Dynamika

Dynamika je část fyziky, který na rozdíl od kinematiky, která pohyb jen popisuje, hledá dynamika i jeho příčinu.
Tělesa na sebe vzájemně působí. Toto vzájemné působení tělse se může realizovat různými způsoby: dotykem, prostřednictvím polí…

Síla

Síla popisuje velikkost vzájemného působení na tělesa.
Jde o vektorovou veličinu. Měří se siloměrem, jednotkou síly je N.
Vzájemné působení síly se projevuje deformací těles nebo změnou jejich pohybového stavu. Deformace těles pak může být trvalá (plastická) nebo dočasná (elatická)

Izolované těleso

Myšlenkový model tělesa, na které nepůsobí žádné síly.

1. Newtonův pohybový zákon – Zákon setrvačnosti

Hmotný bod v inerciální vztažné soustavě setrvává v klidu nebo pohybu rovnoměrném přímočarém, pokud není nucen vnějšími silami tento svůj stav změnit.
Klid a pohyb těles zkoumáme v rámci izolovaných soustav.
Setrvačnost je obecná vlastnost všech těles.
Je měřena pomocí rychlosti a hmotnosti tělesa – mírou setrvačnosti je hybnost.

Hybnost

Charakterizuje pohybový stav tělesa.
Značí se p, je to vektorová veličina (má určitou velikost i směr).
Je definována jako součin hmotnosti a velikosti okamžité rychlosti hmotného bodu.

p = m.v
[p] = kg.m.s^-1

Pro hmotný bod v klidu platí, že p = 0.
Hybnost soustavy hmotných bodů se rovná vektorovému součtu hybností jednotlivých bodů.

2. Newtonův pohybový zákon – Zákon síly

V inerciálních vztažných soustavách je zrychlení hmotného bodu určeno podílem síly a hmotnosti. Čím větší je síla, tím větší je zrychlení hmotného bodu. Čím větší je hmotnost, tím je zrychlení menší.

2. Newtonův zákon říká, že poměr změny hybnosti tělesa a doby, v níž tato změna nastala, je přímo úměrný výsledné působící síle.

F = Δp/ Δt = m.a

Aby měl hmotný bod o stálé hmotnosti m v inerciální vztažné soustavě zrychlení a, musí na něj objekt působit výslednou silou F = m.a.
Směr síly a zrychlení jsou souhlasné.

[F] = kg.m.s^-2 = N

N je síla, která uděluje tělesu o hmotnosti 1 kg zrychlení 1 m.s^-2.
Síla – vektorová veličina – lze ji znázornit orientovanou úsečkou.

Tíha tělesa

G = m.g
g – tíhové zrychlení; G – tíha tělesa, má deformační účinek, působiště je v místě styku tělesa s podložkou.
F_g – gravitační síla
F_G – tíhová síla

Na těleso působí jak gravitační, tak tíhová síla.
Způsobuje volný pád těles.

F_G = m.g

Působením F_G na těleso vznikne tíha tělesa, která se projevuje jako tlaková nebo tíhová síla tělesa na podložku nebo na závěs.

Měření hmotnosti

1. pomocí vah – hmotnost se určuje srovnáním tíhy tělesa a tíhy závaží. Gravit. hmotnost – tyto tíhy mají původ v gravitační síle Země.
2. pomocí 2. pohybového zákona: m = F/a

Známe-li velikost působící síly a změříme-li velikost zrychlení, můžeme vypočítat hmotnost, takto určená hmotnost se nazývá setrvačná.

3. Newtonův pohybový zákon – zákon akce a reakce

Při vzájemném působení těles jsou síly, kterými na sebe tato tělesa působí, stejně velké a opačného směru.

Dvě tělesa na sebe navzájem působí stejně velkými silami opačného směru. = Každá akce vyvolává reakci opačného směru.

F₁ = -F₂

Akce a reakce současně vznikají a zanikají. Tyto síly se nedají skládat a účinek těchto sil se neruší, protože každá z nich má jiné působiště.

Tření

Tření probíhá když je jedno těleso ve styku s jiným tělesem.

Třecí síla

Brzdná síla, měříme ji jako sílu, která je v rovnováze se silou způsobující pohyb tělesa.

F_t = f.m.g
f – součinitel smykového tření, bezrozměrné číslo z intervalu (0;1).

Pokud je f rovno nule, tření neexistuje. Je-li rovno jedné, jde o nekonečně velké tření.
Tření je nezbytné např. při jízdě na kole, protože třením řetěz roztáčí kolo a třením mezi zemí a kolem se kolo pohybuje, dalšími příklady je brždění, psaní či šití.
Třecí síla nezávisí na rychlosti tělesa a velikosti stykových ploch. Smykové tření odstraníme valivým odporem.

Zákon zachování hybnosti

Působí-li navzájem na sebe silou více hmotných bodů, můžeme celek rozdělit na určitou vybranou část – soustavu a okolí – zbývající body.
Síly, které na libovolný bod ve vybrané soustavě působí, rozdělíme na vnitřní a vnější. Jestliže se výslednice vnějších sil působících na soustavu rovná nule, mluvíme o izolované soustavě.
Celková hybnost soustavy je dána vektorovým součtem hybnosti jednotlivých bodů.

Dostředivá síla

Aby se v inerciální soustavě hmotný bod pohyboval rovnoměrně po kružnici, musí na něj působit dostředivá síla.

F_d = m.a_d a_d = v²/r

Dostředivá síla má směr do středu kružnicové trajektorie. Je kolmá na okamžitou rychlost.

Odstředivá síla

F_o = -F_d

Odstředivá síla vzniká při otáčivém pohybu, má směr ven ze středu kružnice.
Pozorujeme-li pohyb po kružnici v inerciální vztažné soustavě, jsou odstředivá a dostředivá síla silami akce a reakce. V neinerciálních vztažných soustavách se tyto síly skládají a chápeme je jako setrvační síly.