Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
± Mechanika tuhého tělesa<br />
Doko<strong>na</strong>le tuhé těleso je takové těleso, které nepodléhá deformaci a má pevnou, konstantní, hustotu. Veškeré<br />
pohyby, které doko<strong>na</strong>le tuhé těleso koná, jsou jednoz<strong>na</strong>čně určeny pohybem jeho tří bodů, které neleží v jedné<br />
přímce.<br />
Obecný pohyb <strong>na</strong>hrazujeme dvěma pohyby:<br />
1. Posuvným pohybem<br />
2. Otáčivým pohybem<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový<br />
<strong>test</strong><br />
Určeno jako učební text pro studenty dálkového studia.<br />
ad 1.<br />
Posuvný pohyb - translační<br />
- při translačním pohybu platí:<br />
Každá přímka (rovi<strong>na</strong>) zůstává v daném tělese stále rovnoběžná s původní polohou. Všechny body tělesa<br />
opisují stejné dráhy, mají stejné rychlosti i zrychlení - co do velikosti i směru. Pohyb tělesa je popsán pohybem<br />
jediného bodu. Koná-li těleso posuvný pohyb, stačí tedy sledovat pohyb jediného bodu (<strong>na</strong>př. těžiště).<br />
ad 2.<br />
Otáčivý pohyb - rotace kolem pevné osy<br />
- existuje jediná přímka v tělese, o jejíchž bodech můžeme říci, že jsou v klidu - osa rotace. Má-li osa rotace<br />
stálý směr, všechny body rotujícího tělesa opisují kružnice, jejichž středy leží <strong>na</strong> ose rotace. Roviny, v nichž<br />
kružnice leží, jsou rovnoběžné a kolmé k ose rotace. Každý bod tělesa koná kruhový pohyb.<br />
Pohybová energie tuhého tělesa<br />
Mějme těleso, které se skládá z m-bodů. Kinetická energie tohoto tělesa je rov<strong>na</strong> součtu kinetických energií<br />
jednotlivých bodů.<br />
Dá se pomocí vzorců odvodit, že kinetická energie tělesa při posuvném pohybu je rov<strong>na</strong> kinetické energii<br />
veškeré hmoty tělesa soustředěné v těžišti. Podobně lze odvodit, že kinetická energie rotujícího tělesa kolem<br />
pevné osy je rov<strong>na</strong> polovičnímu součinu momentu setrvačnosti vzhledem k ose a kvadrátu úhlové rychlosti.<br />
Pozn.: Moment setrvačnosti se vypočte J = m.r 2 , kde m je hmotnost bodu a r je poloměr otáčení<br />
Celková kinetická energie doko<strong>na</strong>le tuhého tělesa je pak rov<strong>na</strong> součtu pohybové energie posuvného pohybu a<br />
součtu energie kruhového pohybu.<br />
± Skládání a rozklad sil<br />
Síla je vzájemné působení dvou těles. Projeví se buď dy<strong>na</strong>micky nebo staticky.<br />
Statické účinky - projeví se změnou tvaru, či objemu tělesa.<br />
Např.: Hozená sněhová koule - změní tvar i objem<br />
Průhyb železa - změní tvar<br />
Dy<strong>na</strong>mické účinky - těleso se dá do pohybu<br />
Sílu chápeme jako vektor. Je tedy urče<strong>na</strong> nejen velikostí, ale i působištěm, směrem a orientací.<br />
VARIACE<br />
1<br />
Tento dokument byl kompletně vytvořen, sestaven a vytištěn v programu doSystem - EduBase. Více informací o programu<br />
<strong>na</strong>leznete <strong>na</strong> www.dosli.cz.<br />
Skládat budeme dva druhy sil:<br />
I. Síly působící v témže bodě tuhého tělesa<br />
II. Síly působící v různých bodech tuhého tělesa<br />
V obou případech budeme uvažovat pouze ty polohy, v nichž jsou vektorové přímky buď různoběžné anebo<br />
rovnoběžné splývající.<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
1 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
ad I. Síly působící v témže bodě tuhého tělesa<br />
A. Vektorové přímky jsou rovnoběžné splývající<br />
1. Síly téže orientace<br />
Pozn.: Skládané síly budeme vždy <strong>na</strong>zývat složky. Sílu, která vznikne, budeme <strong>na</strong>zývat výslednice.<br />
Výslednice je v tomto případě co do velikosti rov<strong>na</strong> součtu velikostí všech složek. Má směr i orientaci shodný se<br />
směrem a orientací skládaných složek.<br />
2. Síly opačné orientace<br />
Výslednice je v tomto případě svou velikostí rov<strong>na</strong> absolutní hodnotě rozdílu velikostí skládaných sil. Směr i<br />
orientaci má podle větší z nich.<br />
B. Vektorové přímky jsou různoběžné různé<br />
Složit dvě nebo více sil z<strong>na</strong>mená <strong>na</strong>lézt takovou výslednici, jejíž účinky jsou schopné se rov<strong>na</strong>t se silovými<br />
účinky skládaných sil. Většinou skládáme dvě síly. Pokud máme složit více sil, postupujeme následovně:<br />
- posuneme dvě síly po vektorových přímkách do společného působiště<br />
- doplníme <strong>na</strong> rovnoběžník a výslednici posuneme zpět<br />
- stejným způsobem složíme výslednici s další silou, až dojdeme k výsledku<br />
Rozklad sil<br />
Rozložit sílu, z<strong>na</strong>mená <strong>na</strong>jít takové síly (složky), jejichž silové účinky jsou shodné s účinkem rozkládané síly.<br />
Rozložit sílu ve více než dvě složky je úloha mnohoz<strong>na</strong>čná, proto se jí nebudeme zabývat.<br />
Výslednice je svým směrem, velikostí i orientací urče<strong>na</strong> úhlopříčkou rovnoběžníku sil.<br />
Pozn.: Místo silového rovnoběžníka někdy též používáme silový trojúhelník.<br />
Zvláštní případ: Síly jsou <strong>na</strong> sebe kolmé<br />
I. Známe výslednici a směry obou složek<br />
(doplníme <strong>na</strong> rovnoběžník)<br />
II. Známe velikost, směr a orientaci jedné složky a výslednici.<br />
III. Známe velikost složek a výslednici<br />
Tato úloha má jediné řešení, pokud platí trojúhelníková nerovnost. Neplatí-li trojúhelníková nerovnost, nemá<br />
řešení.<br />
IV. Známe velikost jedné složky a směr druhé složky a výslednici<br />
V tomto případě může mít úloha 0, 1 nebo 2 řešení.<br />
V tomto případě:<br />
2 2<br />
F = F 1<br />
+ F2<br />
ad. II. Síly působící v různých bodech tuhého tělesa<br />
Pozn.: Vektorová přímka - je to přímka, jejíž částí je zadaný vektor.<br />
Platí pravidlo: Silový účinek dané síly se nezmění, posuneme-li její působiště do libovolného bodu její<br />
vektorové přímky.<br />
± Těžiště tělesa, rovnovážné polohy<br />
Těžiště tělesa<br />
Mějme libovolné doko<strong>na</strong>le tuhé těleso. Skládá se z hmotných bodů. Každý hmotný bod má určitou tíhu<br />
(podléhá působení gravitační síly Země). Složením dvou tíh hmotných bodů dostaneme jistou výslednici. Tuto<br />
výslednici složíme s tíhou dalšího bodu, atd. Tak postupně složíme veškeré elementární tíhy a dostaneme<br />
celkovou výslednici, která představuje tíhu daného tělesa.<br />
Nabízí se otázka: Kde má tato výslednice působiště??? Je to někde "uprostřed" tělesa. A tomuto bodu, kde je<br />
právě působiště tíhy tělesa, říkáme těžiště tělesa.<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
2 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
3 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
Pozn.: Těžiště tělesa ve fyzice a těžiště trojúhleníku v matematice není zdaleka totéž!<br />
Těžiště tělesa je tedy působiště výslednice všech rovnoběžných sil, kterými působí tíže <strong>na</strong> jednotlivé části<br />
tělesa.<br />
Určování polohy těžiště tělesa<br />
1. Stejnorodá tenká tyč<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
polohy.<br />
Příklad: Obraz zavěšený <strong>na</strong> zdi<br />
2. Rovnovážná poloha vratká (labilní)<br />
Těleso je v tomto případě upevněné pod těžištěm. Po vychýlení se vlivem momentu síly stáčí do nové polohy, a<br />
to do stabilní.<br />
Příklad: Žák houpající se <strong>na</strong> židli<br />
<strong>3.</strong> Rovnovážná poloha volná (indiferentní)<br />
Těleso je v tomto případě upevněné v těžišti. Po vychýlení zůstává v té poloze, do které jsme ho vychýlili.<br />
