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.

Sigma FSigma F = ma

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.