OTAČIVÉ ÚČINKY SÍLY (Jednoduché stroje - Páka) A) Výklad: Posuvné účinky: Ze studia posuvných účinků síly jsme zjistili: změny rychlosti nebo směru posuvného pohybu tělesa závisejí na tom, jak velká síla na těleso působí, a také na hmotnosti tělesa (viz. zákon síly) Působením síly se mění pohyb tělesa urychluje se, zpomaluje, začne se pohybovat, zastaví se, změní směr pohybu. Jestliže se těleso pohybuje určitou rychlostí rovnoměrně přímočaře, tak na něj buď nepůsobí žádná síla, nebo výslednice sil na těleso působící je nulová. (zákon setrvačnosti). Otáčivé účinky síly: Víme, že - mnoha praktických zařízení se též využívají otáčivé účinky síly např. silou svých svalů uvádíme do otáčivého pohybu kliku dveří, okno, držadlo nůžek, otvírač na láhve, své předloktí atd. Nyní uvažujme účinek síly na těleso otáčivé kolem pevné osy (viz. jednoduchý stroj - páka): 1
Páka: Páka je každá tyč otáčivá kolem vodorovné osy. Průsečík osy s pákou se nazývá střed otáčení a značí se O. Vzdálenost středu otáčení O od přímky, na které se znázorňuje působící síla, se nazývá rameno síly. Otáčivý účinek síly na páku nezávisí jen na velikosti a směru působící síly, ale rovněž na ramenu síly. Páky se užívá jako jednoduchého stroje z tohoto důvodu, že páka může působit na předmět velmi značnými silami, přitom vlastní silové působení na páku je mnohem menší. Tento poměr sil záleží na vhodně zvolených velikostech obou ramen sil. Podle toho, kde na páce leží obě ramena sil se páky dělí na jednozvratné a dvojzvratné páky. Kdy se páka nachází v rovnovážné poloze?: páka je v rovnovážné poloze, když platí: SÍLA PŮSOBÍCÍ VLEVO * RAMENO SÍLY = SÍLA PŮSOBÍCÍ VPRAVO * RAMENO SÍLY F 1 a 1 =F 2 a 2 MOMENT SÍLY: otáčivý účinek síly tedy závisí na součinu velikosti síly a jejího ramene TENTO SOUČIN NAZÝVÁME MOMENT SÍLY (značíme M) 2
M = F a jednotka momentu síly je newtonmetr (N.m) Podmínka rovnovážné polohy páky tedy zní: Páka je v rovnovážné poloze, jestliže se moment síly, která otáčí páku v jednom smyslu, rovná momentu síly, která otáčí páku v opačném smyslu. 3
Podmínka rovnovážné polohy páky 4
Dvojzvratná páka (shrnutí poznatků): síly, které působí na obou stranách od středu otáčení je možné využít např. Při zvedání těles taková páka se tedy nazývá dvojzvratná. Umístí-li se na kratší rameno síly těleso, bude působit na páku svisle dolů tahová síla tělesa a páka bude mít snahu otáčet se kolem osy otáčení. Aby k tomuto otáčivému účinku nedošlo, je třeba působit na druhé (delší) rameno silou, která bude tolikrát menší, kolikrát je toto rameno delší než druhé kratší rameno. Tím se páka dostane do rovnováhy a zůstane v klidu. - Vyrovnaly se momenty obou sil vzhledem k ose otáčení (viz. rovnovážná poloha páky). Je-li potřeba toto těleso zvednout (uvést páku do otáčivého pohybu), stačí, aby se změnil moment síly. Je možné změnit (prodloužit) delší rameno, nebo zvětšit působící sílu. Výhodnější je prodloužit rameno síly - neboť působí se stejnou silou, ale její účinek je větší. 5
Jednozvratná páka: Rovnovážná poloha páky může nastat i v případě, kdy obě síly působí na stejné straně páky od osy otáčení. V tomto případě jsou ramena obou sil na stejné straně od osy otáčení a taková páka se nazývá jednozvratná. Působí-li na delším rameni síly menší síla svisle vzhůru, musí na kratším rameni působit větší síla ovšem svisle dolů, aby byla páka v rovnováze (tj. momenty obou sil se musí rovnat). Tohoto rozdílného silového působení na různě dlouhá ramena sil lze využít např. k přepravě těžkých těles (např. kolečka) nebo k deformačnímu účinku sil (viz. louskáček na ořechy) B) Pokyny pro domácí samostudium a přípravu na ústní či písemné zkoušení: Dále si v učebnici fyziky pozorně přečti kapitoly 1.18 a 1.19 (strana 70 až 79) - vyřeš fyzikální úlohy a odpověz na otázky na str. 74 a 75, 80 a 81. 6