Mechanika hmotného bodu

Podobné dokumenty
FYZIKA 1. ROČNÍK. Tématický plán. Hodiny: Září 7 Říjen 8 Listopad 8 Prosinec 6 Leden 8 Únor 6 Březen 8 Duben 8 Květen 8 Červen 6.

4. Práce, výkon, energie

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

dynamika hmotného bodu, pohybová rovnice, d Alembertůvprincip, dva druhy úloh v dynamice, zákony o zachování / změně

Fyzika. Fyzikální veličina - je mírou fyzikální vlastnosti, kterou na základě měření vyjadřujeme ve zvolených jednotkách

Metoda konečných prvků Základní veličiny, rovnice a vztahy (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

FYZIKA I. Mechanická energie. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

1.4.3 Zrychlující vztažné soustavy II

Řešení úloh 1. kola 51. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D = s v 2

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Katedra fyziky, Studentská 2, Liberec

a polohovými vektory r k

Laboratorní práce č. 3: Kmitání mechanického oscilátoru

Řešení úloh 1. kola 48. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autořiúloh:J.Jírů(1,3,4,7),I.Čáp(5),I.Volf(2),J.JírůaP.Šedivý(6)

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

ÚSTŘEDNÍ KOMISE FYZIKÁLNÍ OLYMPIÁDY ČESKÉ REPUBLIKY

MECHANIKA 1. KINEMATIKA 1.1. POJMY 1.2. PŘÍMOČARÝ POHYB

4. cvičení z Matematické analýzy 2

3. V případě dvou na sebe kolmých posunutí o velikostech 3 cm a 4 cm obdržíme výsledné posunutí o velikosti a) 8 cm b) 7 cm c) 6 cm d) 5 cm *

Hlavní body. Keplerovy zákony Newtonův gravitační zákon. Konzervativní pole. Gravitační pole v blízkosti Země Planetární pohyby

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Mechanika kontinua - napětí

DYNAMIKA časový účinek síly Impuls síly. 2. dráhový účinek síly mechanická práce W (skalární veličina)

Newtonův gravitační zákon

Mechanický pohyb: = změna vzájemné polohy těles v prostoru a v čase.

Gravitační pole. a nepřímo úměrná čtverci vzdáleností r. r r

ANALÝZA PRŮCHODU PAPRSKOVÝCH SVAZKŮ KOUTOVÝM ODRAŽEČEM

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

přednáška TLAK - TAH. Prvky namáhané kombinací normálové síly a ohybového momentu

Příklady elektrostatických jevů - náboj

( LEVEL 3 Laplaceova transformace jako nástroj řešení lineárních diferenciálních rovnic. )

F5 JEDNODUCHÁ KONZERVATIVNÍ POLE

PŘÍTECH. Smykové tření

v 1 = at 1, (1) t 1 = v 1

Systém vztahů obecné pružnosti Zobecněný Hookeův zákon

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT

Prvky betonových konstrukcí BL01 9 přednáška

PRÁCE, VÝKON, ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 1. ročník - Mechanika

Newtonův gravitační zákon Gravitační a tíhové zrychlení při povrchu Země Pohyby těles Gravitační pole Slunce

Kinematika. Hmotný bod. Poloha bodu

2.1 Shrnutí základních poznatků

Téma: Analýza kmitavého pohybu harmonického oscilátoru

HMOTA. základní atributy hmoty pohyb, prostor, čas vždy a všude jsou spojeny s každou z forem hmoty

ELEKTRICKÝ NÁBOJ COULOMBŮV ZÁKON INTENZITA ELEKTRICKÉHO POLE

Kinematika tuhého tělesa

Práce, energie a další mechanické veličiny

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1 Šablona: Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Práce, výkon, energie

Zákon zachování hybnosti I

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

Pohyb tělesa, základní typy pohybů, pohyb posuvný a rotační. Obsah přednášky : typy pohybů tělesa posuvný pohyb rotační pohyb geometrie hmot

přírodovědných a technických oborů. Scientia in educatione, roč. 5 (2014), č. 1, s

Hmotný bod - model (modelové těleso), který je na dané rozlišovací úrovni přiřazen reálnému objektu (součástce, části stroje);

Práce, výkon, energie

2.5.8 Šetříme si svaly II (nakloněná rovina)

