1. Dynamika

1. Siła wypadkowa jest to siła, która zastępuje działanie kilku innych sił działających na ciało.

Zgodnie z drugą zasadą dynamiki siła wypadkowa powoduje zmianę pędu ciała.

Wypadkowa sił jest równa zero, wtedy i tylko wtedy, gdy siły działające równoważą się tzn. mają ten sam kierunek, przeciwne zwroty i równe wartości

Gdy wypadkowa sił jest większa od 0, to ciało będzie się poruszać ruchem jednostajnie przyspieszonym

Podstawową jednostką siły jest 1 niuton [N]

Niuton - jest to jednostka siły występująca w układzie SI, oznaczana symbolem N.

Siła o wartości 1N odpowiada sile, jaka jest wymagana do nadania ciału o masie 1kg przyśpieszenia równego 1 m/s².

Fc= m*g [ N= kg*m/s2 ]

Fc- siła ciężkości
m- masa ciała
g- przyspieszenie ziemskie g= 9,81 m/s2

Siłę możemy obliczyć przekształcając wzór na przyspieszenie lub jako różnicę zmiany pędu w czasie.

Przykładowe zadanie z wykorzystaniem wzoru na siłę

Jaka średnia siła działa na pociąg o masie 250t, który w ciągu 15min przyspiesza z prędkości 0km/h do 36km/h?

Dane:	Szukane:	Wzory:
t = 15min = 900s	F
v0 = 0 km/h = 0m/s
v1 = 36km/h = 10m/s
m = 250t = 250000kg

Odpowiedź: Na pociąg w przybliżeniu działa siła równa 2777,8N.

SIŁA jest wielkością wektorową ponieważ posiada:

- Kierunek - prosta na której leży wektor

- Zwrot - określa orientację wektora w ramach kierunku

- Wartość - długość wektora

- Punkt przyłożenia - miejsce w którym rozpoczyna się wektor

-Dwie sily się równoważą,kiedy mają jednakowy kierunek,tę samą wartość,ale

przeciwny zwrot. (wypadkowa wynosi 0)

-Siła równoważąca daną siłę ma ten sam kierunek działania,tę samą wartość,

przeciwny zwrot.

2. Składanie sił o tym samym kierunku

SKŁADANIE SIŁ - to zastąpienie kilku sił składowych jedną wypadkową, która powoduje takie same skutki jak siły składowe

a).Składanie sił o tym samym kierunku i zgodnym zwrocie.

Siła wypadkowa Fw ma następujace cechy:

- kierunek działania taki sam jak kierunek działania sił składowych,

- zwrot zgodny ze zwrotem sił składowych,

- wartość równą sumie wartosci sil składowych.

Fw=F1+F2

 b).Składanie sił o tym samym kierunku i przeciwnym zwrocie.

Siła wypadkowa Fw dwóch działajacych sił F1 i F2 o przeciwnych zwrotach ma następujące cechy:

- punkt przyłożenia taki sam co sił składowych,

- zwrot jak siła składowa o większej wartości,

- wartość równą różnicy wartosci sił składowych. Fw = F1 - F2

Np. 2 osoby ciągną linę w przeciwną stronę ;

Fr siła równoważaca

Każda z 4 osob ciągnie linę z określoną siłą. Skoro apaszka została przeciągnięta, to znaczy, że po obu jej stronach działały siły o różnych wartościach. Suma wartości sił po jednej stronie była większa od sumy wartości sił po drugiej stronie. Różnica pomiędzy nimi, to wartość siły wypadkowej. Poniżej jest schemat rozkładu sił.

Zwróć uwagę, że w obu przypadkach siła wypadkowa skierowana jest w tę stronę, w którą nastąpił ruch.

3.Składanie sił o różnych kierunkach.

Siłę wypadkową mozna wyznaczyć graficznie,stosując zasadę równoległoboku.

 W tym celu należy wykreślić równoległobok,którego bokami są siły składowe F1 i F2.Przekątną tego równoległoboku stanowi wektor siły wypadkowej Fw,którego punkt przyłożenia jest wspólny z punktem przyłozenia wektorów sił składowych F1 i F2.

4. Dynamiczne skutki oddziaływań:

ciało zmienia stan ruchu:

-zostaje zatrzymane

-porusza się coraz wolniej,

-ciało przyspiesza,

- ciało skręca - np. ruch po okręgu,

-ciało rozpoczyna swój ruch.
np.

ruch auta, kopnięcie piłki na boisku do gry w piłke nożną, ruch piłki tenisowej na korcie, ruch kulki śniegu, skok człowieka

5. Opory ruchu

Oporami ruchu nazywamy wszystkie siły działające na poruszające się ciało fizyczne, które przeciwdziałają poruszaniu się tego ciała.