Příklad: Kolo u auta<br />
2. Tenká homogenní deska libovolného tvaru<br />
Stabilita tělesa<br />
Stabilita je schopnost tělesa se po vychýlení vracet do původní polohy. Mírou stability je práce, která je třeba<br />
k tomu, abychom těleso z polohy stálé přemístili do polohy vratké. Stabilita je tím větší, čím větší je tíha<br />
tělesa, dále čím menší je výška těžiště <strong>na</strong>d rovinou podložky a také čím větší je vzdálenost průsečíku<br />
svislé těžnice s podstavou od osy otáčení.<br />
Příklady jak zvětšit stabilitu tělesa:<br />
Snížení těžiště:<br />
Jízda <strong>na</strong> lyžích, konstrukce automobilů, snižování těžiště u soch, atd.<br />
Zvětšení vzdálenosti průsečíku svislé těžnice s podstavou od osy otáčení:<br />
Vázy, sochy, stojany <strong>na</strong> skok do výšky, apod.<br />
Stabilita tělesa z hlediska energie<br />
Těžnice je každá přímka procházející těžištěm.<br />
Těžiště tenké homogenní desky určíme tak, že těleso alespoň ve dvou různých bodech zavěsíme. Přímka, která<br />
v tuto chvíli prochází bodem závěsu svisle dolů je těžnice. Průsečík alespoň dvou těžnic nám určí těžiště tělesa.<br />
Pravidelné homogenní těleso má těžiště vždy ve svém středu. Těžiště nemusí být vždy uvnitř tělesa (př. toroid<br />
- prstýnek, pneumatika, hrnec, dutá koula, dutý válec, podkova, matka).<br />
S<strong>na</strong>dno dokážeme určit těžiště <strong>na</strong>příklad u krychle, kvádru, koule, kružnice, obdélníka, čtverce, rovnostranného<br />
trojúhelníka, pravidelného n-úhelníka.<br />
Rovnováha tuhého tělesa<br />
Statika<br />
Zavěšená nebo podepřená tělesa jsou v klidu v rovnováze, protože kromě vlastní tíhy <strong>na</strong> ně působí jen reakce<br />
opory, která je s tíhou v rovnováze.<br />
Druhy rovnovážných poloh<br />
1. Rovnovážná poloha stálá (stabilní)<br />
Těleso je v tomto případě zavěšené <strong>na</strong>d těžištěm. Po vychýlení se stáčí vlivem momentu síly do původní<br />
Podmínkou pro stálost polohy tělesa je minimální potenciální energie. Těleso v klidu má minimální potenciální<br />
energii, je-li ve stálé poloze. Ve vratké poloze má těleso maximální potenciální energii.<br />
± Jednoduché stroje<br />
Jednoduché stroje<br />
Jednoduchými stroji <strong>na</strong>zýváme ve fyzice taková zařízení, která nám práci us<strong>na</strong>dní, ale ne ušetří. Z<strong>na</strong>mená to<br />
tedy, že při použití jednoduchého stroje bude velikost vyko<strong>na</strong>né práce jako kdybychom ji vyko<strong>na</strong>li bez něj.<br />
Pouze si zpravidla vykonání této práce rozložíme do většího časového úseku a tím si tedy práci us<strong>na</strong>dníme.<br />
Mezi jednoduché stroje patří:<br />
• Nakloněná rovi<strong>na</strong><br />
• Páka<br />
• Kladka pevná<br />
• Kladka volná<br />
• Kladkostroj<br />
• Kolo <strong>na</strong> hřídeli<br />
• Klín<br />
• Šroub<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
4 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
5 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
1. Nakloněná rovi<strong>na</strong><br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
1<br />
F p<br />
= 588,6.<br />
3<br />
F p = 196,2 N<br />
∆F = F - F p = 588,6 - 196,2<br />
∆F = 392,4 N = 400 N (po zaokrouhlení)<br />
Potřebná síla se použitím <strong>na</strong>kloněné roviny zmenší o 400 N.<br />
2. Páka<br />
Páka je vlastně tyč podepřená v jednom bodě.<br />
h ... výška <strong>na</strong>kloněné roviny<br />
l ... délka <strong>na</strong>kloněné roviny<br />
α ... úhel <strong>na</strong>kloněné roviny<br />
F ... gravitační síla působící <strong>na</strong> těleso (= tíha tělesa)<br />
F t ... tlaková síla <strong>na</strong> podložku<br />
Fp ... pohybová síla ve směru <strong>na</strong>kloněné roviny<br />
Celková gravitační síla působící <strong>na</strong> těleso se rozkládá <strong>na</strong> složku tlakovou a <strong>na</strong> složku pohybovou. Úhel<br />
<strong>na</strong>kloněné roviny je α. Tento úhel se promítá i do rovnoběžníku sil - <strong>na</strong> základě pravidla, že dva úhly, které<br />
mají <strong>na</strong> sebe kolmá obě rame<strong>na</strong>, jsou shodné.<br />
Platí: sinα = h/l sinα = F p/F proto h/l = F p/F<br />
h<br />
F p<br />
= F.<br />
l<br />
Podle tohoto vzorce můžeme vypočítat, jakou silou je těleso "taženo" po <strong>na</strong>kloněné rovině směrem dolů. Je<br />
zcela zřejmě menší než síla, kterou by těleso bylo "taženo" svisle dolů, tedy síla volného pádu. Pokud<br />
nebudeme uvažovat tření <strong>na</strong> <strong>na</strong>kloněné rovině, pak stejně velkou silou jako je těleso "taženo" směrem dolů ho<br />
budeme muset táhnout směrem <strong>na</strong>horu (viz zákon setrvačnosti). A to jsme potřebovali pro výpočty vědět.<br />
Ukázkový příklad:<br />
Příklad 1:<br />
a, b ... rame<strong>na</strong> sil (vzdálenosti působiště síly od osy otáčení)<br />
l ... délka tyče<br />
F 1, F 2 ... síly působící <strong>na</strong> koncích ramen páky<br />
Na páce obecně <strong>na</strong>stává rovnováha, jestliže platí:<br />
F 1 . a = F 2 . b<br />
Pozn.: Součin síly a jejího ramene je tzv. Moment síly. Udává se v jednotkách newtonmetr [N.m]<br />
Druhy pák:<br />
1. Páka dvojzvratná (viz horní obrázek)<br />
2. Páka jednozvratná<br />
Potřebujeme zvednout bednu o hmotnosti 60 kg <strong>na</strong> plošinu nákladního automobilu (do výšky 1 metr). O kolik<br />
se zmenší síla, kterou potřebujeme <strong>na</strong> zvednutí bedny, jestliže místo toho, abychom ji zvedali svisle vzhůru,<br />
použijeme k vytažení prkno délky 3 metry? Tření vzniklé při posunu bedny zanedbejme.<br />
Řešení:<br />
m = 60 kg<br />
g = 9,81 m/s 2<br />
h = 1 m<br />
l = 3 m<br />
∆F = ? (rozdíl sil)<br />
-------------------------------------<br />
F = m . g<br />
F = 60 . 9,81 = 588,6<br />
F = 588,6 N<br />
h<br />
F p<br />
= F.<br />
l<br />
Pozn.: Páka dvojzvratná může být <strong>na</strong>víc ještě rovnoramenná.<br />
Užití páky v praxi:<br />
Stavební kolečko, zvedání těžkých předmětů, nůžky, louskáček <strong>na</strong> ořechy, sochor, atd.<br />
Ukázkový příklad:<br />
Příklad 2:<br />
Na jednom rameni páky působí ve vzdálenosti 24 cm od osy síla 300 N. Na druhém rameni páky působí síla 96<br />
N. V jaké vzdálenosti od osy tato síla působí, <strong>na</strong>stane-li rovnováha <strong>na</strong> této páce?<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
6 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
7 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
a = 24 cm<br />
F 1 = 300 N<br />
F 2 = 96 N<br />
b = ? [cm]<br />
--------------------------------------<br />
F 1 . a = F 2 . b<br />
F . 1<br />
a<br />
b =<br />
F2<br />
300.24<br />
b =<br />
96<br />
b = 75 cm<br />
Síla působí ve vzdálenosti 75 cm od osy otáčení.<br />
<strong>3.</strong> Kladka pevná<br />
Kladka pevná je jednoduchý stroj, který nám práci us<strong>na</strong>dňuje pouze v tom, že mění orientaci působící síly v<br />
opačnou. Tedy <strong>na</strong>př. místo působení síly svisle vzhůru, síla působí svisle dolů.<br />
Pozn.: V tomto případě ale dost často nezanedbáváme tíhu kladky, kterou pak připočítáváme k tíze tělesa.<br />
Užití: Např. vytahování závaží v hodinách, apod.<br />
5. Kladkostroj<br />
Kladkostroj je jednoduchý stroj, který je složen nejméně z jedné kladky pevné a z jedné kladky volné.<br />
G<br />
F =<br />
Pro rovnováhu platí vztah: 2 n<br />
n je počet volných kladek<br />
Rovnováha <strong>na</strong>stává, jestliže F = G<br />
