Věda > Fyzika > Síla > První Newtonův pohybový zákon

Newtonovy pohybové zákony jsou tři fyzikální zákony, které společně položily základy klasické mechaniky. V tomto článku se budeme zabývat prvním Newtonovým pohybovým zákonem a pojmem setrvačnost tělesa.

Tvrzení prvního Newtonova pohybového zákona:

Každé hmotné těleso setrvává ve svém klidovém stavu nebo stavu rovnoměrného pohybu po přímce, pokud na něj nepůsobí vnější nevyvážená síla, která pohybový stav změní. Tento zákon se také nazývá zákon setrvačnosti.

Vysvětlení: Tento zákon má dvě části, první část nám dává pojem setrvačnosti, zatímco druhá část nám pomáhá definovat sílu. První část udává, že pokud je těleso v klidu, nemůže se samo od sebe začít pohybovat. Stejně tak pokud je těleso ve stavu rovnoměrného pohybu po přímce, nemůže samo od sebe zvýšit nebo snížit svou rychlost ani změnit směr. Každé těleso tedy nemá schopnost samo měnit stav klidu nebo stav rovnoměrného pohybu po přímce, tato vrozená vlastnost tělesa se nazývá setrvačnost tělesa. Setrvačnost tělesa závisí na hmotnosti tělesa. Hmotnost je tedy mírou setrvačnosti tělesa.

Druhá část zákona nám pomáhá při definování síly. V první části jsme viděli, že těleso nemůže samo změnit svůj pohybový stav, ale je k tomu zapotřebí nějaká vnější fyzikální veličina. Tato vnější fyzikální veličina, která je nutná ke změně pohybového stavu tělesa, se nazývá síla.

Pojmem setrvačnost tělesa:

• Tendence tělesa bránit se změně klidového stavu nebo stavu rovnoměrného pohybu se nazývá setrvačnost tělesa.
• Působí-li na těleso žádná nevyvážená síla, pak těleso v klidu zůstává v klidu. Tato setrvačnost se někdy označuje jako setrvačnost klidu.
• Nepůsobí-li na těleso žádná nevyvážená síla, pak těleso v rovnoměrném pohybu po přímce zůstává v rovnoměrném pohybu po téže přímce. Tato setrvačnost se někdy označuje jako setrvačnost pohybu.
• Tendence tělesa pokračovat v rovnoměrném pohybu v přímočarém směru se nazývá setrvačnost směru.

Příklady setrvačnosti klidu:

Příklad: Na hladkou kartu, která slouží jako víčko na sklenici, položíme minci. Když za kartu náhle zatáhneme ve vodorovném směru, mince spadne do sklenice. (Setrvačnost klidu)

Vysvětlení: Když je karta tažena ve vodorovném směru, nabývá vlivem tahové síly pohybu. Protože však na minci ve vodorovném směru nepůsobí žádná síla. Mince, která byla původně na kartě v klidu, v důsledku setrvačnosti zůstává v klidu. Tím se od karty oddělí. Nyní není dole žádná opora karta padá do sklenice působením gravitace.

Dalšípříklady setrvačnosti klidu:

• Cyklista jedoucí po rovné silnici se nedostane do klidu ihned poté, co přestane šlapat.

• Při úderu úderníkem do mince na dně hromádky karambolových mincí se tato mince pouze vzdálí, zatímco zbytek hromádky zůstane na původním místě.
• Když se klackem tluče do visícího koberce, začnou z něj vystupovat částečky prachu. Když se koberec tluče klackem, koberec se dá do pohybu. V důsledku setrvačnosti však částice prachu zůstávají v klidu. Tak se od koberce oddělí.
• Při zatřesení nebo trhnutí větví stromu plody spadnou dolů. Když větvemi třeseme jedním směrem, plody a listy díky setrvačnosti zůstávají v původní poloze díky setrvačnosti klidu. To způsobí rozlomení stonku a ony spadnou dolů.
• Při výstřelu do skleněného okna se v něm vytvoří otvor. Je to proto, že se střelou se pohybuje pouze ta část skla, kde střela narazí na sklo. Zbývající část díky setrvačnosti zůstává na svém místě. Kulka je tedy díky setrvačnosti okenní tabule schopna vytvořit ve skleněném okně díru.
• Mág vytrhne zpod plné sady nádobí ubrus. Po vytažení ubrusu se dá do pohybu, ale nádobí v důsledku setrvačnosti klidu zůstane na stole.
• Když se místní vlak náhle rozjede nebo zastaví, mohou se otevřít nebo zavřít posuvné dveře některých kupé.

