Newtonův zákon I

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "1.2.5 2. Newtonův zákon I"

Eliška Horáčková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 15 Newtonův zákon I Předpoklady: 104 Z inulé hodiny víe, že neexistuje příý vztah (typu příé nebo nepříé úěrnosti) ezi rychlostí a silou hledáe jinou veličinu popisující pohyb, která je navázána na sílu Zbývající pohybové veličiny: zrychlení (zěna rychlost za jednotku času), poloha Zrychlení jse objevili při zkouání poskakování nafukovacího íče vrátíe se k touto pohybu a prozkouáe, jak se běhe něj ění síly, které na íč působí Poskakující íč výška nad zeí [] 1,80 1,60 1,40 1,0 1,00 0,80 0,60 0,40 0,0 5, , , , , , , ,00-10, ,5 1 1,5,5 3 3,5 4 4,5 5 výška zrychlení čas [s] Př 1: Nakresli síly, které působí na padající íč běhe poskakování, když: a) padá dolů, b) stoupá vzhůru, c) odráží se Odpor vzduchu zanedbej (ve skutečnosti je vzhlede k ostatní silá a chybá ěření opravdu zanedbatelně alý) Do obrázků vyznač výslednou sílu rozbor sil: íč padá dolů v Na padající íč působí (při zanedbání odporu vzduchu) síly: - ravitační síla Zeě platí v = 1

něj ění síly, které na íč působí Poskakující íč výška nad zeí [] 1,80 1,60 1,40 1,0 1,00 0,80 0,60 0,40 0,0 5,0000000 0,0000000 15,0000000 10,0000000 5,0000000 0,0000000-5,0000000 0,00-10,0000000 0

2 íč stoupá vzhůru v Na stoupající íč působí (při zanedbání odporu vzduchu) síly: - ravitační síla Zeě platí v = íč se odráží p v Na odrážející se íč působí (při zanedbání odporu vzduchu) síly: - ravitační síla Zeě, p - odrazová síla podložky platí v = p Podle výsledné síly ůžee pohyb íče rozdělit na dvě části: let vzduche: v =, odraz: v = p Př : Porovnej závislosti polohy a zrychlení na čase s obrázky výsledné síly působící na íč Která z těchto veličin přío souvisí s výslednou silou? Poloha (výška) íče nad podlahou se běhe poskakování neustále ění a nesouvisí přío s výslednou silou Podle zrychlení ůžee rozdělit pohyb íče na dvě části: let vzduche (zrychlení se rovná přibližně 6/s ), odraz (zrychlení nabývá veli velkých kladných hodnot) Zrychlení se běhe poskakování ění podobný způsobe jako výsledná síla zřejě existuje příá závislost zrychlení předětu na výsledné působící síle Závisí zrychlení i na dalších veličinách (io sílu)? Zřejě závisí také na hotnosti Př 3: Představ si, že házíš kaeny (íče) různé hotnosti Na základě zkušeností zkus sestavit vzorec pro velikost zrychlení Těžší káen (těžší íč) je obtížnější hodit (tedy urychlit) větší hotnost znaená při stejné síle enší zrychlení Při hodu větší silou, dohodíe dál káen se pohyboval s větší zrychlení větší síla způsobuje větší zrychlení Vzorec: a = Newtonův zákon (zákon síly)

s obrázky výsledné síly působící na íč Která z těchto veličin přío souvisí s výslednou silou?

3 Velikost zrychlení tělesa je přío úěrná velikosti výsledné síly a nepřío úěrná hotnosti tělesa: a = Sěr tohoto zrychlení se shoduje se sěre působící síly: a = Newtonův zákon je často zapisován ve tvaru: = a Př 4: Vyjádři jednotku síly 1 N poocí základních jednotek SI Použijee Newtonův zákon (jde o vztah ezi silou, hotností a zrychlení, ve které pouze síla není vyjádřená poocí základních jednotek SI) = a k 1N = 1k 1 = 1 s s Př 5: Volně padající závaží á hotnost k Vypočti jeho zrychlení Odpor vzduchu zanedbej = k, a =? Newtonův zákon: a = = = = 10 N = 0 N 0 Dosazení: a = = /s = 10 /s (hodnota, kterou jse nohokrát použili v příkladech) Pokud zanedbáe odpor vzduchu, padá závaží se zrychlení 10 /s Př 6: Volně padající předět á hotnost Vypočti jeho zrychlení Odpor vzduchu zanedbej Podobné jako předchozí příklad, jen neznáe hotnost zkusíe stejný postup, ale obecně a = = = = = 10 /s Pokud zanedbáe odpor vzduchu bude závaží o libovolné hotnosti padat se zrychlení = 10/s Proto jse konstantě celou dobu říkali ravitační zrychlení Pedaoická poznáka: Studenti ají s příklade problé, protože v ně není udána hotnost padajícího závaží Je třeba je donutit k tou, aby v podobných situacích začali řešit obecně a snažili se ve vznikajících vzorcích neudané veličiny zbavit Dodatek: Výpočet v předchozí příkladu je z fyzikálního hlediska veli zajíavý Mohli bycho si ho napsat takto: a = = = = = 10/s Hotnost předětu s s s v ně hraje dvojí roli: - setrvačná hotnost, která udává odpor tělesa ke s 3

jednotek SI) = a k 1N = 1k 1 = 1 s s Př 5: Volně padající závaží á hotnost k Vypočti jeho zrychlení Odpor vzduchu zanedbej = k, a =?