Pozn.: Jedná se vlastně o zvláštní případ páky, kde rame<strong>na</strong> obou sil jsou shodná, proto se ve výpočtu vykrátí.<br />
Užití: Např. zvedání materiálu <strong>na</strong> stavbě.<br />
4. Kladka volná<br />
U kladky volné <strong>na</strong>stává rovnováha, jestliže síla, kterou zvedáme těleso, je poloviční velikosti než síla, kterou <strong>na</strong><br />
totéž těleso působí gravitační síla Země.<br />
Platí tedy: F = G/2<br />
Užití: Napínání trolejového vedení u trmvají nebo <strong>na</strong> železnici, apod.<br />
Ukázkový příklad:<br />
Příklad 3:<br />
Člověk má hmotnost 75 kg. Určete, jakou silou tlačí <strong>na</strong> zem, zvedá-li těleso o hmotnosti 135 kg pomocí<br />
kladkostroje složeného z jedné kladky volné a jedné kladky pevné. Hmotnost kladky a tření zanedbáváme.<br />
Hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Řešení:<br />
m 1 = 75 kg<br />
m 2 = 135 kg<br />
n = 1 ... počet kladek volných<br />
g = 10 m/s 2<br />
F = ? [N]<br />
----------------------------------------------------<br />
Tažením za lano kladkostroje směrem svisle dolů <strong>na</strong> člověka působí síla, které je orientová<strong>na</strong> svisle vzhůru.<br />
Zmenšuje tedy velikost skutečné působící síly člověka <strong>na</strong> podložku.<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
8 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
9 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
G m2.<br />
g<br />
F1 = =<br />
2n<br />
2n<br />
135.10<br />
F 1 =<br />
2.1<br />
F 1 = 675 N<br />
F = m 1 . g - F 1<br />
F = 75 . 10 - 675 = 75<br />
F = 75 N<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
F = 1 000 N = 1 kN<br />
Na obvodu kola působí síla o velikosti 1 kN.<br />
7. Klín<br />
Klín s jednostranným nebo dvoustranným úkosem je vlastně <strong>na</strong>kloněná rovi<strong>na</strong>, <strong>na</strong> které působí síla rovnoběžně<br />
se základnou. Při dané síle, která působí <strong>na</strong> čelo klínu, jsou síly působící <strong>na</strong> bocích tím větší, čím menší je úhel<br />
klínu. Princip využití je založen i <strong>na</strong> z<strong>na</strong>čném tření mezi součástkami.<br />
Člověk působí <strong>na</strong> podložku silou 75 N.<br />
6. Kolo <strong>na</strong> hřídeli<br />
Kolo <strong>na</strong> hřídeli lze opět považovat za zvláštní případ páky. Jedná se o dvě soustředná kola s různým<br />
poloměrem.<br />
Užití: Rozebíratelné spojování součástí (různé druhy kolíků, klínků), apod.<br />
8. Šroub<br />
Šroubovici dostáváme <strong>na</strong>vinutím <strong>na</strong>kloněné roviny tvaru pravoúhlého trojúhelníku <strong>na</strong> válec. Šroub je tedy<br />
vlastně <strong>na</strong>kloněná rovi<strong>na</strong>, kde síla působí rovnoběžně se základnou (<strong>na</strong> obvodu válce) a břemeno rovnoběžně s<br />
výškou <strong>na</strong>kloněné roviny. Čím větší břemeno je třeba překo<strong>na</strong>t, tím větší musí být průměr a tím menší musí být<br />
stoupání šroubu.<br />
Podmínka pro rovnováhu je zde F 1 . r 1 = F 2 . r 2<br />
Užití: Volant u auta, vodovodní kohoutek, rumpál, apod.<br />
Ukázkový příklad:<br />
Příklad 4:<br />
Kolo o poloměru 1,2 m je <strong>na</strong>sazeno <strong>na</strong> hřídel o poloměru 40 cm. Na hřídel působí těleso o hmotnosti 300 kg.<br />
Určete sílu působící <strong>na</strong> obvodu kola, která udrží břemeno v rovnováze. Ke tření nepřihlížíme.<br />
Řešení:<br />
r 1 = 1,2 m<br />
r 2 = 40 cm = 0,4 m<br />
m 2 = 300 kg<br />
g = 10 m/s 2<br />
F 1 = ? [N]<br />
--------------------------------------------<br />
F 1 . r 1 = F 2 . r 2<br />
F1 . r1 = m2 . g .r2<br />
m2.<br />
g.<br />
r<br />
F<br />
1<br />
=<br />
r<br />
F = 1<br />
1<br />
1,2<br />
2<br />
300.10.0,4<br />
Užití: Lisy, svěrák, spojování různých předmětů.<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
10 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
11 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
± Nakloněná rovi<strong>na</strong> - procvičovací příklady<br />
1. Auto jede po silnici, která má sklon 6 % (tzn., že silnice má <strong>na</strong> 100 m délky převýšení<br />
6 m). Tíha auta je 12 000 N. Jak velká výsledná síla F <strong>na</strong> auto působí?<br />
Výsledek:<br />
720 N<br />
2. Sklon silnice se často udává v procentech. Silnice má sklon 8 %, což z<strong>na</strong>mená, že <strong>na</strong><br />
100 m délky je její převýšení 8 m. Hmotnost automobilu je 720 kg. Jak velkou sílu je<br />
nutno překo<strong>na</strong>t, aby se automobil samovolně nerozjel z kopce dolů? Tíhové zrachlení<br />
je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 600 N<br />
<strong>3.</strong> Na <strong>na</strong>kloněné rovině o výšce 30 cm a délce 1,2 m je těleso o tíze 20 N. Určete velikost<br />
síly, která <strong>na</strong> těleso působí.<br />
Výsledek: 5 N<br />
4. Jak dlouhé prkno nejméně bys potřeboval(a), abys dopravil(a) vozík s pískem <strong>na</strong><br />
rampu vysokou 1,5 m? Vozík s pískem má hmotnost 150 kg. Předpokládáme, že<br />
můžeme táhnout silou nejvýše 750 N. Tření zanedbáváme. Tíhové zrychlení je 9,81<br />
m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
2,9 m<br />
5. Na silnici se sklonem 6 % stojí osobní automobil o hmotnosti 900 kg. Udrželi byste ho<br />
při selhání brzd, aby se nerozjel, je-li člověk schopen vyvinout sílu o velikosti 800 N?<br />
Hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: Udrželi.<br />
731<br />
730<br />
732<br />
729<br />
733<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
4. V jaké vzdálenosti od osy musíme <strong>na</strong> páce působit silou 50 N, abychom udrželi v<br />
rovnováze těleso o hmotnosti 100 kg zavěšené ve vzdálenosti 4 cm od osy? Hodnota<br />
tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
80 cm<br />
5. Houpačku tvoří prkno o délce 3 m podepřené uprostřed. Na jednom konci sedí chlapec,<br />
jehož hmotnost je 20 kg. Jakou hmotnost v kilogramech má druhý chlapec, který se<br />
posadil 1,2 m od osy otáčení, a houpačka je ve vodorovné rovnovážné pololze?<br />
Výsledek: 25 kg<br />
6. Člověk nese břemeno o hmotnosti 1,5 kg zavěšené <strong>na</strong> konci hole podepřené uprostřed<br />
o rameno. Druhý konec hole drží rukou. Určete, jak velkou silou působí hůl <strong>na</strong> rameno.<br />
Tíhu hole zanedbáváme. Hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 30 N<br />
7. Na prkně 4 m dlouhém, podepřeném uprostřed, sedí <strong>na</strong> jednom konci chlapec, jehož<br />
hmotnost je 36 kg. Jak daleko od osy si musí sednout druhý chlapec o hmotnosti 48<br />
kg, aby <strong>na</strong>stala <strong>na</strong> houpačce rovnovážná poloha?<br />
Výsledek:<br />
1,5 m<br />
8. Určete, jak velkou silou musíme působit <strong>na</strong> jednom konci 1 m dlouhé páky při zvedání<br />
vrat, opírá-li se páka druhým koncem o zem a vrata <strong>na</strong> ní spočívají ve vzdálenosti 20<br />
cm od osy? Pákou musíme překonávat sílu 800 N.<br />
Výsledek: 160 N<br />
9. Na tyč délky 2 m působí <strong>na</strong> koncích síly 8 N a 12 N. Kde musíme tyč podepřít, aby<br />
<strong>na</strong>stala rovnovážná poloha?<br />
Výsledek: Ve vzdálenosti 1,2 m od toho konce, kde působí síla 8 N.<br />
738<br />
735<br />
734<br />
736<br />
740<br />
742<br />
± Páka - procvičovací příklady<br />
1. Jak velkou silou se udrží <strong>na</strong> páce v rovnováze břemeno o hmotnosti 30 kg, které<br />
působí <strong>na</strong> páku ve vzdálenosti 50 cm od osy, působí-li síla 250 cm <strong>na</strong> opačné straně od<br />
