů
- Normálová síla od stolu ($F_n$) - směr: nahoru
📐 Rovnováha sil
$F_n = F_{g,k} + F_{tlak,j}$
Síly na horní kouli:
- Gravitační síla horní koule ($F_{g,h}$) - směr: dolů
- Tahová síla od spodní koule ($F_{t,d}$) - směr: dolů
- Tahová síla provázku ($F_{t,p}$) - směr: nahoru
📐 Rovnováha sil
$F_{t,p} = F_{g,h} + F_{t,d}$
Identifikace sil:
- Gravitační síla ($F_g$) - rozložit na $F_{g,\perp}$ (kolmá na svah) a $F_{g,\parallel}$ (rovnoběžná se svahem)
- Normálová síla ($F_n$) - kolmá na svah, vyrovnává $F_{g,\perp}$
- Statická třecí síla ($F_t$) - rovnoběžná se svahem nahoru
📐 Rozklad a rovnováha sil
$F_n = F_{g,\perp} = F_g \cdot \cos(\alpha)$
$F_t = F_{g,\parallel} = F_g \cdot \sin(\alpha)$
Identifikace sil:
- Gravitační síla ($F_g$) - dolů
- Normálová síla ($F_n$) - nahoru ($F_n = F_g$)
- Kinetická třecí síla ($F_t$) - proti směru pohybu
📐 Výslednice způsobující brzdění
$F_v = F_t$ (směr proti pohybu)
Identifikace sil:
- Gravitační síla ($F_g$) - rozložit na $F_{g,\perp}$ a $F_{g,\parallel}$
- Normálová síla ($F_n$) - vyrovnává $F_{g,\perp}$
- Tření zanedbatelné
📐 Výslednice sil
$F_v = F_{g,\parallel} = m \cdot g \cdot \sin(\alpha)$
Lyžař zrychluje dolů po svahu.
Identifikace sil:
- Gravitační síla ($F_g$) - rozložit na $F_{g,\perp}$ a $F_{g,\parallel}$
- Normálová síla ($F_n$) - vyrovnává $F_{g,\perp}$
- Kinetická třecí síla ($F_t$) - nahoru po svahu
📐 Rovnováha sil
$F_v = 0$
$F_{g,\parallel} = F_t$
Lyžař jede konstantní rychlostí.
Shrnutí a kontrola
Hlavní poznatky:
- Identifikovali jsme klíčové veličiny
- Aplikovali jsme správné fyzikální zákony
- Ověřili jsme jednotky a řády velikosti
Kontrola rozumnosti: Vždy zkontrolujte, zda výsledek dává fyzikální smysl vzhledem k zadání.
🤔 Metakognitivní otázky
- Jak rozpoznám, které síly působí na těleso v různých situacích?
- Proč je důležité rozložit gravitační sílu na nakloněné rovině?
- Kdy je výslednice sil nulová a co to znamená pro pohyb tělesa?
- Jaký je rozdíl mezi statickým a kinetickým třením?