4 zrychlování, - ravitační hotnost, která udává, jak silně těleso reauje na působení ravitace Rovnost obou hotností u všech těles není rozhodně saozřejá, přesto je zřejě skutečností a jako princip ekvivalence je základe obecné teorie relativity Př 7: Proč ve skutečnosti nepadají všechny předěty se stejný zrychlení? Ve skutečnosti je v noha případech odpor vzduchu tak velký, že jej není ožné zanedbat předěty padají s různý zrychlení (které se navíc v průběhu pádu ění) Záleží také na jejich povrchu a tvaru Výsledek předchozího příkladu je ožné snadno ověřit i experientálně poocí Newtonovy trubice (video Jde o skleněnou trubici, ze které je ožné vyčerpat vzduch Jakile je vzduch z trubice vyčerpán, padají v ní kulička i pírko stejně rychle (se stejný zrychlení) Př 8: (BONUS) V předchozí příkladu jse spočítali, že všechny předěty by při zanedbání odporu vzduchu ěly k zei padat se zrychlení a = = 10/s Najdi sílu, která je příčinou toho, že nafukovací íč padá běhe poskakování s enší zrychlení a 6 /s Hledaná síla usí působit sěre vzhůru (aby výsledná síla byla enší než ravitační a tí způsobila enší zrychlení) Míč je po celou dobu pádu ponořen ve vzduchu a á značný obje působí na něj vztlaková síla vzduchu (stejně jako na loď ve vodě, nebo balón) Protože íč je poěrně lehký, ůže tato síla podstatně ovlivnit velikost výslednice a tedy i zrychlení íče Pedaoická poznáka: Je saozřejě otázka, zda by nebylo lepší použít ísto poskakujícího íče jiný příklad, bližší ideální podínká Myslí, že ne Naopak, nutnost neustále zpřesňovat pochopení zkouaného, je veli fyzikální a veli reálná Příklad s íče by ěl u studentů podpořit zkušenost, že zkouání nejasností vede k lepšíu pochopení skutečnosti a potvrzení správných představ Mnoha studentů je tento přístup zcela cizí, o pochybnostech raději nepřeýšlejí, aby se neukázalo, že jejich představy nejsou správné Př 9: Dvě stejně velké koule o různých hotnostech začaly padat ve stejné okažiku ze stejné výšky nad povrche Měsíce Dopadnou stejně? Proč? Jak by pokus dopadl na Zei? Zrychlení tělesa na Měsíci: a (podle očekávání) a protože na Měsíci není atosféra a tedy ani odpor vzduchu, všechna tělesa by ěla ze stejné výšky padat naprosto stejně a tedy i dopadnout ve stejný okažik Výsledek stejného pokusu na Zei závisí na to, jestli pokus probíhá za norálních podínek nebo v prostoru s vyčerpaný vzduche Ve vzduchoprázdnu dopadnou obě koule stejně jako na Měsíci (pouze padají s větší zrychlení) = = M = zrychlení nezávisí na hotnosti předětu M 4

Ve skutečnosti je v noha případech odpor vzduchu tak velký, že jej není ožné zanedbat předěty padají s různý zrychlení (které se navíc v průběhu pádu ění) Záleží také na jejich povrchu a tvaru

5 Za přítonosti vzduchu začne na obě koule působit odpor vzduchu a pak bude těžší koule padat rychleji Působí na ní větší ravitační síla a proto není působení odporu tak znatelné jako u lehčí koule (při stejné odporu vzduchu bude výsledná síla způsobující zrychlování pádu větší) Př 10: Rozhodni, zda je pravda, že těžší tělesa padají na Zei kvůli odporu vzduchu s větší zrychlení (a tedy rychleji) Není to pravda Kroě hotnosti záleží i na tvaru a ploše předětu Ve většině případu platí, že těžší tělesa padají rychleji, ale není to tak vždy Stačí si vzít list papíru, alý kus z něj utrhnout a zuchlat Ačkoliv je zuchlaný kousek lehčí než zbytek nezuchlaného papíru, bude padat viditelně rychleji Pedaoická poznáka: Část studentů bude se zadání příkladu souhlasit Nechte je, aby vysvětlili svůj závěr ostatní, kteří by v jejich aruentaci ěli najít chyby Shrnutí: Kde síla, ta zrychlení 5

rychleji) Není to pravda Kroě hotnosti záleží i na tvaru a ploše předětu Ve většině případu platí, že těžší tělesa padají rychleji, ale není to tak vždy Stačí si vzít list papíru, alý kus z něj

Podobné dokumenty

Newtonův zákon I

14 Newtonův zákon I Předpoklady: 104 Začnee opakování z inulé hodiny Pedaoická poznáka: Nejdříve nechá studenty vypracovat oba následující příklady, pak si zkontrolujee první příklad a studenti dostanou