Rodzaje oporów ruchu:

• tarcia

• lepkości

• toczenia

• wzniesienia

• aerodynamiczny- opór powietrza- tarcie pomiędzy poruszającym się ciałem a powietrzem. Kształty aerodynamiczne, opływowe zmniejszają siłę oporu powietrza.
  

Tarcie jest siłą przeciwdziałającą ruchowi - siłą hamującą

Tarcie- siły oporu ruchu ( pochodzące od oporu położenia, środowiska):
· Tarcie statyczne- gdy wprawiamy w ruch ciało znajdujące się w spoczynku,
· Tarcie dynamiczne- gdy zmieniamy prędkość ciała znajdującego się w ruchu.

Wartość siły tarcia jest tym większa, im mocniej ciała na siebie naciskają.

Wartość siły tarcia zależy od rodzaju powierzchni, a nie od ich wielkości.

Kierunek siły tarcia jest zawsze zgodny a zwrot przeciwny do wektora prędkości, z którą ciało się porusza.

Zmniejszają tarcie: · Gdy powierzchnia jest śliska,· Gdy ciało się toczy,· Używanie łożysk i smarów.

Przykłady siły tarcia: · Hamulec a koło,· Buty alpinisty a skała,· Pocieranie rąk.

Tarcie jest szkodliwe najczęściej w różnego rodzaju maszynach powodując np. ich

przegrzeanie.

Kiedy tarcie jest nam pomocne: - łapanie piłki- hamowanie samochodu,- chodzenie,
- przenoszenie napędu w samochodzie przez sprzęgło - ostrzenie noża osełką

Zadanie. Opory ruchu działające na pewien rower mają wartość 25 N.Jaką pracę wykonał rowerzysta,który przejechał na tym roweże 2 km ruchem jednostajnym:)

dane; szukane:

s=2km=2000m

F=25N

szukane;

W=?

wzór;

W=F*s

rozwiazanie;

W=25N*2000m=50000J;)

odp; wykonana praca ma wartośc 50000J;)

6. I zasada dynamiki

Jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające na ciało się równoważą to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym

1 zasada dynamiki nazywana jest też zasadą bezwładności.

 Jezeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą,to ciało

pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

 

Przykład: Gdy autobus rusza z przystanku,twoje ciało zachowuje się tak,jakby chciało pozostać w spoczynku. Jeżeli siedzisz przodem do kierunku jazdy,

zostajesz wcisnięty w fotel. I odwrotnie - hamujący autobus powoduje ruch

twojego ciała do przodu.

II Zasada Dynamiki Newtona -

Jeżeli na ciało zadziała niezrównoważona siła to zacznie ono poruszać się ruchem jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała

a - przyspieszenie [m/s2]

F - siła [N]

m - masa [kg]

Spadające ciała poruszają się ruchem jednostajnie przyspieszonym.

Przyspieszenie,z jakim porusza się spadające ciało,nazywa się

przyspieszeniem ziemskim i wynosi: g =9,81 m/s2

Z II zasady dynamiki wynika,że:

Fg = m x g

 

Przykład; spadające jabłko z drzewa,spadanie piłki z wysokości, ruch po

okręgu wskutek niezrównoważonej siły dośrodkowej, samochód zwiększający swoją prędkość pod wpływem dzialania siły (której zwrot i kierunek jest zgodny ze zwrotem i kierunkiem wektora prędkości, i inn.

III zasada dynamiki

Jeżeli ciało A działa na ciało B siłą F_AB, to ciało B działa na ciało A siłą F_BA równą co do wartości, ale przeciwnym zwrocie: F_AB= -F_BA

Zasada ta jest również nazywana zasadą akcji i reakcji.
Zasadę tę można zobrazować na wiele sposobów np. siedząc na krześle działasz na nie pewną siłą, ale ono również działa na ciebie, z czasem zaczyna boleć nas siedzenie.

Np. Jeden z chłopców odpycha drugiego na łyżwach.

2. Praca, moc,energia

1. Formy energii:

 energia mechaniczna

a)energia kinetyczna

b)energia potencjalna

 energia elektromagnetyczna- to forma energii charakterystyczna dla ruchu ładunków elektrycznych i związanych z tym ruchem zmian pól

elektrycznych i magnetycznych

 energia spoczynkowa.- ciała materialnego wywodzi się z teorii względnośći Alberta Einsteina. Ustanawia ona ścisłą relacją pomiędzy pojęciami masy i energii:

E  m  c2 ,

gdzie: m - masa ciała, c = 299 792 458 m/s - prędkości światła w próżni.