osy a hmotnost páky je 5 kg?<br />
Výsledek: 40 N<br />
741<br />
± Kladka pevná, kladka volná, kladkostroj - procvičovací příklady<br />
1. Lano pevné kladky se přetrhne působením síly 6 000 N. Jakou největší hmotnost může<br />
mít těleso zvedané pomocí této kladky?<br />
Výsledek: 600 kg<br />
743<br />
2. Jak daleko od kloubu nůžek musíme vložit ocelový plech, je-li k jeho přestřižení<br />
zapotřebí síla 400 N? Síla, kterou působí ruka <strong>na</strong> nůžky, ve vzdálenosti 50 cm od<br />
kloubu nůžek, je rov<strong>na</strong> 30 N.<br />
Výsledek: 3,75 cm<br />
739<br />
2. Určete, jak velkou silou zvedneme <strong>na</strong> volné kladce těeso o hmotnosti 75 kg? Hmotnost<br />
volné kladky zanedbáváme. Hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 375 N<br />
745<br />
<strong>3.</strong> Kámen je zvedán sochorem. Hmotnost kamene je 60 kg, vzdálenost od opěrného bodu<br />
ke kameni je 20 cm. Délka sochoru je 1 m. Určete sílu, kterou působí ruka <strong>na</strong> sochor.<br />
Hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
120 N<br />
737<br />
<strong>3.</strong> Jak velkou silou působí pevná kladka <strong>na</strong> hák, <strong>na</strong> kterém visí, zvedáme-li kladkou<br />
břemeno o hmotnosti 20 kg a je-li tato kladka v rovnováze?<br />
Výsledek:<br />
400 N<br />
4. Volná kladka má hmotnost 2 kg, těleso <strong>na</strong> ní zavěšené má hmotnost 38 kg. Určete, jak<br />
velkou silou udržíte <strong>na</strong> kladce těleso v rovnováze. Ke tření nepřihlížíme. Hodnota<br />
tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 200 N<br />
744<br />
746<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
12 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
13 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
5. Soustava <strong>na</strong> obrázku se skládá z páky a z pevné kladky. Hmotnost každého závaží <strong>na</strong><br />
obrázku je 100 g. Páka je ve vodorovné rovnovážné poloze. Určete velikost síly F.<br />
747<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
± Mechanika kapalin<br />
Výsledek:<br />
2 N<br />
Mechanické vlastnosti kapalin<br />
Kapaliny jsou látky, které jsou složeny z molekul, mezi nimiž jsou malé mezery. Mezi molekulami působí menší<br />
přitažlivé síly než mezi molekulami u pevných látek.<br />
Kapaliny jsou:<br />
• tekuté<br />
• nestlačitelné<br />
Kapalné těleso:<br />
• zachovává objem při přelévání<br />
• vytváří volný vodorovný povrch<br />
Tlak, Pascalův zákon<br />
6. Na obrázku je zařízení, kterému se říká Archimedův kladkostroj. Určete, jaký vztah<br />
platí mezi hmotnostmi m 1 a m 2, je-li kladkostroj v rovnováze.<br />
748<br />
Působením síly <strong>na</strong> kapalinu vzniká v kapalině tlak.<br />
F<br />
p =<br />
S<br />
Tlak v kapalině je roven velikosti síly, kteá působí kolmo <strong>na</strong> plochu o velikosti 1 m 2 .<br />
Tlak je skalární veliči<strong>na</strong> (je určen pouze svou velikostí).<br />
Základní jednotku tlaku je jeden pascal [Pa].<br />
Tlak má hodnotu jednoho pascalu, jestliže <strong>na</strong> plochu jednoho metru čtverečního působí síla o<br />
velikosti jednoho newtonu.<br />
Je-li v kapalině v místě, kde je tlak p, nějaká plocha velikosti S, pak <strong>na</strong> tuto plochu působí kolmo tlaková síla<br />
F = p . S<br />
Máme-li v nádobě uzavřené množství kapaliny a působíme-li <strong>na</strong> něj vnější silou (<strong>na</strong>př. stlačujeme pístem),<br />
platí:<br />
Tlak v kapalině je ve všech místech uzavřeného množství kapaliny stejný.<br />
Výsledek:<br />
m 2 = m 1/6<br />
Tento poz<strong>na</strong>tek se <strong>na</strong>zývá Pascalův zákon.<br />
± Kolo <strong>na</strong> hřídeli - procvičovací příklady<br />
1. Rumpál má průměr hřídele 12 cm a délku kliky 72 cm. Zvedáme jím těleso o hmotnosti<br />
240 kg. Určete, jak velkou silou musíme při zvedání působit <strong>na</strong> kliku, zanedbáváme-li<br />
tření? Hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 200 N<br />
749<br />
Pascalova záko<strong>na</strong> se užívá nejvíce v tzv. hydraulických zařízeních.<br />
2. Jak dlouhá musí být klika rumpálu, jehož hřídel má průměr 20 cm, aby se břemeno o<br />
hmotnosti 350 kg udrželo v rovnováze silou 250 N? Hodnota tíhového zrychlení je 10<br />
m/s 2 .<br />
Výsledek: 140 cm<br />
750<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
14 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
15 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
Podle Pascalova záko<strong>na</strong> je tlak přenášený kapalinou ve všech místech stejný, tedy je stejně velký těsně pod<br />
pístem 1 jako těsně pod pístem 2.<br />
Platí tedy: p 1 = p 2<br />
F 1 F =<br />
2<br />
S1<br />
S2<br />
Tento vzorec lze přepsat i ji<strong>na</strong>k:<br />
F 1 S =<br />
1<br />
F2<br />
S2<br />
Z<strong>na</strong>mená to tedy, že kolikrát je plocha většího pístu větší než plocha malého pístu, tolikrát je síla působící <strong>na</strong><br />
větší píst větší než síla působící <strong>na</strong> malý píst.<br />
Využití: Hydraulické lisy, hydraulické brzdy, hydraulické zvedáky<br />
Řešení příkladů:<br />
Příklad 1:<br />
Tlak oleje v hydraulickém lisu je 30 MPa. Obsah plochy většího pístu je 10 dm 2 . Jak velkou tlakovou silou<br />
působí olej <strong>na</strong> tento píst?<br />
Řešení:<br />
p = 30 MPa = 30 000 000 Pa<br />
S = 10 dm 2 = 0,10 m 2<br />
F = ? [N]<br />
------------------------------------------------<br />
F = p . S<br />
F = 30 000 000 . 0,10<br />
F = 3 000 000 N = 3 MN<br />
Olej působí <strong>na</strong> píst tlakovou silou 3 MN.<br />
Příklad 2:<br />
Zubař zvedá křeslo s pacientem pomocí hydraulického zařízení. Obsah menšího pístu je 4 cm 2 . Obsah většího<br />
pístu je 250 cm 2 . Hmotnost křesla je 40 kg, hmotnost pacienta je 90 kg. Určete, jak velkou silou zvedne lékař<br />
křeslo s pacientem do vhodné výšky. Hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Řešení:<br />
S2 = 4 cm 2 = 0,0004 m 2<br />
S1 = 250 cm 2 = 0,025 m 2<br />
m1 = 40 kg<br />
m2 = 90 kg<br />
g = 9,81 m/s 2<br />
F 2 = ? [N]<br />
----------------------------------------------------<br />
F<br />
1<br />
F =<br />
2<br />
S1<br />
S 2<br />
F1<br />
F 2 = .S2<br />
S1<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
F<br />
( m + m ). g<br />
1 2<br />
2<br />
=<br />
. S2<br />
S1<br />
(40 + 90).9,81<br />
F1<br />
=<br />
.0,0004<br />
0,025<br />
F 1 =20,4048 N = 20 N (po zaokrouhlení)<br />
Lékař zvedá křeslo silou 20 N.<br />
± Pascalův zákon<br />
1. Obsah malého pístu hydraulického lisu je 25 cm 2 . Působí <strong>na</strong> něj vnější tlaková síla<br />
150 N. Obsah velkého pístu je 500 cm 2 . Určete tlakovou sílu, kterou působí kapali<strong>na</strong><br />
<strong>na</strong> velký píst.<br />
Výsledek:<br />
3 kN<br />
2. Obsah velkého pístu hydraulického lisu je 60-krát větší než obsah malého pístu. Na<br />
malý píst působí vnější tlaková síla o velikosti 94 N. Jak velkou tlakovou silou působí<br />
velký píst <strong>na</strong> lisované těleso?<br />
Výsledek: 5,64 kN<br />
<strong>3.</strong> Na píst o obsahu 0,060 m 2 , který se dotýká volné hladiny kapaliny, působí vnější<br />
tlaková síla F. Určete velikost této síly, jestliže v kapalině vznikne tlak 1,4 kPa.<br />
Výsledek: 84 N<br />
4. Kolmo <strong>na</strong> volnou hladinu kapaliny v nádobě působí píst o obsahu 0,20 m 2 tlakovou<br />
silou 3660 N. Jak velký tlak v kapalině vznikne?<br />
Výsledek: 18,3 kPa<br />
5. U malého hydraulického lisu je průměr pístu pumpy 5 cm a poloměr pístu lisu 20 cm.<br />
