Category: FYZIKA

Síly a jejich vlastnosti

Síly a jejich vlastnosti

Síly a jejich vlastnosti

S pojmem síla se ve fyzice setkáváme velmi často. Jedná se o vektorovou fyzikální veličinu, která pojednává o míře vzájemného působení těles, případně polí.

Síla může mít obecně dvě formy:

Deformační – deformuje tělesa, na která působí

Pohybová – tělesa, na která působí, uvádí do pohybu

Pojem síly je zaveden pomocí tří základních Newtonových zákonů.

Síla se značí písmenem F. Základní jednotka síly je Newton (N).

Významným fyzikem, který se zasloužil o zkoumání vlastností sil, byl Isac Newton, podle něho jsou pojmenovány pohybové zákony.

 

První Newtonův zákon – zákon setrvačnosti

Těleso zůstává v klidu nebo v pohybu rovnoměrném přímočarém, pokud na něho silou nepůsobí jiná tělesa

  • Zákon jinými slovy říká, že síla není příčinou pohybu, tělesa se totiž mohou pohybovat i bez působení sil
  • Snaha o setrvání v okamžitém stavu se nazývá setrvačnost
  • Se setrvačností se můžeme setkat i v praxi, uveďme si příklad: Na podlaze ve vlaku máte kuličku, která je vůči vám, cestujícím ve vlaku v klidu, pokud se však vlak náhle zastaví, začne se vlivem setrvačnosti kulička pohybovat dopředu, stejně tak zřejmě i vy, to je způsobeno tím, že ve vztahu k venkovnímu okolí mimo vlak se pohybujete pohybem rovnoměrným, jestliže vlak náhle zastaví, má jak kulička, tak i vy tendenci v tomto pohybu pokračovat, přerušení způsobí buď tření, nebo překážka (konec vagonu, do kterého kulička narazí)

 

Druhý Newtonův zákon – zákon síly

Pokud na těleso působí síla, tak se toto těleso pohybuje se zrychlením, které je přímo úměrné síle a nepřímo úměrné hmotnosti

  • Druhý Newtonův pohybový zákone je možno vyjádřit i matematickým vztahem: F = m x a, kde F je síla,m je hmotnost a a je zrychlení

Třetí Newtonův zákon – zákon akce a reakce

Vzájemné působení dvou těles je vždy stejné. Působí-li jedno těleso na druhé, působí i druhé těleso na první a to stejně velkou silou, avšak opačného směru

  • Matematicky se dá tento zákon vyjádřit následovně: F1,2 = – F2,1, F1,2 je síla, kterou působí první těleso na druhé a F2,1 je síla, kterou působí druhé těleso na první

Grafické znázornění sil

Obrovské uplatnění nachází i grafické znázornění sil. Protože se jedná o vektorovou fyzikální veličinu, lze síly znázornit prostřednictvím vektorů. Vektor je orientovaná úsečka, tedy zjednodušeně řečeno čára, která má určitou velikost a určitý směr.

Síly je možné skládat. Pokud jsou síly rovnoběžné, postupujeme tak, že na konec jednoho vektoru vložíme počátek druhého vektoru. Výsledná síla je potom vektor, který vznikne spojením počátku vektoru první síly a konce vektoru poslední síly. Podobně je tomu v podstatě i u nerovnoběžných sil, u těch zpravidla doplňujeme silový obrazec na rovnoběžník a výslednicí sil je potom jeho úhlopříčka.

 

Základní rozdělení sil

Síly je možno rozdělit na několik druhů:

  1. Podle základní interakce
  • Slabá síla
  • Silná síla
  • Gravitační síla
  • Elektromagnetická síla

 

  1. Podle vzdálenosti působení
  • Přímý styk – síly působí tak, že se dané dvě tělesa dotýkají
  • Na dálku – síly působí bez dotyku dvou těles, prostřednictvím svých silových polí

 

  1. Podle směru působení
  • Rovnoběžné síly – síly působí v jedné přímce
  • Různoběžné síly – síly působí v různých směrech
  • Kolmé síly – síly na sebe působí kolmo

 

Měření síly

Jak měřit sílu? Porovnat, která síla je větší, je možno i experimentálně. Jako příklad můžeme uvést situaci, kdy budete provozovat páku, ten silnější vyhraje. Je to v podstatě experimentální zjištění, kdo má větší sílu. Pro přesné měření síly využíváme siloměry. Jedná se o přístroje, které pracují na nejrůznějších principech. Tím základním je jakási pružina, na kterou zavěsíme těleso, u kterého měříme sílu. Čím více se pružina prodlouží, tím naměříme větší sílu, kterou určíme po odečtení ze stupnice, kterou obvykle siloměr obsahuje.

Př.1: Těleso má hmotnost 2 kg, Určeme gravitační sílu, kterou těleso působí v gravitačním poli Země, pokud víme, že zrychlení je 10 N / kg

m = 2 kg

g = 10 N / kg

F = ?

F = m x g = 2 kg x 10 N / kg = 20 N

  • Řešení příkladu je velmi jednoduché, v podstatě stačí dosadit do základního vzorce, který reprezentuje druhý Newtonův pohybový zákon

 

Př. 2: Na těleso působí několik sil v rovnoběžném směru, jedná se o dvě síly, které působí zprava doleva velikostmi 20 N a 30 N a dále o jednu sílu, která působí v opačném směru, tedy zleva doprava a její velikost je 40 N. Určeme početně velikost výslednice sil a její směr.

F1 = – 20 N

F2 = – 30 N

F3 = 40 N

F = ?

F = F1 + F2 + F3 = – 20 N + – 30 N + 40 N = – 10 N, působí zprava doleva

  • Jedná se o jednoduchý příklad, dané síly stačí sečíst, přičemž síly, které jdou zleva doprava, mají kladnou hodnotu a síly jdoucí zprava doleva mají zápornou hodnotu, výslednice sil má zápornou hodnotu, což znamená, že má směr zprava doleva

 

Př. 3: Gravitační pole Země působí na těleso silou 1000 N, určeme jakou má hmotnost toto těleso, pokud víme, že gravitační zrychlení má hodnotu 10 N / kg.

F = 1000 N

g = 10 N / kg

m = ?

F = m x g

m = F / g = 1000 N / 10 N / kg = 100 kg

  • Základem k správnému řešení příkladu je nutnost upravit vzorec druhého Newtonova zákona takovým způsobem, abychom osamostatnili hmotnost m, potom již stačí pouze dosadit
Kapaliny

Kapaliny

Kapaliny představují jednu formu ze základních tří skupenství látek. Kapaliny se skládají z molekul, které mají určitou charakteristickou vlastnost: Molekuly u sebe leží poměrně blízko, avšak nejsou vázány v pevných polohách, to znamená, že se mohou pohybovat, dochází k přelévání kapaliny. Tento fakt rovněž umožňuje určitou stlačitelnost kapaliny, ovšem pouze v omezené míře, jakmile se molekuly dostanou příliš blízko k sobě, stlačovat již více nelze. Kapalina tedy nemá svůj vlastní tvar, udržuje tvar nádoby, ve které je nahromaděna, má však svůj objem. Kapaliny jsou náchylné na působení vnějších sil. Kapalina je v podstatě možná přechodná fáze mezi pevnou látkou a plynem.