• energia słoneczna: to w istocie energia elektromagnetyczna pochodząca z energii jądrowej, której głównym pierwotnym źródłem jest energia spoczynkowa jąder atomowych (głównie wodoru)

 energia chemiczna: to głównie energia kinetyczna atomów i energia potencjalna oddziaływań elektromagnetycznych elektronów w cząsteczkach związków chemicznych

 energia cieplna: inaczej „ciepło”, to zmiana energii kinetycznej i energii potencjalnej cząsteczek ciała

2. Praca - skalarna wielkość fizyczna, miara ilości energii przekazywanej między układami fizycznymi w procesach mechanicznych, elektrycznych, termodynamicznych i innych; oznacza formę zmian energii, nie zaś jedną z form energii.

Praca W jest to iloczyn wartości siły F działającej na ciało

i drogi s przebytej przez to ciało podczas działania siły:

W = F s.

Jednostką pracy w układzie SI jest: niuton (N)  metr (m).

Nazywamy ją dżulem (1 J); 1 J = 1 N  1 m.

Jednostką miary pracy w układzie jednostek miar SI jest dżul (J) określany jako niuton?metr:
1J= 1N*1m
Praca jest większa, gdy wykonuje ją większa siła lub gdy przesunięcie (droga) jest większe. Wzór na pracę - W=F*s

zadanie z wykorzystaniem wzoru na pracę

Jaką pracę wykona uczeń przesuwając po ławce swoje książki używając siły równej 25N na odległość 30cm?

Dane: F=25N

r = 30cm = 0,3m

Szukane: W=?

Wzory

odpowiedź: Uczeń wykona pracę równą 7,5J.

3. Moc oznacza się ją literą P i jest to wielkość fizyczna, której miarą jest iloraz wykonanej pracy do czasu, w którym ta praca została wykonana.
P = W/t
Jednostką mocy jest 1 wat (oznaczany literą W - nie mylić jednostki z oznaczeniem pracy).
W = J/s
Jeden wat to moc urządzenia, które pracę jednego dżula wykonuje w ciągu jednej sekundy.
Moc chwilowa to granica, do której zmierza stosunek pracy do czasu, gdy czas wykonywania pracy zmierza do zera.

Jaką moc posiada sportowiec, który w czasie 10s podniesie ciężar o masie 120kg na wysokość 2,5m?

Dane:

t = 10s P

m = 120kg

h = 2,5m F

szukane P=?, W=?, F=?

Wzory:

Odp. Sportowiec ma moc 300W.

4. Energia mechaniczna związana jest ze zmianą położenia ciała względem innych ciał.

5.Rozróżniamy dwa rodzaje energii mechanicznej:

1.energię kinetyczną

2 energię potencjalną. a) potencjalną sprężystości b) energię potencjalną grawitacji.

Pierwsza z nich jest związana z ruchem, druga z potencjalną możliwością wykonania pracy

przez ciało (na przykład woda w wodospadzie może napędzać turbinę elektrowni).

7. Jeśli ciało porusza się, to posiada energię kinetyczną. Innymi słowy energia kinetyczna

związana jest ze stanem ruchu ciała. Jeśli ciało spoczywa, wówczas jego energia kinetyczna

jest równa zero. Jeśli prędkość ciała wzrasta, to równocześnie rośnie energia kinetyczna.

Im szybciej porusza się dane ciało, tym większą ma energię kinetyczną,

En. Kinetyczna ciała zależy od prędkości i masy ciała.

Zadanie 1

Ciało o masie 2 kg porusza się ruchem jednostajnym z prędkością 10 m/s. Oblicz jego energię kinetyczną.

Rozwiązanie

Podstawiamy dane zadania do wzoru i otrzymujemy:

E_k = mv²/2 = 2 * 10 ²/2 = 100 J

Przykład

Energię kinetyczną posiadają takie ciała jak np.: jadący samochód, lecący samolot, jadący

rowerzysta, skaczący z samolotu spadochroniarz, spadające krople deszczu itd.

Energia kinetyczna zależy od masy ciała oraz od jego prędkości.

6. Energia potencjalna grawitacji związana jest z ciałami, które zmieniają swoje położenie

względem powierzchni Ziemi i wykonują ruch pod wpływem siły grawitacji. Najprościej

mówiąc ciała spadające lub też podnoszone czy podrzucane do góry posiadają energię

potencjalną grawitacji.