Jak velká tlaková síla působí <strong>na</strong> píst lisu, působí-li <strong>na</strong> píst pumpy tlaková síla 80 N?<br />
Výsledek:<br />
5,12 kN<br />
6. Rameno autojeřábu se musí zvedat silou 50 kN. Zvedá ho z každé strany jeden píst o<br />
obsahu 300 cm 2 . Jaký musí být obsah pístu olejové pumpičky, když <strong>na</strong> něj motor<br />
působí silou 1500 N?<br />
Výsledek: 18 cm<br />
7. Vodní lis má písty o obsahu 5 cm 2 a 10 cm 2 . Jak velkou tlakovou silou působí voda <strong>na</strong><br />
velký píst, působí-li <strong>na</strong> malý píst tlaková síla o velikosti 450 N?<br />
Výsledek: 900 N<br />
± Hydrostatická síla, hydrostatický tlak<br />
Kapali<strong>na</strong> v tíhovém poli<br />
Uvažujme kapalinu v klidu. Vlivem tíhového pole částečky kapaliny, která je tekutá, vyplní nádobu libovolného<br />
tvaru. Volný povrch kapaliny v kliduje kolmý ke směru tíhové síly.<br />
779<br />
780<br />
782<br />
783<br />
778<br />
784<br />
781<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
16 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
17 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
Kapali<strong>na</strong> vlastní tíhou vyvolává v kapalině tlak. Nazýváme ho hydrostatický.<br />
Hydrostatický tlak vypočteme: p = h . ρ . g<br />
Tlak je příčinou toho, že kapali<strong>na</strong> působí tlakovou silou <strong>na</strong> libovolnou plochu, tedy i <strong>na</strong> dno a stěny nádoby.<br />
Tuto sílu <strong>na</strong>zýváme hydrostatická.<br />
Hydrostatickou sílu vypočteme: F = S . h . ρ . g<br />
Tlaková síla <strong>na</strong> dno závisí pouze <strong>na</strong> hloubce, plošném obsahu d<strong>na</strong> a hustotě kapaliny. Nezávisí <strong>na</strong> množství<br />
vody v nádobě. Tento poz<strong>na</strong>tek se <strong>na</strong>zývá hydrostatické paradoxon.<br />
Nádoby, které jsou u d<strong>na</strong> spojeny, že kapali<strong>na</strong> může volně protékat z jedné do druhé, se <strong>na</strong>zývají spojené<br />
nádoby. Ve spojených nádobách se volná hladi<strong>na</strong> kapaliny ustálí ve všech ramenech v téže vodorovné rovině.<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
Řešení:<br />
S = 0,25 m 2<br />
h = 2,8 m<br />
ρ = 1000 kg/m 3<br />
g = 9,81 m/s 2<br />
p = ? [Pa]<br />
--------------------------------------<br />
p = h . ρ . g<br />
p = 2,8 . 1000 . 9,81<br />
p = 27 468 Pa = 27 kPa (po zaokrouhlení)<br />
U d<strong>na</strong> kotle je hydrostatický tlak asi 27 kPa.<br />
± Hydrostatická síla, hydrostatický tlak<br />
Využití spojených nádob:<br />
Ukázkové příklady:<br />
Příklad 1:<br />
Vodovod, vodoz<strong>na</strong>k, čajová nebo kropicí konev, nivelační váhy, plavební<br />
komory (zdymadla), apod.<br />
1. Když se plavec <strong>na</strong>dechne a ponoří do hloubky asi 10 metrů, vzduch v jeho plicích<br />
zmenší svůj objem asi <strong>na</strong> polovinu. Hydrostatický tlak stlačuje jeho plíce <strong>na</strong>plněné<br />
vzduchem stejně, jako by stlačoval <strong>na</strong>fouknutý míč. Ve větších hloubkách je toto<br />
stlačení tak velké, že by mohlo ohrozit jeho život. Proto se trénovaný potápěč bez<br />
skafandru může ponořit do hloubky nejvýše asi 90 m. Vypočítejte hydrostatický tlak v<br />
této hloubce. Hustota vody je 1000 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 883 kPa<br />
2. Do akvária o délce d<strong>na</strong> 45 cm a šířce 25 cm je <strong>na</strong>lita voda do výšky 35 cm. Určete<br />
celkovou tlakovou sílu <strong>na</strong> dno nádoby. Hustota vody je 1000 kg/m 3 , hodnota tíhového<br />
zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
394 N<br />
786<br />
785<br />
Těleso tvaru kvádru o délce 4,5 cm, šířce 3,5 cm a výšce 12 cm je celé ponořeno do vody tak, že<br />
jeho podstavy jsou vodorovné a jeho horní podstava je v hloubce 6 cm pod hladinou kapaliny.<br />
Vypočtěte rozdíl tlakových sil vody působících <strong>na</strong> dolní a horní podstavu tělesa. Hustota vody je<br />
1000 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Řešení:<br />
a = 4,5 cm = 0,045 m<br />
b = 3,5 cm = 0,035 m<br />
c = 12 cm = 0,12 m<br />
h = 6 cm = 0,06 m<br />
ρ = 1000 kg/m 3<br />
g = 10 m/s 2<br />
∆ F = ? [N]<br />
------------------------------------<br />
F 1 = S . h . ρ . g = a . b . h . ρ . g F 1 = 0,045 . 0,035 . 0,06 . 1000 . 10 = 0,945<br />
F 2 = S . (h + c) . ρ . g = a . b . (h + c) . ρ . g F 2 = 0,045 . 0,035 .(0,06 + 0,12) . 1000 . 10 = = 2,835<br />
∆ F = F2 - F1 = 2,835 - 0,945 = 1,89<br />
∆ F = 1,89 N<br />
Rozdíl tlakových sil je 1,89 N.<br />
Příklad 2:<br />
<strong>3.</strong> O jakou hodnotu vzroste ve vodě hydrostatický tlak <strong>na</strong> každé dva metry hloubky?<br />
Hustota vody je 1000 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
19 620 Pa<br />
4. Krev má v lidském organismu kromě tlaku, který vzniká činností srdce, i tlak<br />
hydrostatický. Vypočítejte, jak velký je hydrostatický tlak krve v nohou stojícího<br />
člověka, který měří 187 cm. Předpokládejte při tom, že krev má přibližně stejnou<br />
hustotu jako voda, tedy 1025 kg/m 3 . Hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 18,8 kPa<br />
5. Jak velký hydrostatický tlak je u dolní části přehradní hráze, kde je hloubka vody 45<br />
metrů? Hustota vody je 1025 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
452,5 kPa<br />
6. Válcová nádrž má obsah d<strong>na</strong> 255 m 2 a je <strong>na</strong>plně<strong>na</strong> <strong>na</strong>ftou do výšky 7,5 m. Určete<br />
tlakovou sílu, kterou působí <strong>na</strong>fta <strong>na</strong> dno nádrže. Hustota <strong>na</strong>fty je 800 kg/m 3 a<br />
hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 15 MN<br />
795<br />
800<br />
793<br />
794<br />
Vodorovné dno kotle ústředního topení má obsah 0,25 m 2 . Hladi<strong>na</strong> vody je ve výšce 2,8 m <strong>na</strong>de dnem. Jak<br />
velký je hydrostatický tlak u d<strong>na</strong>, je-li hustota vody 1000 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení 9,81 m/s 2 ?<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
18 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
19 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
7. V rodinném domku, který má vlastní vodárnu, jsou poschodí 3,5 m vysoká. Vodár<strong>na</strong> je<br />
umístě<strong>na</strong> ve sklepě. V nádrži je největší tlak 0,45 MPa a nejnižší 0,2 MPa.<br />
Vypočítejte, jaký je nejnižší tlak vody ve třetím poschodí. Hustota vody je 1000<br />
kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 62,7 kPa<br />
8. Nejhlubší místo oceánu <strong>na</strong> Zemi je 11034 m v Tichém oceánu. Jaký objem by v této<br />
hloubce zaujal 1 litr vody, když se voda stlačí tlakem 100 kPa o 50 miliontin svého<br />
objemu? Hustota mořské vody je 1020 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 9,81<br />
m/s 2 .<br />
Výsledek: 0,945 litru<br />
797<br />
787<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
16. Určete, v jaké hloubce působí voda stejným tlakem, jakým působí <strong>na</strong> kolejnice<br />
lokomotiva o hmotnosti 95 tun, když má 8 kol a každé se dotýká kolejnice plochou 2<br />
cm 2 . Hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 , hustota vody je 1025 kg/m 3 .<br />
Výsledek:<br />
57,9 km<br />
17. V praxi se velice často u každého kotle užívá kovový tlakoměr. Tímto tlakoměrem se<br />
zjišťuje hydrostatický tlak vody v ústředním topení. Podle změřeného tlaku už s<strong>na</strong>dno<br />