 

Vlastnosti kapalin

Kapaliny mají celou řadu zajímavých vlastností, z nichž některé již byly uvedeny výše. Nyní si však uvedeme ty nejdůležitější v přehledu:

  1. Kapaliny nemají stálý tvar, ten vždy odpovídá tvaru nádoby, ve které jsou umístěny
  2.  Kapaliny mají svůj vlastní objem, ten se však může měnit působením vnějších sil
  3. Kapaliny mají volný povrch, ten je označován jako vodorovná hladina, u které lze pozorovat v místech styku s nádobou drobné zakřivení a to buď směrem nahoru, nebo dolů, dle konkrétních vlastností kapaliny
  4. Kapaliny mohou vytvářet kapky, je to způsobeno vnitřními přitažlivými silami kapaliny, respektive molekuly
  5. Kapaliny jsou stlačitelné, i když pouze v omezené míře
  6. Některé kapaliny jsou vodivé, nosičem elektrického proudu jsou v kapalině ionty
  7. V kapalinách se může šířit teplo prouděním
  8. Jednotlivé částice kapalin se neustále pohybují, čím mají vyšší teplotu, tím je pohyb rychlejší, ve srovnání s plyny jsou však pohyby mnohem pomalejší

 

Ideální a skutečná kapalina

Ve fyzice se často setkáváme se dvěma pojmy, jedná se o ideální kapalinu a skutečnou kapalinu.

Ideální kapalina představuje jakýsi model, nikdy jí nemůže být dosaženo, využívá se pouze jako prostředek k usnadnění práce, zejména při výpočtech a dalším bádání. Naproti tomu skutečná kapalina je v podstatě reálnou kapalinou, kterou známe v nejrůznějších druzích z každodenního života.

Základní vlastnosti ideální kapaliny:

  1. Dokonalá nestlačitelnost
  2. Nemá vnitřní tření
  3. Má stejnou hustotu v jakékoliv její části

Základní vlastnosti reálné kapaliny:

  1. Mírná stlačitelnost
  2. Určité vnitřní tření
  3. Hustota se v různých částech jedné kapaliny velmi mírně odlišuje

 

Tlak v kapalině

V každé kapalině je určitý tlak, který je dán buď vnější silou prostřednictvím nějakého tělesa nebo silového pole, nebo účinkem gravitační síly na těleso.

Tlak v závislosti na účinku vnějších sil řeší Pascalův zákon, kterému se věnujeme v samostatné kapitole. V kapalinách působí celá řada sil, velmi známými jsou také tlaková a vztlaková síla. První z nich má směr působení směrem dolů, na dně kapaliny, druhá síla působí opačným směrem. Za jistých okolností jsou tyto dvě síly v rovnováze.

 

Co lze u kapaliny měřit?

U kapaliny můžeme měřit určité fyzikální veličiny:

  1. Teplota
  • Nejčastěji měříme teplotu, ta se měří teploměrem, který je nutno ponořit do kapaliny a nechat ho tam určitou dobu, potom odečteme ze stupnice, teplota je u kapalin měřena obvykle ve stupních Celsiových (°C)
  1. Hustota
  • Hustota kapaliny se měří hustoměrem, jedná se o skleněnou trubici, která je na obou svých koncích zatavená, do dolní části se přidávají broky, aby byla zajištěna kolmá poloha, na celé vnější části hustoměru je stupnice, princip měření je následující: Čím více se do kapaliny hustoměr ponoří, tím je kapalina řídčí, přesnou hustotu odečteme z ocejchované stupnice

 

Nejznámější kapalinou je voda. Jedná se o přírodní kapalinu, která je v nejrůznějších formách zastoupena všude kolem nás. (voda v potocích, řekách, jezerech nebo mořích, déšť)

 

Vzorec pro kapaliny

Nyní si ještě uvedeme vzorec, který vyjadřuje závislost tří fyzikálních veličin kapaliny. Jedná se o hmotnost m, objem V a hustotu ρ. Základní jednotkou hmotnosti je kilogram, značí se kg, základní jednotkou objemu je kilogram na metr krychlový, značí se kg / m3 a základní jednotkou objemu je metr krychlový, značí se m3, mnohem častěji se však u objemu používá litr, což je vlastně decimetr krychlový.

V = m / ρ

Př.1: Určeme objem kapaliny, pokud známe její hmotnost m = 1 kg a hustotu ρ = 1000 kg / m3

m = 1 kg

ρ  = 1000 kg / m3

V = ?

V = m / ρ = 1 kg / 1000 kg / m3 = 0,001 m3 1 dm3 = 1 l

  • Výpočet je jednoduchý, stačí dosadit do základního vzorce, nakonec provedeme převod mezi metry krychlovými a decimetry krychlovými, respektive litry

 

Př.2: Určeme hmotnost kapaliny, pokud známe její hmotnost hustotu ρ = 1000 kg / m3 a zároveň víme, že vyplňuje celou nádobu tvaru krychle o hraně a = 10 cm

m = ? kg

ρ  = 1000 kg / m3

a = 10 cm

V = m / ρ

m = V x ρ

m = a x a x a x ρ = 0,1 m x 0,1 m x 0,1 m x 1000 kg / m3 = 1 kg

  • Nejprve je třeba určit objem kapaliny, respektive nádoby, jedná se o tutéž hodnotu, centimetry musíme při výpočtu převést na metry, objem potom podle vzorce vynásobíme hustotou a máme výsledek
Plyny

Plyny

Plyny představují jednu ze tří základních forem základního skupenství látek. Plyn je všude kolem nás, asi tím nejrozšířenějším plynem je vzduch, který dýcháme. Jedná se o jakousi směsici několika plynů, v nichž hraje zásadní úlohu právě kyslík – pro život nezbytný plyn.

Mezi základní charakteristiky plynů patří zejména fakt, že jednotlivé částice, ze kterých se plynné skupenství skládá, jsou poměrně daleko od sebe. Přestože se pohybují, tak vzhledem ke své vzdálenosti na sebe nepůsobí žádnými silami. Za zmínku ještě stojí, že čím je plyn více zahřátý, tím rychleji se jednotlivé částice pohybují.

Každý plyn může být charakterizován dvěma energiemi, jedná se sice o energii potenciální a energii kinetickou. Kinetická, nebo-li pohybová energie částic, je u plynů mnohem vyšší, než energie potenciální.