ZKRATOVÉ PROUDY VÝPOČET ÚČINKŮ ČÁST 2: PŘÍKLADY VÝPOČTŮ

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

3 Mechanická energie Kinetická energie Potenciální energie Zákon zachování mechanické energie... 9

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Výfučtení: Triky v řešení fyzikálních úkolů

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P02 DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

Gravitační a elektrické pole

7 - Ustálený stav kmitavý a nekmitavý, sledování a zadržení poruchy

Elektromagnetické jevy, elektrické jevy 4. Elektrický náboj, elektrické pole

Řešení testu 2b. Fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) NOFY ledna 2016

Posouzení stability svahu

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, fyzikální pomůcky

Propočty přechodu Venuše 8. června 2004

Připravil: Roman Pavlačka, Markéta Sekaninová Dynamika, Newtonovy zákony

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

F r. Umístěme do P jinou elektricky nabitou částici. Síla na ni působící Elektromagnetická interakce

Základní vlastnosti elektrostatického pole, probrané v minulých hodinách, popisují dvě diferenciální rovnice : konzervativnost el.

II. Kinematika hmotného bodu

Ing. Vítězslav Doleží, Ing. Dušan Galis

mechanická práce W Studentovo minimum GNB Mechanická práce a energie skalární veličina a) síla rovnoběžná s vektorem posunutí F s

Harmonický pohyb, výchylka, rychlost a zrychlení

3 Chyby měření. 3.1 Hrubé chyby

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Katedra fyziky, Studentská 2, Liberec

Technické informace. Statika. Co je důležité vědět před začátkem návrhu. Ztužující věnce. Dimenzování zdiva

2. Dynamika hmotného bodu

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ GB02 FYZIKA II MODUL M01 ELEKTŘINA A MAGNETISMUS

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT

Ze vztahu pro mechanickou práci vyjádřete fyzikální rozměr odvozené jednotky J (joule).

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Konstrukční a technologické koncentrátory napětí

SMR 1. Pavel Padevět

4. konference o matematice a fyzice na VŠT Brno, Fraktály ve fyzice. Oldřich Zmeškal

Vybrané kapitoly z fyziky. Zdeněk Chval

NUMERICKÉ STUDIUM STĚNOVÉ VRSTVY PLAZMATU VÁLCOVÉ KATODY

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

Vzorový protokol pro předmět Zpracování experimentu. Tento protokol by měl sloužit jako vzor pro tvorbu vašich vlastních protokolů.

Dynamika hmotného bodu

6 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Fyzika - Kvinta, 1. ročník

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

MAGNETICKÉ POLE ELEKTRICKÉHO PROUDU. r je vyjádřen vztahem

3.7. Magnetické pole elektrického proudu

Transkript:

Mechanika hmotného bodu Pohybové zákony klaické fyziky Volný hmotný bod = hmotný bod (HB), na kteý nepůobí žádné íly (je to abtaktní objekt). Ineciální vztažná (ouřadná) outava = vztažná (ouřadná) outava, ve kteé e každý volný HB pohybuje ovnoměně přímočaře, nebo je v klidu.. Newtonův pohybový zákon (pincip) Exituje ineciální vztažná (ouřadná) outava (= těleo etvává ve vhodně zvolené vztažné (ouřadné) outavě v klidu nebo pohybu přímočaém ovnoměném, pokud není vnějšími ilami nuceno tento vůj tav změnit (Newton)) Pozn.: Všechny.., kteé e vůči jedné ineciální.. pohybují přímočaře ovnoměně, nebo jou v klidu, jou ineciální. Všechny.., kteé nejou ineciální, jou neineciální. Příklady ineciálních ouřadných outav: a) Heliocentická Slunce = volný HB = počátek outavy. Oy jou namířeny ke tálicím. b) Geocentická Země = počátek outavy. Oy jou namířeny v pevných měech ke tálicím. Pozn.: není přeně ineciální, neboť má v heliocentické.. nenulové zychlení způobené gavitační ilou Slunce na Zemi. Pokud však můžeme při zkoumání dějů v ní zanedbat pávě gavitační ílu Slunce, má vlatnoti ineciální.. c) Laboatoní je pjatá povchem Země.