poznáme, jak vysoko je hladi<strong>na</strong> vody. Vypočtěte, jak vysoko <strong>na</strong>d kotlem je hladi<strong>na</strong><br />
vody, když hydrostatický tlak u kotle je 87 kPa. Hustota vody je 1000 kg/m 3 , hodnota<br />
tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 8,87 m<br />
804<br />
799<br />
9. Francouzský fyzik Pascal, po němž je pojmenová<strong>na</strong> jednotka tlaku, jednou ukazoval,<br />
jak malým množstvím vody roztrhne sud <strong>na</strong>plněný vodou. Vzal si <strong>na</strong> to dlouhou<br />
trubku, která měla průřez asi 0,5 cm 2 a byla dlouhá 9 m. Dolní konec upevnil do víka<br />
sudu a dobře utěsnil. Když do trubky <strong>na</strong>lil vodu, sud se opravdu roztrhl. Jak velká síla<br />
působila <strong>na</strong> dno sudu, které mělo průměr 80 cm, je-li výška sudu 1 metr? Hustota<br />
vody je 1025 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 50,5 kN<br />
802<br />
18. Vedle vodárenské nádrže vidíte největší dům ve městě (viz obrázek). Jak vysoko musí<br />
být hladi<strong>na</strong> vody v nádrži, aby tlak vody v nejvyšším poschodí byl 0,3 MPa? Hustota<br />
vody je 1000 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
798<br />
10. Hydrostatický tlak u d<strong>na</strong> řeky je 52 kPa. Jak hluboká je řeka v tomto místě? Hustota<br />
vody je 1000 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 5,3 m<br />
11. Na Měsíci je poměr mezi tíhou a hmotností tělesa g = 1,6 m/s 2 . Jakým hydrostatickým<br />
tlakem by tam působila voda (kdyby tam nějaká byla), v hloubce 90 m pod hladinou?<br />
Hustota vody je 1025 kg/m 3 .<br />
Výsledek: 147,6 kPa<br />
789<br />
803<br />
Výsledek:<br />
45,6 m<br />
19. Sloupec rtuti je vysoký 75 cm. Jak velký je jeho tlak u d<strong>na</strong>, je-li hustota rtuti 13600<br />
kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení 9,81 m/s 2 ?<br />
Výsledek:<br />
100 062 Pa<br />
20. Z jaké největší hloubky lze čerpat vodu, máme-li k dispozici jen dvojčinné čerpadlo?<br />
Výsledek:<br />
10 m<br />
790<br />
796<br />
12. Hydrostatický tlak u d<strong>na</strong> válcové nádoby s vodou je 6,15 kPa. Dno má obsah 0,5 m 2 .<br />
Určete hmotnost vody v nádobě. Hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
313 kg<br />
791<br />
± Vztlaková síla, Archimedův zákon<br />
1<strong>3.</strong> Švýcarský fyzik Picard (čti pikár) sestrojil zvláštní ponorku, batyskaf, a v roce 1960 se<br />
s ní ponořil do nejhlubšího místa <strong>na</strong> světě. Toto místo je v Tichém oceánu u ostrova<br />
Guam. Jmenuje se Mariánský příkop a je 11034 m pod mořskou hladinou. Batyskaf se<br />
skládá z kabiny a z "balónu ". Povrch kabiny je přibližně 12 m 2 . Vypočítejte celkovou<br />
tlakovou sílu, která <strong>na</strong> její povrch v hloubce 11034 m působí. Hustota mořské vody je<br />
1025 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 1,33 GN<br />
801<br />
Vztlaková síla<br />
Je-li těleso ponořeno do kapaliny, působí <strong>na</strong> jeho stěny tlakové síly. Výslednice těchto tlakových sil působí<br />
svisle vzhůru proti tíze a <strong>na</strong>zývá se vztlaková síla.<br />
Určíme její velikost:<br />
14. V jaké hloubce pod volnou hladinou rtuti je stejný hydrostatický tlak jako je<br />
hydrostatický tlak v hloubce 10 metrů pod volnou hladinou vody? Hustota vody je<br />
1025 kg/m 3 , hustota rtuti je 13600 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
0,754 m<br />
792<br />
15. V jaké hloubce moře je tlaková síla 600000 N <strong>na</strong> 1 dm 2 ? Hustota mořské vody je<br />
1025 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 9,81 m/s 2 .<br />
Výsledek: 5 967 m<br />
788<br />
Tlakové síly <strong>na</strong> boční stěny jsou shodné, proto se jejich velikost <strong>na</strong>vzájem ruší. Zcela odlišná je ale situace v<br />
působení tlakových sil <strong>na</strong> spodní a horní stěnu. Tyto síly shodné nejsou.<br />
Použijeme vzorec pro výpočet hydrostatické tlakové síly:<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
20 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
21 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
F 2 = a 2 . h . ρ . g<br />
F 1 = a 2 . (h + a) . ρ . g<br />
Vidíme, že síla <strong>na</strong> spodní podstavu je větší, určíme rozdíl těchto sil:<br />
∆ F = F 1 - F 2 = a 2 . (h + a) . ρ . g - a 2 . h . ρ . g = a 2 . h . ρ . g + a 3 . ρ . g - a 2 . h . ρ . g<br />
∆ F = a 3 . ρ . g = V . ρ . g<br />
Tento rozdíl sil udává tíhu kapaliny, která má stejný objem jako ponořené těleso. Vztlaková síla tedy působí<br />
svisle vzhůru.<br />
Uvedený poz<strong>na</strong>tek objevil starořecký fyzik a filozof Archimedes (287 - 212 př. n. l.) a <strong>na</strong>zývá se Archimedův<br />
zákon:<br />
Těleso ponořené do kapaliny je <strong>na</strong>dlehčováno vztlakovou silou, která se rovná tíze kapaliny<br />
stejného objemu jako je objem ponořené části tělesa.<br />
Zákon má velký praktický výz<strong>na</strong>m. Setkáme se s ním tehdy, pokud plaveme ve vodě, využívají ho lodě při<br />
dopravě zboží, ale i v mnoha jiných souvislostech. Pomocí Archimedova záko<strong>na</strong> můžeme <strong>na</strong>příklad i určit<br />
objem, případně hmotnost, nepravidelných těles. Odtud i historická úloha, kdy sám Archimedes dostal za úkol<br />
určit, zda královská koru<strong>na</strong> je vyrobe<strong>na</strong> z pravého zlata...<br />
Na každé těleso ponořené do kapaliny tedy působí dvě základní síly - vztlaková Fvz a gravitační Fg. Podle toho,<br />
která je větší, může těleso buď klesat ke dnu, vznášet se, anebo stoupat směrem vzhůru, až se částečně<br />
vynoří z vody ven a plove <strong>na</strong> hladině.<br />
1. F g > F vz ... těleso klesá ke dnu<br />
2. F g = F vz ... těleso se vznáší<br />
<strong>3.</strong> F g < F vz ... těleso stoupá vzhůru<br />
Jak už bylo uvedeno, ve třetím případě těleso stoupá vzhůru, částečně se vynoří z vody, čímž se změní objem<br />
ponořené části tělesa, dojde k vyrovnání gravitační a vztlakové síly a těleso plove <strong>na</strong> hladině.<br />
Na poz<strong>na</strong>tcích o plování těles jsou založeny i přístroje k měření hustoty kapalin - tzv. hustoměry. Jsou to<br />
skleněné trubičky, různě zatížené, podle toho, pro jaký rozsah hustoty kapaliny jsou určeny. V praxi se<br />
používají k určování hustoty elektrolytu v autobateriích, používá je Česká obchodní inspekce při kontrolách v<br />
restauracích, užívají se v laboratořích, cukrovarech, mlékárnách, ale i leckde jinde.<br />
Plovat mohou i nestejnorodá tělesa. Jedná se zpravidla o tělesa, při jejichž výrobě je vhodně spoje<strong>na</strong> látka o<br />
větší hustotě s látkou <strong>na</strong>opak o hustotě velmi malé (<strong>na</strong>př. železo a vzduch). Příkladem, kdy taková tělesa<br />
plovou <strong>na</strong> hladině, jsou pak lodě, bóje, ptáci, ale i ryby, ponorky, apod.<br />
Ukázkové příklady:<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
∆ F = m . g - V . ρ . g<br />
∆ F = 14 . 9,81 - 0,006 . 1000 . 9,81<br />
∆ F = 78,5 N (po zaokrouhlení)<br />
Na siloměru <strong>na</strong>měříme sílu o velikosti 78,5 N.<br />
Příklad 2:<br />
Dřevěná deska plove ve vodě tak, že část desky o objemu 2/5 jejího celého objemu vyčnívá <strong>na</strong>d hladinu.<br />
Postaví-li se <strong>na</strong> desku chlapec o hmotnosti 40 kg, ponoří se právě celá deska do vody. Určete hmotnost desky.<br />
Hustota vody je 1 000 kg/m 3 .<br />
Řešení:<br />
V1 = 1 - (2/5)V = (3/5)V<br />
m1 = 40 kg<br />
m 2 = ? [kg]<br />
ρ = 1 000 kg/m 3<br />