 

Základní vlastnosti plynů

Plyny jsou charakterizovány určitými, pro ně typickými vlastnostmi, uvedeme si je v přehledu:

  1. Plyny nemají svůj stálý tvar, tvar je proměnný a je spojován s nádobou, ve které jsou umístěny
  2. Plyny nemají ani svůj objem, rozprostírají se vždy v celém objemu nádoby, ve které jsou umístěny
  3. Plyny tedy nemají ani volný povrch, vyplňují celý prostor
  4. Plyny jsou velice dobře stlačitelné, mnohem více než kapaliny
  5. Plyny vedou elektrický proud jen za určitých okolností, obvykle při velmi vysokých teplotách, v normálních stavech se jedná o elektrické izolanty
  6. V plynech se šíří teplo prouděním

 

Ideální a skutečný plyn

Stejně jako u kapalin, tak i v problematice plynů se setkáváme s určitým zjednodušením, které se hodí pro další, detailnější zkoumání plynů a také pro výpočty. Zjednodušení představuje model ideálního plynu. Ten nelze v praxi nikdy dosáhnout. Naproti tomu, v běžném životě se setkáváme s reálným, nebo-li skutečným plynem.

Základní vlastnosti ideálního plynu:

  • Dokonale až nekonečně stlačitelný plyn
  • Plyn bez vnitřního tření mezi jednotlivými částicemi

Základní vlastnosti reálného plynu

  • Plyn je dobře stlačitelný, avšak pouze do určité míry
  • Plyn má vnitřní tření mezi jednotlivými částicemi

 

Viskozita

Viskozita představuje tření. Jak již bylo řečeno, každý reálný plyn má určité vnitřní tření. To se odlišuje právě dle hodnoty viskozity, kterou najdeme například v tabulkách.

Jak si vnitřní tření plynu představit? Je třeba si uvědomit, že plyn se skládá z jednotlivých molekul, ty si můžeme představit zjednodušeně jako kuličky, ty se neustále a neuspořádaně pohybují. Čím vyšší teplotu plyn má, tím je rychlejší pohyb. Kuličky na sebe náhodně naráží a tím, jak se jejich, i když miniaturní plochy, dotýkají, dochází ke tření. To je tím menší, čím se kuličky plynu pohybují rychleji.

Plyn jako vodič světla a zvuku

Plyn tvoří okolní prostředí, je velmi důležitým vodičem zejména světla a zvuku. Přesvědčit se o tom můžeme každý den. Když mluvíme, zvuk se bez problémů šíří vzduchem, slova, věty a hlasy slyšíme na několik metrů. Ještě více toto vše vynikne u vodivosti světla. Uvědomme si, že náš důležitý světelný zdroj, kterým je Slunce, je neskutečně daleko, a přesto se plynným prostředím šíří světlo až na planetu Zemi.

 

Co u plynu měříme?

U plynů je možno zjišťovat celou řadu specifik. A to nejrůznějšími možnými způsoby. Základem je měření. Pokud máme alespoň nějaké veličiny naměřené, můžeme s použitím vhodných vzorců vypočítat i ostatní fyzikální veličiny pro plyny charakteristické.

A jaké jsou nejměřenější vlastnosti plynů?

  1. Teplota
  • Teplotu plynů měříme teploměrem, jedná se o proces, který provádíme v podstatě každý den. Když ráno vstáváme, určitě nás zajímá, kolik je venku stupňů, jak bychom se měli obléci. K měření teploty plynů se využívá teploměr, ten je dnes již k dispozici v mnoha provedeních, které se od sebe liší i svou konstrukcí, nejrozšířenější jsou teploměry, které jsou založeny na rtuťovém sloupci, kromě rtuti se využívá i líh, žádnou zvláštností již nejsou ani digitální teploměry.
  1. Vlhkost
  • U plynů velmi často zkoumáme i jejich vlhkost, tato veličiny má velmi podstatný vliv na vývoj a potažmo i na předpověď počasí. Vlhkost vzduchu se měří vlhkoměrem.
  1. Tlak
  • Také tlak vzduchu hraje zásadní vývoj v problematice předpovědi počasí. Tlak vzduchu se měří speciálními barometry. Normální tlak vzduchu při hladině moře je 101 325 Pa.

 

Základní vzorec

Podobně jako u pevných látek a kapalin, tak i u plynů je zaváděn základní vzorec, který vyjadřuje vztah mezi objemem plynů V, hmotností plynů m a hustotou plynů ρ. Jeho podoba je naprosto stejná, včetně jednotek. (hmotnost je udávána v kilogramech a jejich dílčích a násobných jednotkách, hustota potom v kilogramech na metr krychlový, případně v gramech na centimetr krychlový a objem potom v litrech, metrech čtverečných a dalších objemových jednotkách)

V = m / ρ

Př. 1: Určeme hmotnost vzduchu, který se nachází v místnosti o rozměrech 5 m x 6 m x 2 ,5 m víme-li, že hustota vzduch je 1,2 kg / m3

a = 5 m

b = 6 m

c = 2,5 m

ρ = 1,2 kg / m3

m = ?

V = m / ρ

m = V x ρ = a x b x c x ρ = 5 m x 6 m x 2,5 m x 1,2  kg / m3 = 90 kg

  • Jedná se o jednoduchý příklad, v podstatě stačí pouze dosadit do vzorce s tím, že je potřeba si uvědomit, že nemáme zadaný objem místnosti, protože však víme, že místnost je tvaru kvádru, a známe všechny strany, vypočítáme snadno objem, který potom vynásobíme hustotou

 

Př. 2: Určeme hustotu plynu, který se nachází v uzavřené nádobě tvaru krychle, víme-li, že strana nádoby má 10 cm a hmotnost samostatné nádoby je 10 kg, s plynem potom 12 kg

a = 10 cm = 0,1 m

ρ = ?

m 1 kg

V = m / ρ

ρ = m / V = 1 kg / (0,1 m x 0,1 m x 0,1 m) = 1000 kg / m3

  • Ze základního vzorce je třeba osamostatnit hustotu, dále je nutno převést centimetry na metry, abychom se nepletli s jednotkami, následně dosadíme do vzorce s tím, že musíme rozepsat objem, jedná se o objem krychle, u hmotnosti je zapotřebí vzít v úvahu pouze samostatnou hmotnost plynu, což je tedy 1 kg

 

1.      Pružná deformace

 

  • Po vymizení působící síly se těleso vrátí do původního stavu
  1. Tvárná deformace
  • I po vymizení působící síly již zůstane těleso v novém změněném stavu

K deformaci tělesa dochází v závislosti působení vnějších sil, které vznikají z několika příčin:

  • Působení tahu – dvě síly působí ven z tělesa (lano výtahu)
  • Působení tlaku – dvě síly působí dovnitř tělesa (nosné pilíře)
  • Působení ohybu – spodní vrstvy tělesa jsou deformovány tahem, horní vrstvy tělesa potom tlakem, střed zůstává zachován (most)
  • Působení smyku – na horní a na dolní podstavu tělesa působí tečné síly, které způsobují vzájemné posunutí jednotlivých vrstev tělesa (nýt)
  • Působení kroucení – na koncích tyče působí dvojice sil tak, že momenty působí proti sobě (vrták)

Hookův zákon

Deformaci tělesa popisuje Hookův zákon. Jedná se o poučku, která vyjadřuje závislost mezi relativním prodloužením a mechanickým napětím. Ten je dán při deformaci tahem nebo tlakem základním matematickým vztahem:

ε = σ / E,

kde ε je relativní (poměrné) prodloužení – jedná se o bezjednotkovou veličinu, σ je mechanické napětí vyjadřované v Pascalech (Pa) a E je modul pružnosti, který nalezneme pro danou látku v tabulkách, jeho jednotkou je Pascal (Pa).