Pozn.: Není přeně ineciální. Po většinu dějů (kátkodobých) ji lze dotatečnou přenotí považovat za ineciální. Ověření, zda je vztažná outava (vagon) ineciální, nebo neineciální.. Newtonův pohybový zákon (pincip) Síla F - vektoová veličina chaakteizující půobení jednoho tělea (nebo ilového pole) na duhé těleo. Výledkem tohoto půobení je defomace nebo změna pohybového tavu tělea nebo obojí. Zavedení: HB o m = kg e pohybuje v inec... kontantní ychlotí v. Nechť na něj půobí íla (ealizovaná např. pužinou) tak, že mu udělí zychlení a = m/ -. Půobení této pužiny na HB je chaakteizováno ilou N. Její mě = mě íly (pužiny). Hmotnot m tělea chaakteizuje etvačnot tělea, tj. vlatnot tělea, že bez půobení otatních těle nemění voji ychlot vůči ineciální.. a také to, že dvě ůzně hmotná tělea nabývají tejným půobením jiného tělea ůzných zychlení. Definice: kde a a m = m = kg, a a

m je hmotnot jednotkového hmotného nomálu (je uložen v Seve u Paříže), Mezináodní hmotnotní tandad kg má tva válce, jehož výška i půmě jou 39 mm. a je velikot zychlení a, kteé zvolená pužina udělí v inec... jednomu kilogamu, a je velikot zychlení a, kteé tatáž tejně potažená (jako v předchozím případě) pužina udělí v inec... těleu o hmotnoti m. Nejpřenější vymezení hmotnoti tělea: Hmotnot tělea je chaakteitika tělea, kteá učuje pomě mezi ilou půobící na těleo a uděleným zychlením Pozn.: hmotnot je veličina aditivní. Expeimentální zkušenot ukazuje:. Zychlení HB má tejný mě jako íla na něj půobící. Jejich velikoti jou i přímo úměné.. Půobí-li táž íla na HB o ůzných hmotnotech, je a ~. m 3. Půobí-li na HB oučaně íly F, F, LFn, je jejich účinek tejný jako účinek jejich výlednice Fv = F + F + L+ F n. Ze závěů -3 plyne: 3

. Newtonův pohybový zákon - = ma F v Pozn. : Doadíme-li do předchozí ovnice konkétní vyjádření F v jako funkce ouřadnic a čau (tj. tzv. ilový zákon), mluvíme o pohybové ovnici. 3. Newtonův pohybový zákon (pincip) - zákon akce a eakce Půobí-li jedno těleo na duhé při jejich tyku ilou F (akce), půobí duhé na pvní ilou F = F (eakce). Příklady nejčatějších il. Gavitační íla F g - půobí v celém objemu tělea.. Tíha G = F g + F o ( F g, neboť F g >> F o ). F o - etvačná íla odtředivá (Země e otáčí). 3. Síly vzájemného půobení lano výtahu na kabinu, kabina na lano. 4. Třecí íla: 4

tatická = tečná ložka íly, kteou podložka půobí na těleo, kteé je vůči ní v klidu. Ft 0, F t max, Ft max = fn, kde f je oučinitel tatického tření (je dán kvalitou tyčných ploch), N - nomálová ložka íly, kteou podložka půobí na těleo. F po F zůtane těleo v klidu. 0, F t max Po F > F t max e těleo začne pohybovat a íla tření klene. Nazývá e pak kinetická třecí íla = tečná ložka íly, kteou podložka půobí na těleo, kteé e po ní mýká. Ft = fk N, k kde f k je oučinitel kinetického (též mykového nebo dynamického) tření. Je funkcí kvality tyčných ploch a čátečně (většinou nepatně) i ychloti v vzájemného pohybu. 5

íla valivého odpou = tečná ložka íly, kteou podložka půobí na těleo, kteé e po ní odvaluje. Ft = v fv N, kde f v je koeficient valivého odpou. Je funkcí kvality tyčných ploch a čátečně (většinou nepatně) i ychloti v vzájemného pohybu. 6