Przykład

Ciałami mającymi energię potencjalną grawitacji są: wyrzucona do góry piłka, skoczek

z tyczką w momencie przelotu na poprzeczką, balon nad ziemią itp.

Energia potencjalna grawitacji zależy od wysokości, na jaką wzniesione jest ciało oraz od

jego masy. Okazuje się też, że zależy od wielkości przyspieszenia ziemskiego g. Jest to o tyle

oczywiste, że ciężar ciała, czyli siła z jaką Ziemia je przyciąga, zależy też od g.

zadanie z wykorzystaniem wzoru na energię potencjalą ciężkości

Jaką energię potencjalną ciężkości względem podłogi sklepu będzie miała czekolada o masie 100g podniesiona na półkę o wysokości 2m przez pracownika sklepu?

Dane:	Szukane:	Wzory:
m = 100g = 0,1kg	Ep
h = 2m
g ? 10m/s^2

Rozwiązanie:

odpowiedź: Czekolada będzie miała energię potencjalną ciężkości równą 2J.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Tej nie trzeba chyba

Energia potencjalna sprężystości dotyczy ciał, które wykonały pracę lub nad którymi

wykonano pracę, a jej efektem jest zmiana kształtu tego ciała.

Przykład

Ciała posiadające energię potencjalną sprężystości: sprężynka w długopisie (gdy włączasz lub wyłączasz długopis), gumka recepturka (gdy ją rozciągasz).

energia sprężystości zgromadzona w rozciągniętej sprężynie zależy od:

• wielkości rozciągnięcia (czyli przesunięcia końca sprężyny) - x

• stałej sprężystości sprężyny - k, (czyli wielkości określającej jak dużej siły potrzeba, aby rozciągnąć sprężynę)

Zadanie:Jaką energię potencjalną sprężystości ma sprężyna, której wydłużenie wynosi 1m, a współczynnik sprężystości 10N/m?

Dane: Szukane: Es=? Wzory:

x = 1m

k = 10N/m

Odp.Sprężyna ta ma energię potencjalną sprężystości równą 5J.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8. Zasada zachowania enegii mechanicznej
W układzie izolowanym ciał całkowita energia mecxhaniczna (suma energii potencjalnej i kinetycznej) nie ulega zmianie

Suma tych dwóch form energii jest stała.

E_m = E_p + E_k = const.

Gdzie:

oraz

E_p =mgh

Z zasady zachowania energii wynika, że energia nie może powstać z niczego, i nie może także zniknąć bez śladu. Energia może zamieniać się w inne formy energii lub na pracę mechaniczną.

przykład piłki o masie m zawieszonej na wysokości h. Posiada ona energię potencjalną E_p = mgh, jednak kiedy zacznie spadać nabiera z każdą sekundą prędkości, przez co zwiększa się jej energia kinetyczna, natomiast ponieważ zmniejsza się wysokość, zminiejsza się energia potencjalna. Wszelkie opory ruchu pomijamy. Jasno widać z tego przykładu, że energia potencjalna przechodzi w energię kinetyczną. Dzięki zasadzie zachowania energii wiemy, że w dowolnym momencie ruchu tej piłki energia całkowita jest równa sumie energii potencjalnej i kinetycznej: E_c = E_p + E_k

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

tego nie trzeba chyba

ZASADA ZACHOWANIA PĘDU

Pęd - definicja
Pęd jest to wektor będący iloczynem masy i prędkości. Jego kierunek i zwrot są takie same jak kierunek i zwrot prędkości. Jednostką pędu jest [kg ^. m/s]

Każde ciało, które posiada prędkość posiada również pęd.
Spotkałeś się z pewnością z przysłowiem "w przyrodzie nic nie ginie". W fizyce powiedzenie to sprawdza się bardzo często, dlatego jest w niej tak wiele różnych zasad zachowania czegoś, jedną z nich jest zasada zachowania pędu:

Zasada zachowania pędu
Jeśli wypadkowa sił zewnętrznych działających na układ równa się zeru, to wektor wypadkowego pędu całego układu pozostaje stały.

Zasada ta jest bardzo często obserwowana w naszym życiu. Np. jeśli ktoś wyskakuje z nieruchomej łódki w stronę brzegu, to zauważa, że potem łódka zaczęła poruszać się w przeciwnym kierunku. Inny przykład: jeśli ktoś strzela z broni palnej, to z pewnością odczuł jak np. strzelba "uderza" go po wystrzale. Zjawisko odrzutu jest szeroko wykorzystywane np. w samolotach odrzutowych lub rakietach.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2

---