 

Př.1: Určeme relativní prodloužení ocele, která má modul pružnosti 210 GPa, pokud na ni působí mechanické napětí 420 kPa

ε = ?

σ = 420 kPa = 420 000 Pa

E = 210 GPa = 210 000 000 Pa

ε = σ / E = 420 000 Pa / 210 000 000 Pa = 0,02

  • Jedná se o velmi jednoduchý příklad, kdy stačí pouze ve správně převedených základních jednotkách dosadit do Hookova zákona

 

Problematika Hookova zákona je mnohem složitější, poučka existuje pro každou možnou působící vnější sílu v trochu odlišné variantě, my jsme si uvedli pouze základní a nejjednoduší pro deformaci, která je vyvolána tlakem nebo tahem.

Atmosféra Země

Atmosféra Země

Atmosféra Země představuje v podstatě jakýsi obal naší planety. Nutno říci, že má pro nás ochrannou funkci, bez atmosféry by nebyl život!

Atmosféra je vzduchový obal Země, má tloušťku několika kilometrů a dělí se do několika vrstev, o kterých se zmíníme dále v textu. S tím jak roste výška od planety, se hustota vzduchu zmenšuje, atmosféra zvolna přechází v meziplanetární prostor, nemá přesné hranice.

 

Jednotlivé vrstvy atmosféry

  1. Troposféra
  • Nachází se od povrchu Země do výšky zhruba 18 kilometrů, horní hranice se mění podle polohy a počasí
  • Obsahuje 80% vodních par, tvoří se zde všechny druhy oblaků
  • Má zásadní význam ve vývoji počasí
  1. Stratosféra
  • Nachází se ve vzdálenosti zhruba 18 až 60 kilometrů od povrchu Země

Ve výšce okolo 30 km se vyskytuje ozónová vrstva – pohlcuje ultrafialové záření slunce, není všude stejná, na pólech je užší

  1. Mezosféra
  • Nachází se ve vrstvě 80 – 85 km od povrchu Země
  • Obsahuje mnoho iontů
  • Má velmi nízkou teplotu, okolo – 80 °C
  1. Termosféra
  • Zhruba od výšky 80 km do 600 km od povrchu Země
  • Obsahuje opět mnoho iontů a elektronů
  • Má vysokou teplotu, ta roste od 150 °C až k 1 500 °C
  1. Exosféra
  • Nejvyšší a nejvnější vrstva atmosféry
  • Obsahuje atomární vodík
  • Tvoří přechod mezi atmosférou a meziplanetárním prostorem

 

Složení atmosféry

Jedná se o směs několika plynů, které celkově tvoří vzduch. Zemská atmosféra obsahuje:

  • 78% dusíku
  • 21% kyslíku
  • 1% ostatních plynů a vodních par

Vznik atmosféry

Atmosféra vznikala během dlouhého procesu. Dá se dokonce říci, že i nyní se neustále vyvíjí, jedná se však o dlouhodobou záležitost, takže člověk si během svého života nevšimne žádných podstatných změn, něčeho však přece, jedná se například o vznikání ozónové díry, což je následek stále se znečišťujícího životního prostředí. Různé toxické plyny, třeba z automobilů a továren, rozhodně nepůsobí na atmosféru pozitivně.

Původní složení atmosféry při vzniku planety Země bylo chemicky zásadně odlišné od toho současného. Obsahovala z velké části směs sopečných plynů, které se odpařovaly ze sopečného magmatu, které pokrývalo převážnou část rozlohy. Mnohé tyto plyny byly jedovaté, na naší planetě tak v té době nebyl žádný život. Postupně se začal objevovat život, nejdříve v oceánech prostřednictvím zelených řas. Začala probíhat fotosyntéza, která význačně ovlivnila vývoj atmosféry.

 

Atmosferický tlak

V atmosféře se vyskytuje v závislosti na vzdálenosti od povrchu planety Země plyn nejrůznějšího složení, v nejbližších vrstvách se jedná o vzduch. Ten má určitou hmotnost a hustotu. Hustota vzduchu se pohybuje okolo 1 kg / m3, záleží na mnoha okolnostech. Za normální atmosferický tlak je považována hodnota 101 325 Pa, tedy tlak, který je možno naměřit při hladině moře. S rostoucí zeměpisnou výškou atmosferický tlak klesá. Proč? Je to jednoduché, představte si, že vzduch působí na vše, co se v něm vyskytuje, tedy i na nás lidi, určitou hmotností, která vyvolává tlak, pokud vstoupíme do větší nadmořské výšky, je logické, že nad námi je o něco méně vzduchu, tedy pochopitelně ten má menší hmotnost a tudíž na nás působí i nižším tlakem.

Rychlost

Rychlost

Rychlost je vektorová fyzikální veličina, znamená to tedy, že je udávána jednak svou velikostí, ale rovněž i směrem. Znázorňuje se vektory, tedy směrovými čarami.

Rychlost je v každodenním životě velmi důležitá, setkáváme se s ní často v praxi. Určitě nás někdy zajímá, kolik vlastně dané vozidlo jede, jak rychle se pohybuje letadlo nebo třeba jakou rychlostí uběhneme určitou trasu či jak jedeme rychle na kole. I proto je vhodné pochopit její základní charakteristiky.

Rychlost přímo souvisí se dvěma dalšími základními fyzikálními veličinami, jedná se o dráhu a čas. Již v kapitole o čas jsme uvedli vzorec, který bude mít i v této problematice důležité postavení. Jedná se o matematické vyjádření závislosti rychlosti na dráze a čase:

v = s / t

v je označení rychlosti, její základní jednotkou je kilometr za hodinu (km / h), s značí dráhu, její základní jednotkou je metr (m) a t je označení pro fyzikální veličinu času, její základní jednotkou je sekunda (s)

Kromě zkladní jednotky kilometr za hodinu se velmi často můžeme setkávat i s odvozenou jednotkou, kterou je metr za sekundu (m / s), pro převody mezi těmito dvěma jednotkami platí následující vztah: 1 m / s = 3,6 km / h.

Výše uvedený vzorec říká, že rychlost závisí přímo úměrně na jednotce vzdálenosti a nepřímo úměrně na jednotce času.

Rychlost označuje časovou změnu polohy za určitý čas. Pokud by docházelo k časové změně rychlosti, potom by se při jejím nárůstu jednalo o zrychlení a naopak při jejím poklesu o zpomalení.

