Kontrolní otázky2 Flashcards
z e-learningu (11 cards)
Jaký je rozdíl mezi termíny kinetika, kinematika a dynamika?
Jedná se o termíny vztahující se k pohybu, jejichž význam se velmi často zaměňuje. Kinematika je část mechaniky zabývající se popisem pohybu. Typické kinematické fyzikální veličiny jsou polohový vektor, rychlost a zrychlení. Dynamika je část mechaniky, která se zabývá příčinami pohybu. Typické dynamické fyzikální veličiny jsou síla, hmotnost a hybnost. Kinetika je termín popisující pohyb jako celek (z lat. kinesis – vztah k pohybu). Kinetika tedy zaštiťuje oba předešlé termíny. Kinetika nemusí být jen mechanická, ale známe třeba chemickou kinetiku, zabývající se rychlostí chemických reakcí. Proto je kinetická energie a ne kinematická.
Jak byste vysvětlili, co popisuje skalární fyzikální veličina setrvačná hmotnost?
Určuje schopnost tělesa bránit se změnám svého pohybového stavu. Neboli, jak obtížné je objekt rozpohybovat, zastavit, zpomalit nebo urychlit. Čím je hodnota této fyzikální veličiny vyšší, tím obtížněji se dá měnit pohybový stav daného objektu.
Jaký je vztah mezi 1. a 2. Newtonovým pohybovým zákonem? Jedná se o naprosto nezávislé zákony nebo na sebe logicky navazují?
Logicky na sebe navazují. 1. zákon nám ve zkratce popisuje, co se děje s hmotným bodem, když je výsledný vektor síly (síla je vektorová fyzikální veličina), který na něj působí, nulový (všechny vektory sil se navzájem sečtou a velikost výsledného vektoru je nulová). 2. zákon nám popisuje situaci, když bude výsledný vektor síly nenulový. 1. zákon je tedy do určité míry specifickou situací toho 2. zákona.
Jaký je rozdíl mezi pohybovou rovnicí a pohybovou funkcí?
Jako pohybové funkce se označují složky polohového vektoru. Jedná se o funkce popisující časový vývoj polohy hmotného bodu. Jako pohybová rovnice se označuje 2. Newtonův pohybový zákon. Tedy vztah mezi vektorem výsledné síly působící na hmotný bod a zrychlením (přesněji vektorem zrychlení), které je mu tímto vektorem uděleno. Pokud se po Vás bude chtít sestavit pohybovou rovnici pro nějakou situaci (nakloněná rovina, vrh, pohyb po kružnici atd.), chce se po Vás zapsat vztah mezi výsledným vektorem síly a vektorem zrychlení daného objektu.
Dle 3. Newtonova zákona (akce a reakce) každá síla vyvolá stejně velkou reakci opačného směru. Proč se akční a reakční síla nevyruší, když jsou to dva vektory, které jsou stejně velké a opačného směru? Proč je auto po nárazu do stěny deformováno?
Odpověď je jednoduchá. Obě síly se nemohou vyrušit, protože každá působí na jiný objekt. Sčítat se dají jen vektory, které působí na stejný hmotný bod (viz 1. a 2. pohybový zákon). Proto se auto i překážka po nárazu deformují, po dlouhém stání nás bolí nohy a střelná zbraň je vymrštěna po výstřelu na druhou stranu, než vylétne kulka.
Jak byste vysvětlili, co to je hybnost a proč tuto vektorovou fyzikální veličinu v dynamice zavádíme?
Jak již název napovídá, hybnost je spojena se schopností objektu vyvolat pohyb. Objekt, který má hybnost se může stát hybatelem. Při srážce může rozpohybovat nebo zpomalit jiný objekt. Velikost hybnosti pak určuje, jak dobrým hybatelem objekt je. Proto také fyzikální veličinu hybnost zavádíme. Toto neumí samostatně popsat ani fyzikální veličina rychlost ani setrvačná hmotnost. Rychlé těleso má předpoklad být dobrým hybatelem, ale pokud má hmotnost 1 g, tak objektem při srážce příliš nepohne. Obdobně objekt s hmotností 1 000 kg může být dobrým hybatelem, pokud se ovšem nebude pohybovat šnečí rychlostí. Hybnost je významná veličina v pokročilé fyzice, kde je využívána jako alternativa pro sílu, která je špatně definovatelný pojem (např. teorie relativity).