g = 9,81 m/s 2<br />
----------------------------------------------<br />
Vycházejme z toho, že rovnováha je vlastně popsá<strong>na</strong> dvěma způsoby:<br />
1. Deska je ponoře<strong>na</strong> jen částečně:<br />
m2 . g = (3/5) . V . ρ . g<br />
Po dosazení:<br />
m 2 . 9,81 = 0,6 . V . 1000 . 9,81<br />
Po zjednodušení:<br />
m 2 = 600V<br />
2. Deska je ponoře<strong>na</strong> úplně:<br />
(m 1 + m 2) . g = V . ρ . g<br />
Po dosazení:<br />
(40 + m 2) . 9,81 = V . 1000 . 9,81<br />
Po zjednodušení:<br />
m 2 = 1000V - 40<br />
Získali jsme tak soustavu rovnic:<br />
m 2 = 600V<br />
m2 = 1000V - 40<br />
----------------------<br />
Po jejím vyřešení získáme V = 0,1 m 3 a m2 = 60 kg<br />
Hmotnost desky je 60 kilogramů.<br />
Příklad 1:<br />
Kámen o objemu 6 dm 3 zavěsíme <strong>na</strong> pružinu siloměru. Kámen má hmotnost 14 kg. Jakou sílu <strong>na</strong>měříme <strong>na</strong><br />
siloměru, jestliže celý kámen ponoříme do vody? Hustota vody je 1 000 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je<br />
9,81 m/s 2 .<br />
Řešení:<br />
V = 6 dm 3 = 0,006 m 3<br />
m = 14 kg<br />
ρ = 1 000 kg/m 3<br />
g = 9,81 m/s 2<br />
∆ F = ? [N]<br />
---------------------------------------------<br />
± Vztlaková síla, Archimedův zákon - procvičovací příklady<br />
1. Dutá koule o průměru 20 cm plove <strong>na</strong> vodě tak, že je ponoře<strong>na</strong> právě jed<strong>na</strong> polovi<strong>na</strong><br />
jejího objemu. Určete hmotnost koule, je-li hustota vody 1000 kg/m 3 .<br />
Výsledek: 2,1 kg<br />
881<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
22 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
23 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
2. Z kousku prk<strong>na</strong> vyrobíme model voru, který unese těleso o hmotnosti 0,3 kg.<br />
Vypočtěte objem, který musí vor mít, aby se nepotopil. Hustota vody je 1000 kg/m 3 ,<br />
hustota dřeva je 500 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 600 cm 3<br />
874<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
12. Průměrná hustota lidského těla je 1100 kg/m 3 . Jak velkou silou je <strong>na</strong>dlehčován<br />
člověk o hmotnosti 66 kg, je-li celý ponořený do vody? Hustota vody je 1000 kg/m 3 ,<br />
hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
600 N<br />
878<br />
<strong>3.</strong> Vypočítejte hmotnost korkového plaveckého pásu, který má unést ve vodě osobu o<br />
hmotnosti 70 kg. Hustota lidského těla je 1,1 g/cm 3 , hustota korku je 0,24 g/cm 3 ,<br />
hustota vody je 1 g/cm 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 2 kg<br />
879<br />
1<strong>3.</strong> Určete, jakou minimální hmotnost má člověk, který se po lodní katastrofě neudrží ve<br />
vodě bez plavání, má-li k dispozici korkový záchranný kruh o hmotnosti 4,5 kg.<br />
Průměrná hustota látek, které tvoří lidské tělo, je 1100 kg/m 3 , hustota korku je 240<br />
kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 157 kg<br />
877<br />
4. Jak velkou silou zdvihnete kámen zcela ponořený ve vodě, je-li jeho hmotnost 14,5 kg<br />
a objem 5,5 dm 3 ? Hustota vody je 1000 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10<br />
m/s 2 .<br />
Výsledek: 90 N<br />
5. Jak velkou vztlakovou silou je těleso o objemu 1 m 3 v kapalině o hustotě 1000 kg/m 3<br />
<strong>na</strong>dlehčováno, přeneseme-li těleso do družice, kde je beztížný stav?<br />
Výsledek:<br />
0 N<br />
6. Na těleso zcela ponořené do vody působí <strong>na</strong> Zemi vztlaková síla o velikosti 300 N. Jak<br />
velká vztlaková síla by <strong>na</strong> toto těleso působila <strong>na</strong> Měsíci, kde je tíhové zrychlení<br />
šestkrát menší než <strong>na</strong> Zemi?<br />
Výsledek: 50 N<br />
7. Jakou silou je <strong>na</strong>dlehčová<strong>na</strong> železná krychle o hraně 3 cm v acetonu, je-li hustota<br />
acetonu 252 kg/m 3 a hustota železa 7860 kg/m 3 ? Hodnota tíhového zrychlení je 10<br />
m/s 2 .<br />
Výsledek: 0,07 N<br />
876<br />
872<br />
880<br />
885<br />
14. Žulovou kostku, která má objem 4 dm 3 , držíme jednou ve vzduchu, podruhé zcela<br />
ponořenou ve vodě. Určete, o kolik je ve druhém případě potřebná síla menší než v<br />
případě prvém, jeli hustota vody 1000 kg/m 3 , hustota vzduchu 1,28 kg/m 3 a hodnota<br />
tíhového zrychlení 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 40 N<br />
15. Ledová kra má tvar hranolu, jehož podstava má obsah 6 m 2 a výšku 30 cm. Určete,<br />
jaké největší zatížení ledové kry je možné, než se kra ponoří. Hustota vody je 1000<br />
kg/m 3 , hustota ledu je 920 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 144 kg<br />
16. Skleněná miska o hmotnosti 360 g má tvar válce, jehož vnější průměr je 110 mm a<br />
výška 60 mm. Tloušťka skla je 0,50 cm. Misku ponoříme <strong>na</strong> volnou hladinu vody.<br />
Miska plove tak, že její dno je vodorovné. Do misky <strong>na</strong>léváme opatrně vodu tak<br />
dlouho, až se miska ponoří právě po horní okraj - viz obrázek. Do jaké výšky voda v<br />
misce dosahuje? Hustota vody je 1000 kg/m 3 .<br />
868<br />
875<br />
884<br />
8. Předmět, jehož hmotnost je 50 gramů, ponoříme zcela do odměrného válce s vodou,<br />
který má dílky po 5 ml. Přitom se volná hladi<strong>na</strong> vody v odměrném válci zvýší o 12<br />
dílků. Určete, který z následujících jevů <strong>na</strong>stane, po uvolnění předmětu. Hustota vody<br />
je 1000 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: Předmět bude plovat.<br />
9. Jaký objem vody je vytlačen lodí o hmotnosti 800 t, je-li hustota vody 1000 kg/m 3 a<br />
hodnota tíhového zrychlení 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 800 m 3<br />
871<br />
886<br />
Výsledek:<br />
2,7 cm<br />
17. Hliníkovou kouli zavěsíme <strong>na</strong> pružinu siloměru. Siloměr ukazuje 2,58 N. Ponoříme-li<br />
kouli úplně do vody, ukazuje siloměr 1,00 N. Je koule dutá nebo plná? Je-li koule<br />
dutá, vypočítejte objem dutiny. Hustota hliníku je 2700 kg/m 3 , hustota vody je 1000<br />
kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: Koule je dutá a objem dutiny je přibližně 62 cm 3 .<br />
870<br />
10. Ocelové závaží o hmotnosti 400 g zavěšené <strong>na</strong> niti ponoříme úplně do vody v nádobě<br />
o obsahu d<strong>na</strong> 1 dm 2 tak, že se závaží nedotýká d<strong>na</strong>. Určete, o kolik se zvětší tlaková<br />
síla <strong>na</strong> vodorovnou podložku. Hustota vody je 1000 kg/m 3 , hustota oceli je 7700<br />
kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 0,52 N<br />
11. Dospělý muž má objem asi 0,075 m 3 . Jak velká vztlaková síla <strong>na</strong> něho působí, ponoří-li<br />
se zcela do vody? Hustota vody je 1000 kg/m 3 a hodnota tíhového zrychlení je 10<br />
m/s 2 .<br />
Výsledek: 750 N<br />
869<br />
889<br />
18. Na závaží ponořené do vody působí vztlaková síla o velikosti 0,6 N. Určet objem<br />
závaží. Hustota vody je 1000 kg/m 3 , hodnota tíhového zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek: 60 cm 3<br />
19. Pramice <strong>na</strong> přívozu má rozměry 8m x 12m. O kolik centimetrů se zvětší její ponor,<br />
když <strong>na</strong> ni vjede auto o hmotnosti 1200 kg? Hustota vody je 1000 kg/m 3 .<br />
Výsledek: 1,25 cm<br />
890<br />
887<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
24 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
25 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
20. Těleso ze stejnorodé látky, k jehož zvednutí je <strong>na</strong> vzduchu třeba síly 600 N, bylo ve<br />