Rozlišují se dvě základní rychlosti:

  1. Rychlost okamžitá
  • Vyjadřuje okamžitou změnu polohy
  1. Rychlost průměrná
  • Vyjadřuje průměrnou změnu polohy, říká, jak dlouhou dráhu urazí těleso za určitý čas, neříká nic o okamžitém pohybu

Obvodová rychlost

Kromě klasické rychlosti se někdy zkoumá i kruhová nebo-li obvodová či úhlová rychlost. Je to v podstatě něco podobného, avšak při stále se opakujícím kruhovém pohybu. Jak se vypočítá, nám říká následující vzorec:

ω = v / r

ω je obvodová rychlost, která se vyjadřuje v jednotkách radián za sekundu (rad / s), v je klasická rychlost a rje poloměr kružnice, po které těleso vykonávající kruhovou rychlost určitou rychlostí v, kterou se pohybuje

 

Čím se měří rychlost?

Určitě vás bude také zajímat, jak se rychlost vlastně měří. Rychlost je možno zjistit přímou a nepřímou metodou. Přímá metoda spočívá v konkrétním měření, které zajistí speciální mechanismus – jedná se o měřič rychlosti, nebo-li tachometr. Tachometry jsou dnes k dispozici buď analogové (známe z většiny osobních vozidel) nebo digitální (tachometr na kole). Princip měření rychlosti vychází ze znalosti obvodové rychlosti kola. Nepřímá metoda měření rychlosti je potom realizována na základě výpočtu, kdy známe dvě příbuzné veličiny, tedy dráhu a čas.

 

Př.1: Vypočtěme průměrnou rychlost vozidla, které vyjelo z místa, vzdáleného od cíle 150 km v 7.30 hod a dojelo v 9.00 hod

v = ?

t1 = 7 h 30 min

t2 = 9 h 00 min

s = 150 km

t = t2 – t1 = 9 h 00 min – 7 h 30 min = 1 h 30 min = 1,5 h

v = s / t = 150 km / 1,5 h = 100 km / h

  • Příklad je jednoduchý, jediné, nad čím je potřeba se zamyslet, je přijít na dobu, kterou se vozidlo pohybovalo, logicky když od 9.00 hodin odečteme 7.30 hodin, tak nám vyjde, že automobil jel hodinu a půl, nyní již stačí dosadit do vzorce

 

Př.2: Vypočtěme obvodovou rychlost kabiny kolotoče, která se pohybuje rychlostí 50 km / h a je vzdálena 5 metrů od středu otáčení

ω = ?

r = 5 m

v = 50 km / h = 50 / 3,6 m / s = 13,8 m / s

ω = v / r = 13,8 m / s / 5 m = 2,76 rad / s

  • Na celém příkladu je nejsložitější převést kilometry za hodinu na metry za sekundy, poté už stačí pouze dosadit do vzorce pro výpočet obvodové rychlosti

Př. 3: Určete průměrnou rychlost, pokud se vozidlo pohybovalo na stejných úsecích těmito rychlostmi: v1 = 80 km / h, v2= 90 km / h, v3 = 70 km / h

v1 = 80 km / h

v2 = 90 km / h

v3 = 70 km / h

v = ? 

v = v1 + v1 + v1 / 3 = (80 km / h + 90 km / h + 70 km / h) / 3 = 80 km / h

  • Protože počítáme průměr, je třeba všechny rychlosti sečíst a vydělit počtem rychlostí, potom nám vyjde výsledná rychlost
Pevné látky

Pevné látky

Pevné látky představují jedno ze tří základních skupenství. Setkáváme se s nimi v běžném životě vůbec nejčastěji. Pevné látky mají určité charakteristické vlastnosti, na jejichž podkladě se potom chovají. Základními vlastnostmi jsou fakta, že částice, ze kterých se pevné látky skládají, jsou rozmístěny velmi blízko sebe, působí na sebe buď přitažlivými, nebo odpudivými silami, téměř se nepohybují, pouze vibrují kolem své rovnovážné polohy. Pevné látky také mají svůj stálý tvar i objem.

Pevné látky lze rozdělit na krystalické a amorfní.

 

Krystalické pevné látky

Krystalické látky se vyznačují pravidelným uspořádáním stavebních částic. Jejich rozložení se periodicky opakuje v celém krystalu. Krystalické látky se dělí na další podskupiny:

  1. monokrystaly
  • pravidelné geometrické tvary
  • všechny částice se vyskytují v jedné krystalové struktuře
  • vlastnosti krystalu se v jednotlivých směrech mohou lišit, tzn., že jsou anizotropní

 

  1. polykrystaly
  • nepravidelné geometrické tvary
  • větší počet drobných krystalů
  • vlastnosti krystalu jsou ve všech směrech stejné, tzn., že jsou izotropní.

 

Amorfní látky

Amorfní krystaly jsou charakteristické svou nepravidelnou strukturou uspořádání. Typickými zástupci jsou například sklo nebo asfalt.

 

Krystalová mřížka

Jak již bylo řečeno, pevné látky se skládají z malých stavebních částic. Pro zkoumání vlastností pevných látek se zavádí krystalová mřížka, což je jakýsi model, který symbolizuje, jak vypadá stavba krystalické pevné látky.

Základem je elementární buňka, která je vždy rovnoběžnostěn. Nejjednodušší případ je mřížka, která má uspořádání krychlové. Krychlová mřížka může být prostá (primitivní) – stavební částice má jen ve vrcholech krychle (8 bodů), plošně centrovaná – stavební částice jsou ve vrcholech krychle a středech stěn (14 bodů), prostorově centrovaná – stavební částice jsou ve vrcholech krychle a středu krychle (9 bodů).

Částice za normálního stavu kmitají kolem svých rovnovážných poloh.

V reálných krystalech se velmi často vyskytují určité odchylky od ideální krystalové mřížky, jedná se o bodové poruchy. Zmiňme si ty nejpodstatnější:

  1. Vakance částice
  • v krystalové mřížce je jedno místo nezaplněno
  1. Intersticiální poloha částice
  • částice leží mimo pravidelný bod mřížky, porucha může doprovázet i vakanci
  1. Příměsi
  • v krystalové mřížce jsou určité atomy navíc, jedná se o atomy jiných prvků, než těch, co tvoří danou pevnou látku

 

Síly působící v pevných látkách – vnitřní síly

V pevných látkách se vyskytuje působení několika sil, které ovlivňují výsledné chování látky.

  1. Iontová síla
  • Jedná se o přitažlivou sílu mezi kationty a anionty, tedy základní stavební částice pevné látky, díky této síle drží pevná látka pohromadě
  1. Kovová síla
  • Jedná se o odpudivé elektrické síly kationtů kovu, které nepustí atomy na novou polohu
  1. Kovalentní síla
  • Jedná se o chemickou vazbu mezi atomy
  1. Molekulová síla
  • Jedná se o síly mezi molekulami, jsou poměrně slabé

 

Působení vnějších sil – deformace

Na pevnou látku mohou kromě vnitřních sil působit i síly vnější, které obvykle vyvolávají změnu vzhledu tělesa.

