Praktické využitie poznatkov z mechaniky

Praktické využitie poznatkov z mechaniky
Poznatky objavené fyzikou majú velký význam jednak pre dalšie prírodné vedy, jednak
pre techniku a technický rozvoj. Je to dané najmä tým, že fyzika sa zaoberá štúdiom
procesov, ktoré nachádzame v živej i neživej prírode, na Zemi aj v celom vesmíre.
Mechanika položila základy v historickom vývoji fyziky. Umožnuje nám pochopit
väcšinu základných fyzikálnych pojmov, velicín, zákonov a princípov, uvádza nás do
fyzikálneho myslenia a umožnuje nám získat vela užitocných poznatkov.
Mechanický pohyb
O mechanickom pohybe telies hovoríme vtedy, ak menia vzhladom na nás svoju
polohu. Pri pozorovaní objektov, ako sú napríklad lietadlo, ktoré letí, otácajúce sa
kolesá idúceho bicykla, oblaky plynúce po oblohe, vidíme ako sa tieto objekty
pohybujú. Ciže menia svoju polohu vzhladom na nás.
Teleso sa pohybuje po urcitej trajektórii. Ked lietadlo letí, vlastné sa posúva a všetky
jeho body opíšu za ten istý cas rovnakú trajktóriu. Tomuto hovoríme posuvný pohyb.
Takýto pohyb vykonáva aj napríklad karoséria auta pri pohybe po priamej ceste, alebo
skokan na lyžach pri jeho lete z mostíka.
Pri pozorovaní spíleného padajúceho stromu, vidíme, že body netvoria rovnakú
trajektóriu. Pri tomto pohybe vytvárajú body trajektóriu v tvare kružnice, so stredom
na osi otácania. Body dalej od osi prejdú dlhšiu dráhu, ako body bližšie k osi otácania.
Takýto pohyb môžeme pozorovat aj pri otácaní sa kotúca cirkulárky, ale tiež CD, alebo
ventilátor vykonávajú otácaví pohyb.
Rovnomerný a nerovnomerný pohyb
Rovnomerný pohyb je taký pohyb, pri ktorom teleso prejde za rovnaký cas rovnakú
dráhu. V prípade, že to tak nieje hovoríme o nerovnomernom pohybe. Auto, ktoré ide
napríklad z jedného mesta do druhého vykonáva nerovnomerný pohyb. V meste prejde
za urcitý cas menšiu dráhu ako mimo mesta, pretože v meste musí íst pomalšie a
taktiež ho brzdia semafory, križovatky, chodci atd. Pri rozbiehaní vykonáva zrýchlený
pohyb a naopak pri brzdení spomalený pohyb. Takéto pohyby môžu vykonávat aj
napríklad cyklista, strela, korculiar. Rovnomerným pohybom sa pohybuje napríklad
kazeta (páska v kazete) vo videu, kyvadlo hodín, ozubené kolecka v hodinkách,
teoreticky aj Zem sa pohybuje okolo Slnka rovnomerným pohybom a mnoho iných
objektov okolo nás.
Praktické využitie týchto poznatkov je napríklad pri plánovaní nejakej cesty autom. Z
priemernej rýchlosti a vzdialeností miest si môžeme vypocítat dobu cestovania.
Môžeme si vypocítat spotrebu benzínu, z toho odvodit náklady na cestu a mnoho iných
vecí, ktoré môžu byt dôležité a môžu nám pomôct pri plánovaní nejakej dlhšej cesty
autom.
Lietadlo pri štarte musí vyvinút velké zrýchlenie a dosiahnut velkú rýchlost, aby
dokázalo vzlietnut a letiet.
Najväcšia rýchlost akou sa telesá môžu teoreticky pohybovat je rýchlost svetla. To
znamená, že nic sa nemôže pohybovat rýchlejšie ako svetlo. Toto vyslovil v roku 1905
nemecký fyzik Albert Enstein (1879-1955) vo svojej špeciálnej teórii relativity.
Gravitácia
Ked som už spomenul jedného fyzika spomeniem aj dalšieho. Je ním anglický fyzik
Isaac Newton. Ten v roku 1687 sformuloval pohybové zákony a gravitacný zákon.
Zem obieha okolo Slnka a pohybuje sa pri tom asi 50krát rýchlejšie ako náboj
vystrelený z pušky. Na obežnej dráhe udržuje zemegulu velká sila – gravitácia.
Gravitácii podlieha všetko; je to sila ktorá pritahuje telesá jedno k druhému. Jej velkost
závisí od toho aký je objekt tažký; najväcšmi sa teda prejavuje pri obrovských
telesách, akými sú napríklad planéty. Gravitacná sila pritahuje aj nás hoci to necítime.
Zemská prítažlivost nás udržiava na povrchu Zeme bez ohladu na to, kde sa
nachádzame. Gravitácia totiž pôsobí vždy do stredu Zeme. Niekedy však uvidiet alebo
pocítit jej dôsledky: napríklad ked krácame hore schodmi, musíme vynaložit urcitú
námahu, lebo prekonávame gravitacnú silu.
Volný pád
Zemská prítažlivost spôsobuje, že padajúce telesá zväcšujú svoju rýchlost. Táto
rýchlost nezávisí od ich hmotnosti: lahký predmet padá rovnako rýchlo ako tažký – ak
nan nepôsobí odpor vzduchu. Prvýkrát si to všimol taliansky vedec Galileo Galilei
(1564-1642).
