Newtonove zákony
Tri Newtonove zákony tvoria súvislý opis pohybu v klasickej mechanike. Zásadné je oddeliť pohyb od jeho zmeny: teleso nepotrebuje silu, aby sa pohybovalo stálou rýchlosťou. Výsledná sila je potrebná na zmenu vektora rýchlosti, teda na zrýchlenie.
Prvý zákon vymedzuje inerciálne sústavy
Ak je výsledná sila na teleso nulová, jeho rýchlosť zostáva konštantná: môže byť v pokoji alebo sa pohybovať rovnomerne priamočiaro. To je princíp zotrvačnosti.
Prvý zákon tiež určuje triedu vzťažných sústav, v ktorých majú Newtonove rovnice jednoduchý tvar. V zrýchlenej sústave treba zaviesť zotrvačné sily alebo použiť inerciálny opis.
Druhý zákon je vektorová rovnica
Pre konštantnú hmotnosť píšeme ΣF⃗ = ma⃗. Výsledná sila a zrýchlenie majú rovnaký smer. Každú os riešime samostatne: ΣF_x = ma_x, ΣF_y = ma_y atď.
Nemožno stotožniť jednu vybranú silu s ma. Zrýchlenie určuje súčet všetkých vonkajších síl na zvolené teleso. Diagram síl má obsahovať iba sily pôsobiace na toto teleso.
Kalkulačka druhého zákona
Tretí zákon sa týka dvoch rôznych telies
Ak A pôsobí na B silou F⃗_AB, B pôsobí na A silou F⃗_BA = −F⃗_AB. Sily majú rovnakú veľkosť a opačný smer, ale pôsobia na rôzne telesá, takže sa v jednom diagrame nevyrušia.
Tiaž knihy a normálová sila stola na knihu nie sú dvojicou tretieho zákona. Partnerom tiaže je gravitačná sila knihy na Zem a partnerom normálovej sily je sila knihy na stôl.
Hmotnosť, tiaž a normálová sila
Hmotnosť je mierou zotrvačnosti a v klasickej mechanike nezávisí od miesta. Tiaž blízko povrchu Zeme má približne veľkosť mg a predstavuje gravitačnú silu na teleso.
Normálová sila nemusí byť rovná mg. Na naklonenej rovine, v zrýchľujúcom výťahu alebo pri dodatočnom prítlaku jej veľkosť vyplýva z pohybovej rovnice kolmo na povrch.
Trenie nie je vždy μN
Statické trenie sa prispôsobuje až do medznej hodnoty f_s ≤ μ_sN. Ak teleso nekĺže, nemožno automaticky písať f_s = μ_sN. Kinetické trenie pri šmyku sa často modeluje ako f_k = μ_kN.
Smer trenia odporuje relatívnemu šmyku alebo jeho tendencii v mieste kontaktu, nie nevyhnutne smeru pohybu ťažiska.
Spoľahlivý postup riešenia
Najprv zvoľte teleso alebo systém, nakreslite samostatný diagram síl, určte osi a napíšte zložkové rovnice ΣF = ma. Číselné hodnoty dosadzujte až potom.
Riešenie overte hraničnými prípadmi: keď výsledná sila zmizne, musí zmiznúť zrýchlenie; rovnaká sila na dvojnásobnej hmotnosti dá polovičné zrýchlenie.
Vyriešené príklady
1. Vozík
Riešenie
Výsledná sila 12 N pôsobí na hmotnosť 3,0 kg. a = F/m = 4,0 m/s².
2. Rovnováha
Riešenie
Ak je ΣF⃗ = 0, potom a⃗ = 0; teleso sa napriek tomu môže pohybovať stálou rýchlosťou.
3. Tretí zákon
Riešenie
Sila pneumatiky na vozovku a sila vozovky na pneumatiku tvoria dvojicu: sú rovnako veľké a opačné, ale pôsobia na rôzne telesá.