Když na pevné těleso působíme silou, dojde ke změně tvaru nebo objemu tzv. deformaci tělesa. Existují dva druhy deformací:

  1. Pružná deformace
  • Po vymizení působící síly se těleso vrátí do původního stavu
  1. Tvárná deformace
  • I po vymizení působící síly již zůstane těleso v novém změněném stavu

K deformaci tělesa dochází v závislosti působení vnějších sil, které vznikají z několika příčin:

  • Působení tahu – dvě síly působí ven z tělesa (lano výtahu)
  • Působení tlaku – dvě síly působí dovnitř tělesa (nosné pilíře)
  • Působení ohybu – spodní vrstvy tělesa jsou deformovány tahem, horní vrstvy tělesa potom tlakem, střed zůstává zachován (most)
  • Působení smyku – na horní a na dolní podstavu tělesa působí tečné síly, které způsobují vzájemné posunutí jednotlivých vrstev tělesa (nýt)
  • Působení kroucení – na koncích tyče působí dvojice sil tak, že momenty působí proti sobě (vrták)

 

Hookův zákon

Deformaci tělesa popisuje Hookův zákon. Jedná se o poučku, která vyjadřuje závislost mezi relativním prodloužením a mechanickým napětím. Ten je dán při deformaci tahem nebo tlakem základním matematickým vztahem:

ε = σ / E,

kde ε je relativní (poměrné) prodloužení – jedná se o bezjednotkovou veličinu, σ je mechanické napětí vyjadřované v Pascalech (Pa) a E je modul pružnosti, který nalezneme pro danou látku v tabulkách, jeho jednotkou je Pascal (Pa).

 

Př.1: Určeme relativní prodloužení ocele, která má modul pružnosti 210 GPa, pokud na ni působí mechanické napětí 420 kPa

ε = ?

σ = 420 kPa = 420 000 Pa

E = 210 GPa = 210 000 000 Pa

ε = σ / E = 420 000 Pa / 210 000 000 Pa = 0,02

  • Jedná se o velmi jednoduchý příklad, kdy stačí pouze ve správně převedených základních jednotkách dosadit do Hookova zákona

 

Problematika Hookova zákona je mnohem složitější, poučka existuje pro každou možnou působící vnější sílu v trochu odlišné variantě, my jsme si uvedli pouze základní a nejjednoduší pro deformaci, která je vyvolána tlakem nebo tahem.

Pascalův zákon

Pascalův zákon

Pascalův zákon je jednou z nejdůležitějších zákonitostí hydromechaniky. Poučka je pojmenována po významném vědci a fyzikovi Pascalovi.

Pascalův zákon vyjadřuje a charakterizuje vztah mezi třemi důležitými fyzikálními veličinami. Jedná se sice o tlak, který se značí písmenem p a jehož jednotkou je Pascal (Pa), dále potom o sílu, značí se písmenem Fa jednotkou je Newton (N) a konečně plochu nebo-li obsah, značí se písmenem S a základní jednotkou je metr čtverečný (m2)

Pascalův zákon je možno zapsat v matematickém tvaru následovně:

p = F / S

Tento vzorec nám říká, že v uzavřené nádobě závisí tlak přímo úměrně na působící síle a nepřímo úměrně na ploše, kterou tato síla na kapalinu nebo plyn působí

 

Spojené nádoby

Pascalův zákon platí rovněž i ve spojených nádobách, právě u nich má obrovský praktický význam. Jedná se o to, že pokud jsou takové nádoby navrhnuty optimálně, můžeme pomocí působení malých sil nadzvednout podstatně většími silami mnohem těžší tělesa.

Nejprve je zapotřebí si vysvětlit, jak takové spojené nádoby vypadají. Jedná se o dvě nádoby, které jsou naplněny co nejméně stlačitelnou kapalinou, používá se obvykle olej. Tyto dvě nádoby jsou spojeny určitým pevným systémem, třeba nějakou hadičkou, která však nesmí prasknout. Na konci každé nádoby je vyveden pohyblivý píst. Důležitou vlastností je skutečnost, že každý píst musí mít jinou plochu.

A nyní k samotnému ději. Stlačíme-li menší píst menší silou avšak po delší dráze, posune se větší píst po kratší dráze avšak mnohem větší silou. To je způsobeno právě tím, že tlak se přenáší ve všech částech stlačované nádoby, tedy i ve spojených nádobách stejně. Na větší plochu musí působit více sil, snadno tak malou silou vyvoláme mnohem větší silu na větším pístu.

Vzorec, který tento proces popisuje je následující:

p1 = p2

F1 /  S1 = F2 /  S2

 

Ve vzorci se nevyskytuje veličina objemu, vůbec tedy nezáleží na tom, jaký objem mají spojené nádoby, podstatná je pouze jejich plocha pístu, respektive plocha jejich řezu a působící síly. Pokud není při výpočtech zadán výslovný obsah plochy, ale pouze strany nebo průměr, je třeba tento obsah dopočítat za použití korektních vzorců pro obsah rovinných útvarů.

Pro pochopení je velmi vhodné vypočítat několik příkladů a současně se zamyslet na jejich výsledky

Př.1: Vypočtěme tlak, který je v uzavřené nádobě pokud na její celou hladinu, která má plochu 100 cm2působíme silou 50 N

S = 100 cm2 = 0,01 m2

F = 50 N

p = ?

p = F / S = 50 N / 0,01 m2 = 5 000 Pa = 1 kPa

  • Stačí pouze dosadit ve vhodně zvolených jednotkách (základních) do vzorce pro Pascalův zákon

 

Př.2: Vypočtěme sílu, kterou je třeba působit na hladinu o ploše 100 cm2 aby v dané kapalině byl tlak 200 Pa

S = 100 cm2 = 0,01 m2

F = ?

p = 200 Pa

p = F / S

F = p x S = 200 Pa x 0,01 m2 = 2 N

  • Je potřeba pouze upravit vzorec pro Pascalův zákon a dosadit, v tomto případě musíme osamostatnit sílu F, pozor na správně převedené jednotky do základního tvaru

 

Př.3: Vypočtěme tlak, který je v uzavřené nádobě pokud na její celou hladinu, která má plochu 100 cm2položíme dokonale těsné závaží bez tření o hmotnosti 5 kg

S = 100 cm2 = 0,01 m2

m = 5 kg

g = 10 N / kg

p = ?

p = F / S = m x g / S = (5 kg x 10 N / kg / 0,01 m2) = 5 000 Pa = 1 kPa

  • Stačí pouze dosadit ve vhodně zvolených jednotkách (základních) do vzorce pro Pascalův zákon, je ale zapotřebí rozepsat sílu (podle vzorce pro druhý Newtonův pohybový zákon)

Př.4: Máme dvě uzavřené a spojené nádoby, z nichž každá je zakončena pístem. První píst má plochu 20 cm2 a druhý 40 cm2, Na první píst působíme silou 80 N, jaká síla je vyvolána na druhém pístě?