vodě zvednuto silou jen 400 N. Určete, jakou hustotu má látka. Hustota vody je 1000<br />
kg/m 3 .<br />
Výsledek: 3000 kg/m 3<br />
882<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
S<br />
1 =<br />
S<br />
v<br />
v<br />
2<br />
2 1<br />
Kolikrát menší je průřez trubice, tolikrát větší rychlostí proudí tekuti<strong>na</strong> při ustáleném proudění.<br />
21. Máte k dispozici ocelový šroub o hmotnosti 780 g a kousek dubového dřeva o<br />
hmotnosti 80 g. Určete, <strong>na</strong> které z těles působí větší vztlaková síla, jsou-li zcela<br />
ponoře<strong>na</strong> do téže kapaliny. Hustota oceli je 7800 kg/m 3 , hustota dubového dřeva je<br />
800 kg/m 3 .<br />
Výsledek: Na obě tělesa působí stejně velká vztlaková síla.<br />
22. Skleněná miska o hmotnosti 360 g má tvar válce, jehož vnější průměr je 110 mm a<br />
výška 60 mm. Tloušťka skla je 0,50 cm. Misku ponoříme <strong>na</strong> volnou hladinu vody.<br />
Miska plove tak, že její dno je vodorovné. V jaké hloubce pod volnou hladinou vody je<br />
dno misky - viz obrázek? Hustota vody je 1000 kg/m 3 .<br />
873<br />
883<br />
Součin průřezu a rychlosti při ustáleném proudění dané tekutiny je stálý.<br />
Tato rovnice se také někdy <strong>na</strong>zývá rovnice kontinuity (spojitosti).<br />
Bernouliho rovnice<br />
Její vyjádření není úplně jednoduché, proto se nebudeme zabývat jejím zápisem, ale spíše praktickým využitím.<br />
Při ustáleném proudění kapaliny trubicí o různých průřezech je v místech větší rychlosti proudění<br />
menší tlak, v místech menší rychlosti proudění větší tlak.<br />
Výsledek:<br />
3,8 cm<br />
2<strong>3.</strong> K zajištění pitné vody byl <strong>na</strong>vržen tento projekt: Zachytit velký ledovec v oblasti<br />
Antarktidy, zapřáhnout tři tažné lodi a ledovec dovléci k místu spotřeby. Přitom<br />
polovi<strong>na</strong> ledovce roztaje. Jestliže objem části kry <strong>na</strong>d hladinou (u původního ledovce)<br />
je 3000 m 3 , zjisti, kolik hektolitrů pitné vody lze tímto projektem získat.<br />
Hustota ledu je 910 kg/m 3 , hustota vody je 1000 kg/m 3 , tíhové zrychlení je 10 m/s 2 .<br />
Výsledek:<br />
± Proudění tekutin<br />
Proudění tekutin<br />
151 667 hektolitrů<br />
Kapaliny a plyny lze <strong>na</strong>zvat společným názvem tekutiny.<br />
888<br />
Zvyšováním rychlosti proudící kapaliny je možno dosáhnout toho, že tlak v zúženém místě klesne pod hodnotu<br />
atmosférického tlaku a manometrickou trubicí začne kapali<strong>na</strong> <strong>na</strong>sávat vnější vzduch. Na tomto principu je<br />
založe<strong>na</strong> tzv. fixírka, neboli rozprašovač. Využívá se <strong>na</strong>př. při lakování karosérií aut, postřiku stromů, apod. Na<br />
tomto principu je založen i karburátor u starších typů aut.<br />
Odpor prostředí, obtékání těles<br />
Odporovou silou <strong>na</strong>zýváme tu sílu, která vzniká při vzájemném pohybu tělesa a tekutiny a působí proti pohybu.<br />
Tato odporová síla závisí <strong>na</strong>:<br />
• rychlosti vzájemného pohybu<br />
• <strong>na</strong> plošném obsahu největšího průřezu tělesa kolmého ke směru pohybu<br />
• <strong>na</strong> hustotě prostředí<br />
• <strong>na</strong> povrchu tělesa a jeho tvaru<br />
Všechny uvedené faktory se musí brát v úvahu <strong>na</strong>př. při konstrukci vozidel. S výhodou se tak využívá<br />
aerody<strong>na</strong>mický tvar karosérií.<br />
Jsou ale i situace, kdy potřebujeme odporovou sílu zvětšit - <strong>na</strong>př. při seskoku s padákem.<br />
Otevřou-li se stavidla rybníka nebo přehrady, začne z nich vytékat voda. Příčinou je výškový rozdíl hladin.<br />
Zobecněme:<br />
Aby mezi dvěma místy <strong>na</strong>stalo proudění tekutiny, musí být mezi těmito místy v tekutině rozdíl<br />
tlaků.<br />
Vztlaková síla <strong>na</strong> nosnou plochu letadla<br />
Nosnými plochami letadla jsou jeho křídla. Jejich profil, tj. tvar křídla v průřezu má proudnicový tvar.<br />
Závislost rychlosti proudící tekutiny <strong>na</strong> průřezu trubice<br />
Je-li proudění ustálené, musí každým průřezem trubice, kterou proudí <strong>na</strong>př. voda, protéci stejný objem. Tedy<br />
V 1 = V 2<br />
Je-li trubice vodorovná a má-li v jednom místě průřez S 1 a v jiném zase S 2, musí proudící voda mít v těchto<br />
místech různé rychlosti. Objem proteklé vody tedy můžeme vyjádřit i takto:<br />
V1 = S1 . v1 . t<br />
V2 = S2 . v2 . t<br />
Porovnáním a jednoduchou úpravou dostaneme rovnici:<br />
Vrchní stra<strong>na</strong> je více vyklenuta, spodní je plošší. Horní stranu křídla obtéká vzduch větší rychlostí než spodní<br />
stranu. Tlak <strong>na</strong> horní straně křídla je tedy menší než <strong>na</strong> spodní. Na křídlo tím působí vztlaková síla, která<br />
směřuje svisle vzhůru. Při vodorovném letu letadla je vztlaková síla F 1 v rovnováze s tíhou letadla. Odporová<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
26 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
27 z 28
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
síla F 2 je překonává<strong>na</strong> tažnou silou motoru.<br />
Vodní motory<br />
I zde se využívá poz<strong>na</strong>tků o proudění. Výkon vodního motoru závisí <strong>na</strong> objemovém průtoku vody, což je objem<br />
vody, která proteče vodním motorem za 1 sekundu. Dále závisí <strong>na</strong> spádu vody.<br />
Vodní kola<br />
- mohou být <strong>na</strong> vrchní vodu i <strong>na</strong> spodní vodu. Vodní kola <strong>na</strong> spodní vodu mají účinnost asi 50 %, kola <strong>na</strong> vrchní<br />
vodu až 75 %.<br />
Peltonova turbí<strong>na</strong><br />
- nepotřebuje velký objemový průtok vody, je však u ní možno využít velkého spádu (až několik set metrů).<br />
Proto se používá hlavně v horských tocích.<br />
Francisova turbí<strong>na</strong><br />
Počet otáček lze regulovat <strong>na</strong>táčením lopatek tzv. rozváděcího kola. Konstrukčně je velmi jednoduchá, proto je<br />
hodně v praxi rozšíře<strong>na</strong>, lze použít pro různé průtokové objemy i různé spády.<br />
F - Příprava <strong>na</strong> <strong>3.</strong> zápočtový <strong>test</strong> 1<br />
Obsah<br />
Mechanika tuhého tělesa 1<br />
Skládání a rozklad sil 1<br />
Těžiště tělesa, rovnovážné polohy 3<br />
Jednoduché stroje 5<br />
Nakloněná rovi<strong>na</strong> - procvičovací příklady 12<br />
Páka - procvičovací příklady 12<br />
Kladka pevná, kladka volná, kladkostroj - procvičovací příklady 13<br />
Kolo <strong>na</strong> hřídeli - procvičovací příklady 14<br />
Mechanika kapalin 15<br />
Pascalův zákon 17<br />
Hydrostatická síla, hydrostatický tlak 17<br />
Hydrostatická síla, hydrostatický tlak 19<br />
Vztlaková síla, Archimedův zákon 21<br />
Vztlaková síla, Archimedův zákon - procvičovací příklady 23<br />
Proudění tekutin 26<br />
Kaplanova turbí<strong>na</strong><br />
- je hodně rozšíře<strong>na</strong> <strong>na</strong> <strong>na</strong>šich vodních dílech (Orlík, Slapy, aj.). Vynálezcem je český - brněnský profesor<br />
Viktor Kaplan (1876 - 1934).<br />
Účinnost vodních turbín je 75 - 95 %. Používají se k pohonu generátorů pro výrobu elektrické energie v<br />
hydroelektrárnách. Hydroelektrárny mají největší výz<strong>na</strong>m pro vykrytí energetických špiček.<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33 Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)<br />
28 z 28<br />
12.<strong>3.</strong>2006 15:02:33<br />
Vytištěno v programu doSystem - EduBase (www.dosli.cz)