Pohyb v neineciálních outavách. Někdy je vhodné řešit poblém v neineciální ouřadné outavě (jednoduchot popiu). Potom F v ma, avšak přidáním členů majících význam etvačných il lze zachovat její tva i v neineciální ouřadné outavě. Úloha:: Neineciální.. S vykonává neovnoměný tanlační pohyb vůči ineciální.. S : Hmotný bod e účinkem výledné íly F pohybuje vůči V S S. Platí : v = V + v, a = A + a, kde V je okamžitá ychlot a A okamžité zychlení S vůči S, v je ychlot a a je zychlení hm. bodu v S, v je ychlot a a je zychlení hm. bodu v S, Platí: Fv = ma = m( A+ a ) S : F ma= ma S : chceme,aby v F v = ma Z poledních dvou ovnic plyne: F = F ma = F + F, v v kde F = ma je etvačná (fiktivní) íla (má původ ve zychleném pohybu S vůči S a nikoliv v jiných těleech). Tedy i v neineciální ouřadné outavě platí, že oučin m a je oven výlednici všech il (kutečných i etvačných) Závě: Potulujeme platnot. Newtonova zákona i v neineciální outavě S. Potom k ilám kutečným muíme přidat i ílu etvačnou. 7

Pozn.: Síly etvačné mají na tělea tejné účinky jako íly kutečné (defomace, změna pohybového tavu) 6/58C. Kakadé v aute přejíždí vcholek, jehož pofil je přibližně kuhový, poloměem 50m (obázek). Jakou největší ychlotí muže jet, aby vozidlo neztatilo kontakt e ilnicí? 8

Mechanická páce, výkon a enegie Enegie tavová chaakteitika těle, jejich outav i fyzikálních polí. Podle toho, o jaké tavy e jedná, hovoříme o ůzných fomách enegie: polohové tavy polohová enegie, pohybové tavy pohybová enegie. Při fyzikálních dějích přechází enegie z jedné fomy do duhé nebo při inteakci ytémů i tyto jednu fomu předávají. Platí zákon zachování enegie: Celková enegie libovolné izolované outavy je tálá při všech dějích, kteé v ní pobíhají. Změny enegie a přechody enegie mezi outavami jou chaakteizovány veličinami páce a teplo. Jetliže jedna outava půobí na duhou ilou F, jejíž půobiště e pohybuje, koná íla F páci a přenáší enegii ovnou této páci. Tepelná výměna enegie enegie e přenáší ážkami molekul, tepelným zářením nebo pouděním látky. Většinou e výměna enegie mezi outavami ukutečňuje oučaně fomou páce i tepelnou výměnou. 9

Páce Expeimentální zkušenot: Enegie e přenáší, když oučaně půobiště íly e pohybuje íla má nenulovou ložku ve měu pohybu půobiště. Fyzikální definice páce to muí epektovat.. Páce tálé íly při přímočaém pohybu půobiště Páce W tálé íly na úeku P, P je definována takto: W = F coα P P [Nm] = [J] Jinak zapáno: W = F. Pozn.: 0 Po 0 α p 90 W f 0, α = 90 0 W = 0, 0 0 90 p α 80 W p 0. Pohyb je elativní, tajektoie půobiště íly je v ůzných ouř. outavách ůzná W je v ůzných ouř. outavách ůzná. 0

. Páce poměnné íly při obecném pohybu půobiště Na tajektoii půobiště poměnné íly, kteá je oientována ve měu pohybu HB, zavedeme dáhovou ouřadnici. Tajektoii ozdělíme na malé elementy a zavedeme přílušné vektoy pounutí tak, že na každém z nich je páce F kont. W = F = F coα F coα ( ) V lim 0 je dw = F d co α = F d = F d Páce íly F na úeku P P je W = Σ W. Přeně W = F d = Páce výlednice několika il půobících v jednom bodě (při tanlačním pohybu i v ůzných bodech) je ovna oučtu pací jednotlivých il. F F + F + L+ F W = W + W + LW F d v = n n

Výkon íly Nechť íla F koná páci ( t) Definice: Střední výkon tř W během čaového intevalu t,t. P íly F v čaovém intevalu t,t : W ( t ) W ( t ) P tř = [W]. t t Výkon íly v čae t : dw P( t ) = limt t Ptř =. dt Platí: Nechť e půobiště íly F pohybuje v čae t ychlotí v dané ouř. outavě v. Potom: P = F. v Pozn.: Pomocí výkonu popiujeme, jak e páce íly koná v čae. Kinetická enegie hmotného bodu Nechť e HB pohybuje v ineciální.. po libovolné tajektoii z bodu P do bodu P účinkem ůzných il výlednicí F v. Potom páce WP P, kteou přitom vykoná F v je: W P P = mv mv, kde m - hmotnot HB, v je ychlot HB v bodě P, v je ychlot HB v bodě P. Důkaz povedeme výpočtem: WP = = = = P F v d Fv d ma d dv m dt d.