S1 = 20 cm2 = 0,002 m2

S2 = 40 cm2 = 0,004 m2

F1 = 80 N

F2 = ?

F1 /  S1 = F2 /  S2

F2 = S2 x F1 /  S1 = 0,004 m2 x 80 N / 0,002 m2 = 160 N

  • Je třeba použít vzorec Pascalova zákona pro spojené nádoby, převedeme jednotky (i když v tomto případě to není bezpodmínečně nutné, protože se vykrátí), osamostatníme sílu F2 a dosadíme do vzorce, z příkladu je vidět, že působením malé síly na malé ploše vyvoláme velkou sílu na větší ploše
Magnetismus

Magnetismus

Magnetismus je síla přitažlivosti nebo odporu, která působí na dálku. Je to dáno tím, že v magnetické poli, se pohybují elektricky nabité částice nebo je vlastní magnetické objekty jako magnet.

Magnet je objekt, který vykazuje silné magnetické pole a bude přitahovat materiály  jako je železo. Magnety mají dva póly, tzv. severní (S) a jižní (J) póly. Stejné póly se budou odpuzovat a stejné zase odpuzovat. Magnetismus má mnoho použití v moderním životě.

Otázky které můžete mít:

  • Co je magnetické pole?
  • Co jsou magnety?
  • Jak se magnetismus používá?

Magnetické pole

Magnetické pole se skládá z pomyslné toku pohybu elektricky nabité částice. Příklady zahrnují rotace protonu a pohybu elektronů přes drát v elektrickém obvodu.
Z čeho se magnetické pole ve skutečnosti skládá je poněkud záhadou.

Póly

Vedení magnetického toku proudu z jednoho konce na druhý konec. Podle konvence  říkáme jednomu konci magnetické objektu S nebo severní pól a jiné druhé J nebo jižní pól. Podobně jako Severní a Jižní zemské magnetické póly.Magnetický tok je definován jako pohyb od S k J.

Magnety

Přestože jednotlivé částice, jako jsou elektrony mohou mít magnetické pole, větší objekty jako kus železa může mít také magnetické pole, jako součet polí částic. Pokud se větší objekt vykazuje dostatečně velké magnetické pole, je to magnet.

Magnetická síla

Magnetické pole objektu může působit magnetickou sílu na jiné předměty s magnetickými poli. , Tou silou nazýváme magnetismus.

Pokud je magnetické pole je aplikováno na pohybující se elektrický náboj, jako pohybující se proton nebo elektrický proud v drátu, nazýváme Lorentzova síla.

Přitažlivost

Když se dva magnety nebo magnetické objekty jsou blízko u sebe, je tam síla, která přitahuje póly dohromady.

Magnety mohou také silně přitahovat feromagnetické materiály jako železo, nikl a kobalt.

Odpor

Když se dva magnetické objekty s póly směřující proti sobě, magnetická síla je bude tlačit od sebe.
Magnety mohou také slabě odrazit diamagnetické materiály.

Magnetické a elektrické pole jsou si velmi podobné.

Podobnosti elektrických nábojů a magnetismu
Stejně jako pozitivní (+) a záporný (-) elektrické náboje, budou se S a J póly magnetu přitahovat.Rozdílnosti elektrických nábojů a magnetismu
Magnetické pole je pole dvojpólu. To znamená, že každý magnet musí mít dva póly.
Na druhou stranu, pozitivní (+) nebo negativní (-) lze elektrický náboj může zůstat samostatně.Těmto elektrickým nábojům říkáme monopóly , protože mohou existovat bez opaku.

Shrnutí
Magnetismus je síla, která působí na dálku a je způsobena magnetickými polemi.Magnetická síla silně přitahuje opačné póly jiných magnetů a odpuzuje stejné pole.Magnetické pole má velmi podobné vlastnosti jako elektrické pole.

Hmotnost a gravitace

Hmotnost a gravitace

Hmotnost objektu je velikost jeho obsahu. Vzhledem k tomu, že věci se skládají z atomových částic, může být hmotnost definována jako množství atomových částic uvnitř objektu.
Jsou dva způsoby měření hmotnosti. Gravitační hmotnost je hmotnost tělesa jako  jeho reakce na gravitační sílu. Setrvačná (inerciální) hmotnost je měření jeho odporu vůči zrychlení. Gravitační hmotnost a inerciální hmotnosti byly prokázány,  že jsou stejné.

Hmotnost je definována jako síla gravitace na hmotu. Pružinové váhy mohou být použity pro měření hmotnosti. I když hmotnost objektu je stejná jak na Měsíci, tak i na Zemi, gravitační hmotnost objektu na Měsíci je pouze 1/6 objektu na Zemi.

Otázky, které můžete mít:

  • Jak se měří gravitační hmotnost?
  • Jak se zvolí setrvačná hmotnost, měří?
  • Co je váha?

Gravitační hmotnost
Měření gravitační hmotnosti objektu se provádí pomocí jednotky hmotnosti a váhy.

Jednotka hmotnosti
Jednotka hmotnosti v metrických nebo SI systému je kilogram. V anglickém systému je libra.
Počáteční definici kilogramu bylo množství obsahu v 1 litru (1 L) vody při teplotě tání ledu (0 ° C). Gram je 1 cm3 (1 cc) vody při 0 ° C.
V současné době je kovový standard používá pro označení kilogram namísto množství vody.

Rovnováha pro měření hmotnosti
Rovnováha se používá pro měření hmotnosti. Jednotku hmotnosti (1 kg) nebo některé známé hmotnosti se používá jako základ pro srovnání s neznámou hmotností.

Pokud máme dva objekty m1 a m2. Ke měření stačí už pouze pravítko. Na jednom konci je objekt m1 na druhém konci m2. Posouváme m2 tak dlouho, dokud nejsou oba objekty v rovnováze. Vzdálenost z místa, kde držíme a místo, kde se nachází objekt je d1 nebo d2. Odtud pak vychází vzorec:

p1 r1 = p2 * r2
p2 = p1 * r1 / r2

kde

  • p1 je jednotka hmotnosti
  • r1 je rameno momentu jednotky hmotnosti
  • p2 je hmotnost zkušebního
  • r2 je rameno momentu jednotky hmotnosti

Pokud p 1 = 1 kg, pak:
p2 = r1 / r2 kg

Setrvačná hmotnost
Setrvačná hmotnost se určuje použitím Newtona druhého zákona, které říká, že síla je nutné k uvedení hmoty do pohybu a překonat její setrvačnost. To je vyjádřeno rovnicí:
F = ma

kde

  • F je síla v newtons (N) nebo librách (lbs), který je nezbytný k překonání setrvačné hmotnosti
  • m je hmotnost v kilogramech (kg), nebo libru-hmotnost (kg-hmotnost)
  • a je výsledné zrychlení v m/s2 nebo ft/s2

Tato hmotnost se někdy nazývá setrvačná hmotnost, protože síla musí překonat setrvačné hmotnosti.

