2.1 Newtonove pohybové zákony Druhý Newtonov pohybový zákon     2/4

Predchádzajúca strana

Úvod

Ďalšia strana


Hmotnosť a hybnosť
Z bežnej skúsenosti vieme, že ak pri bicyklovaní po vodorovnej ceste prestaneme šľapať na pedále bicykla po čase za zastaví. V predchádzajúcej časti sme sa dozvedeli, že každé teleso má schopnosť pokračovať (zotrvávať) v svojom pohybovom stave a táto vlastnosť sa nazýva zotrvačnosť
Je to objektívna vlastnosť všetkých telies, ktorá sa prejavuje tým, že (1) pri rovnakom vonkajšom pôsobení nedochádza k rovnakej zmene pohybového stavu alebo, že (2) k rovnakej zmene pohybového stavu rôznych telies je potrebné rôzne veľké silové pôsobenie. Zotrvačnosťou sa teleso akoby ,,bráni“ proti zmene svojho prirodzeného pohybového stavu. Kvantitatívnou mierou zotrvačnosti (zotrvačných vlastností) telesa je jeho hmotnosť m. Je to skalárna veličina a jej základnou jednotkou je jeden kilogram (m) = kg .

Hmotnosť je aj mierou gravitačných vlastností telies. Všetky telesá navzájom na seba pôsobia gravitačnou silou (napr. Slnko a Zem), ale aj Zem na telesá nachádzajúce sa na zemskom povrchu. Stojace auto bude pôsobiť na vozovku väčšou silou ako človek stojaci vedľa auta, pretože majú rôznu hmotnosť (rôzne gravitačné vlastnosti a teda majú rôznu schopnosť priťahovať silou iné telesá, resp. byť priťahované inými telesami).
  
Príklad 2.1.3


Pozri ešte: Hmotnosť z hľadiska klasickej fyziky a špeciálnej teórie relativity


Pohybový stav telesa charakterizujeme pomocou vektorovej veličiny hybnosť , ktorá je definovaná súčinom hmotnosti telesa a jeho rýchlosti
     (2.1.1)

Jednotkou hybnosti je kilogram meter za sekundu,  (p) = kg m/s.

Príklad 2.1.4


Pozri ešte:
Je vyššia hmotnosť športovca výhodou?

Kontrolka: Predstavte si, že bežíte na telesnej výchove 100 m so spolužiakom, ktorý váži 85 kg. Ktorí z vás bude mať väčšie problémy zastaviť v cieli, ak bežíte rovnakou rýchlosťou, pričom ste vyštartovali naraz? 



Druhý Newtonov pohybový zákon
Povedali sme si, že ak teleso vstúpi do interakcie s inými telesami, môže nastať zmena jeho pohybového stavu a definovali sme veličinu, ktorá kvantitatívne popisuje interakciu. Touto veličinou bola sila, ktorú Newton definoval nasledovne: 2. Newtonov pohybový zákon (zákon sily): Časová zmena hybnosti telesa je rovná sile pôsobiacej na teleso. Matematicky ho možno vyjadriť v tvare

  (2.1.2)

kde je výslednica všetkých síl pôsobiacich na teleso a , , m sú hybnosť, rýchlosť a hmotnosť telesa. Tento vzťah platí všeobecne. Ak budeme uvažovať zmenu charakteristiky pohybového stavu (hybnosti) v čase môžme silu vyjadriť
. 


Vo všeobecnosti hmotnosť m môže byť premennou veličinou závislou od pohybového stavu. V klasickej (newtonovskej) fyzike pri mechanickom pohybe telies prichádzajú do úvahy iba malé rýchlosti v porovnaní s rýchlosťou svetla (v <<  c). V takýchto prípadoch hmotnosť možno považovať za konštantnú a silu potom možno vyjadriť v tvare
   (2.1.3)      alebo         (2.1.4)


Vo vzťahu (2.1.3) člen vypadne pretože pre m  konštantné.


Jednotkou sily je jeden newton (F) = N. Je to sila, ktorá telesu s hmotnosťou 1 kg udelí zrýchlenie 1 m/s2. Z rovnice (2.1.4) vyplýva, že rozmer sily je 1 N =1 kg m/s2.


Príklad 2.1.5

Kontrolka: Auto z hmotnosťou 1280 kg zväčšilo svoju rýchlosť z 7,3 m/s na  63 km/h na dráhe 37,2 m. Akú silu musel vyvinúť motor auta? Pri výpočte si pomôžte s predchádzajúcim riešeným príkladom. (F= 4352 N)


Pri veľkých rýchlostiach, ktoré sa blížia k rýchlosti svetla, hmotnosť telies nie je konštantná. Potom 2. Newtonov pohybový zákon bude daný rovnicou (2.1.2).Veľkými rýchlostiami porovnateľnými s rýchlosťou svetla sa zaoberá špeciálna teória relativity. 

Druhý Newtonov pohybový zákon umožňuje riešiť charakteristiky pohybu dvojakým spôsobom. Zo známej sily možno vypočítať rýchlosť a dráhu hmotného bodu alebo zo známeho priebehu dráhy, prípadne rýchlosti možno určiť vonkajšiu silu, ktorá pohyb zapríčinila. Preto tento zákon nazývame aj  
pohybová rovnica.

Pozri ešte: Pohybová rovnica

Kontrolka : Ktorý vzťah použijete pri výpočte sily pôsobiacej na teleso, ak rýchlosť telesa je:
 a) = kt2, kde k je konštanta úmernosti, t čas a platí, že v <<  c   b) = 0,9c, kde c = 3.108 m/s?



 
Niektoré typy síl 

  

Ďalšie zdroje: http://web.tuke.sk/feikf/relativita/relativi2.htm o špeciálnej teórii relativity