Napríklad: Ak z nejakej výšky pustíme vajce a kamen, padajú rovnako rýchlo a
dopadnú na zem naraz, napriek tomu, že vajce je ovela lahšie ako kamen. A nakoniec
sa vajce ešte aj rozbije.
Tažisko
Velký a nemotorný predmet, ako je napríklad rebrík, sa najlepšie nesie tak, že ho
uchopíme v strede. V tomto bode, ktorému hovoríme tažisko alebo hmotný stred, sa
váha rebríka vyrovnáva. Teleso s velkou a tažkou podstavou má tažisko nízko, preto sa
len tak lahko neprevráti. Toto sa využíva napríklad pri stavbách budov. Zistili to už aj
staroveké civilizácie, ked stavali pyramídy. Tento typ stavby má velkú základnu a
postupne smerom nahor sa objekt zužuje a preto sú tieto stavby velmi stabilné. Pri
konštruovaní automobilov a ostatných dopravných prostriedkov sa výpoctami zistuje
tažisko a podla toho sa navrhuje rozmiestnenie agregátov a iných castí vozidla.
Odstredivá sila
Pohyb po kruhovej dráhe, napríklad na kolotoci, alebo v autobuse v zákrute, nás
vynáša do strany, von zo stredu kruhu. Mame pocit, akoby nás vytlácala nejaká sila. V
skutocnosti je tato odstredivá sila iba ilúziou, klamom. Tieto javy sa využívajú v
laboratóriách (odstredivky).
Spojka na babete tiež využíva odstredivú silu. Sú taktiež aj odstredivé cerpadlá, ktoré
využívajú odstredivú silu. Odstredivý regulátor, ktorý sa využíva v elektrotechnike.
Zrýchlenie
Pôsobením sily teleso zväcšuje svoju rýchlost. Motory aut, alebo lodí vyvíjajú silu a tá
lod zrýchluje, ale oproti nej pôsobí odporová sila. Odporová sila môže byt spôsobená
vzduchom, u lodí aj vodou. Odporová sila sa pri narastajúcej rýchlosti telesa zväcšuje.
Ked sa hnacia a odporová sila vyrovnajú, rýchlost sa ustáli.
Velmi velké zrýchlenie majú pretekárske auta. Tieto autá dokážu zrýchlit z nula na sto
kilometrov za hodinu za úžasne krátky cas.
Akcia a reakcia
Cln s veslami sa pohybuje, vdaka akcii a reakcii. Sila, ktorou veslá tlacia na vodu, je
akcia. Pohybujúca sa voda pôsobí na veslá rovnako velkou silou, no opacnou a to
spôsobuje pohyb clna.
Zotrvacnost
Pri uvádzaní telesa do pohybu je potrebné vynaložit silu. To isté platí aj ked teleso chce
zastavit. Cím je teleso tažšie tým väcšiu má zotrvacnost. Preto tažké kamióny
potrebujú na rozjazd dlhšiu dráhu a silnejší motor a taktiež na zastavenie potrebujú
dostatocne dlhú dráhu. Osobné auta, ktoré majú menšiu hmotnost potrebujú menšiu
rozjazdovú a brzdnú dráhu. Zotrvacnost tiež autá využívajú napríklad pri príchode na
križovatku, a to tak, že v urcitej vzdialenosti prestanú pridávat plyn, prípadne zaradia
neutrál a na križovatku sa dostanú vplyvom zotrvacnosti.
Trenie
Medzi dvoma povrchmi, ktoré navzájom trú jeden o druhy vzniká trecia sila. Pri tomto
trení vzniká teplo. Trenie sa využíva napríklad pri brzdení, kde brzdy trú o cast kolesa
(napríklad o brzdný kotúc) a tým spomalia koleso a tým celé auto. Naopak velké trenie
môže byt aj nežiaduce. Toto môžeme eliminovat tým, že trecie plochy premažeme a
tým znížime trenie a zvýšime výkon.
Hydrostatika
Pascalov zákon sa využíva napríklad v hydraulike. Hydraulika sa využíva napríklad vo
vysokozdvižných vozíkoch, kde na zdvihnutie tažkého telesa vdaka hydraulike stací
menšia sila. Hydraulika ma velké využitie v strojárstve: bagre, lode, roboty, žeriavy,
buldozéry.
Archimedov zákon sa využívajú napríklad pri lodiach. Napriek tomu, že lod je zo železa,
nepotopí sa. A to preto, lebo lod nie je celá zo železa, ale nachádzajú sa tam
vzduchové casti. Tým je objem lode väcší, vytlací viac vody, ktorej tiaž sa rovná sile,
ktorá nadlahcuje lod. Tento jav sa využíva aj v ponorkách. Ked sa chce ponorka ponorit
naberie vodu a ponorí sa.
Ked chce naopak stúpat vytlací potrebné množstvo vody, tým zmenší váhu pri
rovnakom objeme a zacne stúpat. Najcastejšie môžeme Archimedov zákon pozorovat
vo vani. Ked si lahneme do vani, hladina vody sa zvýši. Hmotnost tejto vytlacenej
kvapaliny, sa podla Archimedovho zákona rovná sile, ktorá nás nadlahcuje.