Gravitační a inerciální rovnost
Vědcům zajímalo, zda-li vliv gravitace na hmotnosti má stejný účinek jako na zrychlení. Experimenty ukázaly, že gravitační hmota byla ekvivalentní setrvačné hmotnosti.

Hmotnost
Hmotnost objektu je gravitační síla působená na hmotu:
F = mg
nebo

W = mgkde

  • F je síla gravitace na hmotnost newtonů (N) nebo librách (lbs)
  • m je množství objektu v kg nebo libry
  • g je zrychlení kvůli gravitaci (9,8 m/s2 nebo 32 ft/s2). Většinou 10m/s2
  • W je hmotnost N nebo v librách

Hmotnost na Měsíci
Hmotnost objektu-nebo množství hmoty je stejný na Měsíci jak na Zemi. Nicméně, hmotnost objektu je funkce zrychlení kvůli gravitaci. Vzhledem k tomu, gravitace na Měsíci je asi 1/6 toho co na Zemi, bude objekt vážit 1/6 na Měsíci.
WM = mgM

kde

  • WM je hmotnost na Měsíci
  • m je množství objektu v kg
  • gM je zrychlení kvůli gravitaci Měsíce (1,6 m/s2 nebo 5.3 ft/s2)

Vzhledem k tomu, gM = g / 6 , pak:
WM = W / 6

Pokud vážíte 60 kg (132 liber) na Zemi, na Měsíci byste vážili pouhých 10 kg (22 liber).
Shrnutí
Setrvačná hmotnost je měření jeho odporu vůči zrychlení. Gravitační hmotnost a inerciální hmotnost byly prokázány, že jsou rovnocenné. Hmotnost je definována jako síla gravitace na hmotu. Pružinové váhy mohou být použity pro měření hmotnosti. Hmotnost je stejná jak na Měsíci, tak i na Zemi,  ale váha objektu je pouze 1/6 na Měsíci.

Fyzikální veličiny

Fyzikální veličiny

Fyzika je přírodní věda, která vznikla díky pozorování přírody a zabývá se studiem tzv. hmotných objektů. Hmotné objekty mají dvojí formu:

LÁTKA

  • pevná – kámen, dřevo, kov
  • kapalná – voda,rtuť, roztok soli, fyziologický roztok
  • plynná – vzduch v místnosti, atmosféra

POLE

  • gravitační – způsobuje, že jsme přitahováni k Zemi;
  • elektrické – způsobuje vznik blesku
  • magnetické – přitahování nebo odpuzování magnetů

K popisu vlastností Hmotných objektů slouží Fyzikální veličiny – měřitelné vlastnosti fyzikálního objektu nebo jevu. Míru takové vlastnosti můžeme vyjádřit číselnou hodnotou, kterou určujeme měřením, nebo výpočtem. K určení této číselné hodnoty jsou ovšem nutné měřící jednotky
Ke zjednodušení a sjednocení určování hodnot veličin byla definována Mezinárodní soustava jednotek SI.
Aby bylo možné něco měřit, potřebujeme definovat jednotku měření. Teď si ukážeme jak.

Mezinárodní soustava jednotek SI

Mezinárodní systém jednotek (SI) definuje sedm jednotek jako základní soubor, ze kterého ostatní jednotky SI jsou odvozeny. Tyto základní jednotky SI a jejich fyzikálních veličin, jsou:

  • metr na délku
  • kilogram pro hmotnost
  • sekunda na čas
  • ampér pro elektrický proud
  • kelvin pro teploty
  • kandela na svítivost
  • mol pro množství látky

Vzdálenost nebo délka

Vzdálenost nebo délka je základní jednotkou měření. To je jeden ze tří rozměrů v prostoru (někdy se tomu říká 3D – three dimension – výška, délka, šířka). Jediný způsob, jak lze měřit vzdálenost je vytvořit nějaké libovolnou délku a přiřadit jí hodnotu jedné jednotky.

Délka je obvykle označována písmenem d .

Metr je jednotka délky v metrické soustavě. Kilometr je prostě 1000 metrů. V anglickém systému palec je obvykle považován za jednotku délky, protože větší jednotky-jako „foot“ stopa nebo „yard“ míle – jsou tvořeny od palce.

Plocha je délka krát šířka, s jednotkami metrů čtverečních – m2.

Objem je délka krát šířka krát výška, jednotkami jsou metry krychlové – m3.

Hmotnost

Hmota je je další základní jednotkou měření. Nevíme přesně, co to je, ale víme, že to je „věc“, která zabírá prostor a má objem. To znamená, že hmota je také nějakým způsobem závislá na vzdálenosti. Ale není to funkce na dálku.
Jednotku hmotnosti je zjistíme tím, že vezmeme libovolné množství materiálu a budeme ji definovat jako 1 jednotku. Jednotka hmotnosti v metrické soustavě je 1 gram. V anglickém systému je to 1 libra.

Hmotnost je obvykle označován písmenem m.

Pohyb a energie

Se základní jednotkami vzdálenosti, času a hmotnosti, můžeme definovat pohyb  jako rychlost krát hmotnost. Pohyb (momentum) je obvykle označován symbolem p , takže p = m * v , nebo p = mv.

Energie ( E ) je 1/2 hmotnosti krát rychlos krát rychlost nebo E = ½ mv².ČasJe často považován za čtvrtý rozměr v prostorově-časové kontinuum. Jediný způsob, jak čas může být změřeno, je použít nějaké pravidelný pohyb a definovat jednu dobu jako 1 jednotku.

Čas je často označován jako t.

Všimněte si, že měření času je závislá na vzdálenosti, protože pohyb je změna polohy v průběhu času.

Ostatní jednotky

Například rotace Země kolem Slunce definován jako 1 rok, Země se otočí kolem své osy za 1 den, a jeden cyklus kyvadla určité délky definujeme jako 1 sekundu.
Je 60 sekund v minutě, 60 minut za hodinu, 24 hodin denně, 7 dní v týdnu a přibližně 365 dní v roce.
Bohužel rotace Země kolem své osy není přesně 24 hodin a také ani vztah mezi roky a dny nejsou příliš přesné, proto asi 365 a čtvrt dne se rovná jednomu roku.

Rychlost a zrychlení

Od základní jednotky času a vzdálenosti, můžeme definovat další měření.
Rychlost je vzdálenost dělená časem. Rychlost je pohyb, který má konkrétní směr a je obvykle označován symbolem v . Tak,v = d / t .
Zrychlení je rychlost dělená časem. Rovnice je a = v / t , který může také být napsán a = d / t2.

Shrnutí

Jednotky měření, které jsou považovány za základní, jsou takové, že nemohou být popsány jako funkce jiných jednotek, je vzdálenost, čas a hmotu. Je vidět, že ostatní rozměry jsou odvozeny z těchto základních jednotek.

X