Příklad setrvačnosti pohybu:

Příklad: Když se stojící autobus rozjede, cestující v autobuse se nakloní dozadu, podobně když se autobus pohybující se stejnoměrnou rychlostí náhle zastaví, cestující se pohnou dopředu. (Setrvačnost pohybu)

Vysvětlení: Když autobus stojí, stojí i cestující. Když se autobus dá do pohybu, část těla (spodní část), která je v kontaktu s autobusem, se dá do pohybu, ale horní část zůstává v důsledku setrvačnosti nehybná, a tak se nakloní dozadu. Pokud stojí, přepadne dozadu. Když se autobus pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem, cestující mají stejný pohyb. Když autobus zastaví, část těla (spodní část), která je v kontaktu s autobusem, se zastaví, ale v důsledku setrvačnosti horní část pokračuje v pohybu vpřed, a tak se pohybuje vpřed. Pokud stojí, padá dopředu.

Dalšípříklady:

• Když cestující vyskočí z jedoucího vlaku, spadne. Je to proto, že jakmile osoba opustí jedoucí vlak, její rychlost je stejná jako rychlost vlaku. Když se jeho nohy dotknou země, spodní část těla se zastaví, ale horní část těla pokračuje v cestě původní rychlostí. Díky tomu padá směrem dopředu. Aby se tomu vyhnul, musí běžet směrem vpřed, dokud se jeho rychlost nesníží na nulu.
• Koule, kterou člověk v jedoucím vlaku vyhodí svisle vzhůru, se mu vrátí do ruky. Důvodem je, že v okamžiku, kdy byl míček vržen, byl míček v důsledku setrvačnosti pohybu v pohybu spolu s osobou a vlakem. Takže během doby, kdy míček zůstává ve vzduchu, se osoba i míček pohybují dopředu o stejnou vzdálenost. Díky tomu se míč při návratu vrací do ruky.
• Atleti se před skokem do dálky rozběhnou, aby zvýšili svou rychlost, a tím i setrvačnost pohybu. Zvýšená setrvačnost pohybu mu umožňuje skočit delší vzdálenost.
• Atletům (skokanům do dálky / vrhačům oštěpem / vrhačům míčků) se často nedaří zastavit se před chybovou čarou, protože kvůli setrvačnosti pohybu se horní část těla atleta nadále pohybuje směrem vpřed, zatímco spodní část se zastaví. Nemusí se mu tedy podařit zastavit na čáře chyby a překročí ji.

Příklad setrvačnosti směru pohybu :

Příklad: Když vozidlo náhle odbočí doleva, osoba sedící ve vozidle je tlačena doprava. (Směrová setrvačnost)

Vysvětlení: Když vozidlo prudce zatočí doleva, změní směr jízdy. Zatímco osoba sedící uvnitř má v důsledku setrvačnosti tendenci pohybovat se původním směrem. Je tedy tlačen směrem doprava.

Dalšípříklady:

• Když autobus zatáčí za roh, cestující se musí držet nějaké opory, aby se nekývali. Autobus i cestující jsou v pohybu. Když autobus změní směr jízdy, cestující pokračují v pohybu stejným směrem díky setrvačnosti směru jízdy. Kdyby se cestující nedrželi nějaké opory, byli by v tomto směru vymrštěni.

