Stručný průvodce fyzikou

Vzorce základních témat

Dynamika

Oblast mechaniky, která studuje pohyb těles pod vlivem sil. Na rozdíl od kinematiky dynamika odpovídá na otázku: proč se těleso pohybuje, tedy zkoumá příčiny změny pohybu — síly, zrychlení, hmotnost.

1. Newtonovy zákony

První Newtonův zákon (princip setrvačnosti):

Vzorec prvního Newtonova zákona

F=0a=0
Co znamená tento vzorec?

První Newtonův zákon říká: pokud na těleso nepůsobí žádné síly, nebo je jejich výslednice nulová, těleso si zachovává svůj stav klidu nebo rovnoměrného přímočarého pohybu.

Druhý Newtonův zákon (síla a zrychlení):

Vzorec druhého Newtonova zákona: zrychlení tělesa je přímo úměrné působící síle a nepřímo úměrné hmotnosti

a=Fm
Co znamená tento vzorec?

Tento vzorec popisuje, jak síla působící na těleso způsobuje jeho zrychlení. Základní zákon dynamiky.

Třetí Newtonův zákon (akce a reakce):

Vzorec třetího Newtonova zákona

F1 = F2
Co znamená tento vzorec?

Jestliže jedno těleso působí na druhé, pak druhé těleso působí na první silou stejné velikosti a opačného směru. Zákon interakce.

2. Hybnost a její zachování

Zákon zachování hybnosti (v uzavřené soustavě):

Vzorec zákona zachování hybnosti

p1+p2 = p1+ p2
Co znamená tento vzorec?

V uzavřené soustavě se celková hybnost zachovává: před interakcí i po ní. Apostrof znamená „po“. Zákon platí od atomů po kosmické lodě.

Impuls síly (změna hybnosti):

Vzorec impulsu při interakci těles v uzavřené soustavě

F·Δt=Δ(m·v)
Co znamená tento vzorec?

Síla působící po určitou dobu mění hybnost tělesa. To je zvláště důležité při krátkých, ale silných interakcích – náraz, výstřel, brzdění.

Hybnost tělesa (množství pohybu):

Vzorec hybnosti tělesa

p=m·v
Co znamená tento vzorec?

Hybnost je množství pohybu tělesa, závislé na jeho hmotnosti a rychlosti. Čím masivnější a rychlejší objekt, tím větší je jeho hybnost.

3. Pohyb po kružnici

Dostředivá síla (pohyb ke středu):

Vzorec dostředivé síly

F= m·v2 R = m·ω2·R
Co znamená tento vzorec?

Aby se těleso pohybovalo po kružnici, potřebuje sílu, která ho „vtahuje“ ke středu. Roste s rostoucí hmotností, rychlostí a klesá s rostoucím poloměrem. Používá se při popisu satelitů, kolotočů, zatáček na silnicích.

První kosmická rychlost (pohyb po oběžné dráze):

Vzorec první kosmické rychlosti

v= G·M
Co znamená tento vzorec?

Jedná se o minimální rychlost, při které je těleso schopné se pohybovat po oběžné dráze kolem planety bez zapnutí motorů. Pro Zemi je to asi 7,9 km/s. Odvozuje se z rovnosti dostředivé síly a gravitační síly.

4. Interakční síly

Zákon všeobecné gravitace (gravitační síla):

Vzorec zákona všeobecné gravitace

F=G· m1·m2 r2
Co znamená tento vzorec?

Gravitační síla mezi dvěma tělesy závisí na jejich hmotnostech a vzdálenosti mezi nimi. Je to univerzální zákon platný v celém vesmíru.

Váha tělesa (gravitační síla na podložku):

Vzorec váhy tělesa

F=m·g
Co znamená tento vzorec?

Váha je síla, kterou těleso působí na podložku. Liší se od hmotnosti: závisí na gravitaci a je určena pomocí m a zrychlení g.

Třecí síla (závisí na podložce a drsnosti):

Vzorec třecí síly

Ftr=μ·N
Co znamená tento vzorec?

Třecí síla závisí na vlastnostech povrchů (μ) a síle, s níž je těleso přitlačeno k povrchu (N).

Síla pružnosti (Hookův zákon):

Vzorec síly pružnosti

F=k·Δx
Co znamená tento vzorec?

Hookův zákon: deformace způsobuje pružnou sílu, která se snaží vrátit těleso do původního stavu. Směr je opačný k posunu.

Moment síly (rotační účinek):

Vzorec momentu síly

M=F·d
Co znamená tento vzorec?

Popisuje „otáčivý účinek“ síly. Čím větší je rameno d – tím snadněji se těleso otočí při stejné síle.

Normálová reakce podložky (reakce podložky):

Vzorec normálové reakce podložky

N=m·g
Co znamená tento vzorec?

Na rovné ploše je síla podložky rovna váze tělesa a vyrovnává tíhovou sílu, působící vzhůru.

Archimédův zákon (vztlaková síla):

Vzorec Archimédova zákona

FA=ρ·g·V
Co znamená tento vzorec?

Vztlaková síla kapaliny se rovná váze objemu vytlačené kapaliny. Působí vzhůru a pomáhá tělesům plout.

Tlak kapaliny v hloubce (hydrostatický tlak):

Vzorec hydrostatického tlaku

P=ρ·g·h
Co znamená tento vzorec?

Tlak v kapalině roste s hloubkou a závisí na hustotě ρ a gravitaci g. Tento vzorec je důležitý pro výpočty vztlakové síly, hustotních gradientů a tlaku na dno nádob. Často se používá spolu s Archimédovým zákonem.