Proč je u šikmého vrhu (kdy se objekt vrací do stejné nadmořské výšky), doba výstupu do maximální výšky stejná, jako doba pádu a proč se za této situace rovnají i velikosti rychlostí na začátku a konci pohybu?
V prvé řadě toto tvrzení platí, jen když zanedbáme všechny odporové (disipativní) síly (především ty spojené s odporem vzduchu). Potom během pohybu na vržený objekt působí jen jedna síla a to tíhová, která je konzervativní (neodebírá během pohybu tělesu jeho mechanickou energii, konzervuje ji). Během pohybu se tedy jen přeměňuje potenciální energie na kinetickou a naopak. Při dopadu do stejné nadmořské výšky (například zpátky na zem), musím mít tedy vektor rychlosti stejnou velikost jako na začátku. Bude mít jen jiný směr. Obdobně musí platit, že doba výstupu je stejná, jako doba dopadu. Pokud se při výstupu přeměnila část kinetické energie na potenciální působením konstantní síly, pak tato síla potřebuje stejně dlouho dobu, aby zase stejné množství potenciální energie přeměnila na kinetickou.
Proč při řešení pohybu na nakloněné rovině otáčíme osy soustavy souřadné, tak aby jedna osa směřovala podél nakloněné roviny?
Aby se nám dané pohyby snadněji vyšetřovaly! Těleso se na nakloněné rovině může pohybovat jen podél nakloněné roviny. 2D pohyb se nám tedy tímto otočením os redukuje na 1D, což znamená mnohem méně počítání. Touto úpravou se nám pouze komplikuje práce s tíhovou silou. Ta totiž směřuje vždy kolmo k povrchu Země a tedy běžně při přímočarých pohybech proti směru osy y. Na nakloněné rovině ji musíme rozložit do nového směru osy x a y otočené soustavy souřadnic. Což, ale za zjednodušení dalších výpočtů jednoznačně stojí.
Proč při řešení příkladů na nakloněnou rovinu nemůžeme, na rozdíl od vrhů, použít zákon zachování mechanické energie (obsah 3. přednášky)?
Protože zákon zachování mechanické energie platí jen v situacích, kdy na objekt nepůsobí žádná disipativní síla. Tento předpoklad je splněn u vrhů, pokud zanedbáme odpor vzduchu, ale ne u příkladů na nakloněnou rovinu. Zde vystupuje třecí síla, která mechanickou energie pohybujícímu objektu ‘‘odebírá‘‘ (disipuje). Na zmatení nepřítele je nutné dodat, že toto nebude platit u valení po nakloněné rovině, jak uvidíte během semestru.
Může odporová síla vykonat kladnou práci? Jak velkou práci vykoná konzervativní síla, pokud přesouvaný předmět skončí na stejném místě, jako začal?
Nemůže. Odporová síla působí vždy proti pohybu. Vektor odporové síly tedy svírá s polohovým vektorem přesouvaného objektu vždy 180°. Hodnota fyzikální veličiny práce tedy musí být v tomto případě vždy záporná (v definici práce vystupuje cos tohoto úhlu, který bude roven -1).
Výsledná práce konzervativní síly bude rovna 0, i když objektem pohybovala (být konzervativní silou je nevděčná práce). Práce konzervativních sil je dána jen počáteční a koncovou polohou, nezáleží na tvaru trajektorie mezi nimi. To neplatí u práce disipativních sil.
Může být účinnost vyšší nebo rovna 100 %?
Nemůže. Bezrozměrná fyzikální veličina účinnost nám určuje, jak efektivně lze nějakou činností (strojem) přeměnit jednu energii (vstupní) na jinou (výstupní). Účinnost navíc nemůže být v reálném světě ani hraničních 100% (vždy jsou ztráty dané disipativními silami). To by porušovalo zákony termodynamiky. My budeme vstupní i výstupní energii vztahovat na jednotku času (práce/energie vztažená na jednotku času se označuje jako výkon). Definici účinnosti tedy uvádíme jako poměr výstupního výkonu a vstupního výkonu (tzv. příkonu).