Poznámky:

• Je-li těleso v klidu, pak je čistá síla působící na těleso nulová.
• Pokud se těleso pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem, pak je čistá síla působící na těleso nulová.
• Pokud těleso není ani v klidu, ani v rovnoměrném pohybu, pak čistá síla působící na těleso není nulová.
• Pokud těleso mění směr, pak čistá síla působící na těleso není nulová.
• Je-li čistá síla působící na těleso nulová, pak těleso musí být v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu.
• Není-li čistá síla působící na těleso nulová, pak těleso není ani v klidu, ani v rovnoměrném přímočarém pohybu.

Zastavení pohybujícího se vozidla:

Pokud vypneme motor automobilu nebo použijeme brzdy k jeho zastavení, automobil nezastaví najednou. Někdy musí řidič použít nouzové brzdy. Časový interval mezi spatřením překážky a skutečným použitím brzdy se nazývá doba reakce nebo doba přemýšlení. Vzdálenost, kterou automobil během této doby ujede, se nazývá vzdálenost přemýšlení. Časový interval mezi použitím brzd a skutečným zastavením automobilu se nazývá doba brzdění. Vzdálenost ujetá vozem během tohoto období se nazývá brzdná dráha. Součet dráhy přemýšlení a brzdné dráhy se nazývá brzdná dráha. Aby se tedy předešlo nehodě, měla by být brzdná dráha menší než vzdálenost překážky od místa, kde ji vidíme.

Vylévání obilí:

Vyléváním se obilí oddělí od plev. Vítání je zemědělský proces, při kterém se od sebe odděluje zrno a plevy. Zrno má větší hmotnost než slupka. Setrvačnost zrna je tedy větší než setrvačnost plev. Ke změně dráhy jejich pohybu je tedy zapotřebí větší síly. Při pádu z výšky za mírného větru padají díky větší setrvačnosti jen svisle dolů. Částice slupky mají zanedbatelnou hmotnost a velmi malou setrvačnost. Ke změně dráhy jejich pohybu je tedy zapotřebí malé síly. Při pádu z výšky v mírném větru se nechají unášet ve směru větru na určitou vzdálenost. Tak se slupka a zrno oddělí.

Zavazadla na střeše autobusu se přivazují:

Na střeše autobusu se doporučuje zavazadla přivázat lany. Když se autobus pohybující se (zejména vysokou rychlostí) po silnici náhle zastaví nebo náhle změní směr jízdy, zavazadla na střeše vlivem setrvačnosti pohybu a směru jízdy zůstávají nadále v pohybu nebo ve stejném směru pohybu. V důsledku toho může dojít k vymrštění zavazadla ze střechy autobusu, pokud není přivázáno lanem.

Sušení látek třesením:

Pokud se mokrou látkou zatřese, začnou z ní vystupovat částečky vody. Při protřepávání se látka uvede do pohybu. V důsledku setrvačnosti však částice vody zůstávají v klidu. Tím se od mokré látky oddělí. Látky tak mohou být usušeny dříve.

Člověk sedící v autě se pokusí pohnout autem působením síly na jeho stěny. pohne se auto?

První Newtonův zákon říká, že „Každé hmotné těleso setrvává ve svém klidovém stavu nebo ve stavu rovnoměrného pohybu po přímce, pokud na něj nepůsobí vnější nerovnovážná síla, která pohybový stav změní.“ Dva pohyby tělesa v klidu tedy vyžadují nějakou vnější nevyváženou sílu. V tomto případě je síla působící osobou vnitřní. Proto se auto nepohne.

Příklady, kdy je výhodná malá setrvačnost, a příklad, kdy je výhodná (doporučená) velká setrvačnost:

Tesař pracuje se dřevem a hřebíky. K zatloukání hřebíků do dřeva je zapotřebí menší síly. Doporučuje se tedy nízká setrvačnost kladiva. Tesařské kladivo je tedy příkladem nízké setrvačnosti. Kovář pracuje se železem, ocelí. Ke změně tvaru železa nebo oceli je zapotřebí velké síly. Proto se doporučuje velká setrvačnost kladiva. Kovářské kladivo je tedy příkladem kladiva s vysokou setrvačností.

Předchozí téma: Pojem vyvážené a nevyvážené síly

Další téma: Druhý Newtonův pohybový zákon

Věda > Fyzika > Síla > První Newtonův pohybový zákon

.