dv d Je d = dv = vdv, dt dt kde v je dáhová ychlot. Tedy v v W = mv dv = mv = mv mv P P v v neboť v = v, v = v ( v = v = v ). Rozbo: K přechodu HB z pohybového tavu (ychlot v ) do pohybového tavu (ychlot v ) je zapotřebí vykonat vždy tejnou páci W, kteá nezávií ani na poloze bodů P, P, ani P P na tvau tajektoie, ani na ychlotech během pohybu, ani na půběhu F v na tajektoii, závií jen na m, v, v. To umožňuje zavét fyzikální veličinu kinetickou (pohybovou) enegii E k v dané ouř. outavě (chaakteizuje pohybový tav HB)., Definice: Ek = mv [J] Je-li f 0 WP P, ychlot HB e zvětšuje a E k ote. Pozn.: Toto vše platí nejen po HB, ale po tuhé těleo, kteé koná tanlační pohyb. 3

Potenciální (polohová) enegie HB Páce tíhové íly: Tíhové ilové pole u povchu Země je homogenní, tj. tíhová íla G = kont. G = mg, kde g je tíhové zychlení. Vypočtěme páci této íly při přenou HB z bodu P ( x, y, z) do P x, y z. bodu ( ), W G = G d = Gxdx + Gydy + x x y y z z G z dz 4

Tedy páce G W G G =, G z ( 0,0 ) ( z z ) = mg dz = mg. z W nezávií na tvau tajektoie, po níž e HB přemiťuje, ani na ychloti HB, ale závií jen na výšce nad ovinou Oxy. To umožňuje zavét potenciální (polohovou) enegii E G hmotného bodu v homogenním tíhovém poli (tíhovou enegii) Definice:. Zvolíme libovolnou ovinu σ a po každý bod P σ položíme E G ( P) = 0.. Zavedeme vilou ou Oh počátkem v σ a oientovanou nahou. Potom tíhová enegie HB v tíhovém poli v bodě P ~ o ouřadnici h je E G = mgh [J] Pozn.: Síly, jejichž páce nezávií na tajektoii jejich půobiště, ale jen na počáteční a koncové poloze tohoto půobiště, e nazývají konzevativní. Tedy páce konzevativních il po uzavřené křivce je nulová. 5

Páce pužné íly Ideální pužina: hmotnot m = 0, je dokonale pužná, tj. velikot její defomace l je úměná velikoti F defomující íly (plňuje Hookův zákon). F Tuhot pužiny: k = l Síla pužiny (eakční íla k defomující íle F ): x = k F p ( ) x Její páce při její defomaci ze tavu, kdy ouřadnice půobiště íly F je x do tavu, kdy ouřadnice půobiště íly F je x. x x Wp = Fp ( x) dx = k x dx = kx kx x x Tato páce nezávií na způobu defomace, ale jen na hodnotách x a x. (Tedy íla pužina je konzevativní). Je tedy možné zavét veličinu Eel = kx, kteá má význam (potenciální) elatické (pužné) enegie pužiny. Mechanická enegie hmotného bodu Definice: V zadané ouřadné outavě je E = E + E. m k pot 6

Příklad: Po homogenní tíhové pole Země: E m = mv + mgh. Páce a mechanická enegie HB e pohybuje z míta P do míta P v ůzných překládajících e ilových polích. Platí: E m Em = W j, kde W j je oučet pací, kteé na úeku P P vykonají nekonzevativní íly. Důkaz: Součet pací všech il půobících na HB při přemítění P P : W v = mv mv, (i) kde W = W + W. (ii) v Platí (viz např. páci tíhové nebo pužné íly): W = E E (iii) konz konz pot pot Doazením (iii) do (ii) a pak do (i) dotaneme: E pot E pot + W j = mv mv. Odtud E E = W m m j. j Zákon zachování mechanické enegie Je-li W = 0, je E E kont j m = m =. 7

8