Newtonove pohybové zákony

Tri Newtonove zákony tvoria základ klasickej mechaniky a opisujú pohyb telies pod vplyvom síl.

Tri zákony

Prvý zákon (zákon zotrvačnosti)

Teleso ostáva v pokoji alebo rovnomernom priamočiarom pohybe, pokiaľ naň nepôsobí vonkajšia sila.

Druhý zákon

Druhý Newtonov zákon

\vec{F} = m\vec{a}

Výsledná sila sa rovná súčinu hmotnosti a zrýchlenia. F v Newtonoch (N), m v kg, a v m/s².

Tretí zákon

Každé pôsobenie vyvoláva rovnako veľké, ale opačne smerované protipôsobenie.

$\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$

Silový diagram: kocka na podložke s tiažou, normálovou silou a vonkajšou silou

Na kocku hmotnosti 5 kg pôsobí výsledná sila 20 N. Nájdite zrýchlenie.

$a = F/m = 20/5 = 4 \text{ m/s}^2$

Poznámka

Tiaž je sila: $G = mg$ . Na Zemi $g \approx 9{,}81 \text{ m/s}^2$ .

Prax: bezpečnostný pás — prvý zákon

Keď auto idúce 60 km/h náhle zabrzdí, auto spomaluje — no podľa prvého zákona cestujúci sa snažia pokračovať rýchlosťou 60 km/h. Bez bezpečnostného pásu by cestujúci letel dopredu do čelného skla. Bezpečnostný pás poskytuje dozadnú silu, ktorá spomaluje cestujúceho rovnako rýchlo ako auto.

Prax: kamión vs. športové auto — druhý zákon

Športové auto má hmotnosť 1 200 kg; naložený kamión 20 000 kg. Ak na oba pôsobí rovnaká výsledná sila 12 000 N:

Športové auto: $a = 12\,000 / 1\,200 = 10 \text{ m/s}^2$

Kamión: $a = 12\,000 / 20\,000 = 0{,}6 \text{ m/s}^2$

Rovnaká sila spôsobuje oveľa menšie zrýchlenie ťažšieho vozidla. Preto kamióny potrebujú oveľa výkonnejšie motory.

Prax: raketový pohon — tretí zákon

Raketový motor spaľuje palivo a vymršťuje výfukové plyny vysokou rýchlosťou nadol (pôsobenie). Podľa tretieho zákona plyny pôsobia rovnako veľkou silou na raketu nahor (protipôsobenie) — to je ťah. Raketa nepotrebuje vzduch na odrazenie; tretí zákon funguje aj vo vákuu, preto rakety liečia vesmírom.

Tip

Kde vidíme Newtonove zákony? Bezpečnostný pás (1. zákon), tlačenie nákupného vozíka (2. zákon), plavecké pohyby (3. zákon), airbag, kop do lopty či štart rakety — to všetko možno vysvetliť Newtonovými zákonmi.

Cvičné príklady

Teleso hmotnosti 10 kg sa zrýchľuje hodnotou 5 m/s². Aká výsledná sila naň pôsobí?

Zobraziť odpoveď

F = ma = 10 × 5 = 50 N

Sila 30 N spôsobuje zrýchlenie 6 m/s². Aká je hmotnosť telesa?

Zobraziť odpoveď

m = F/a = 30/6 = 5 kg