Pojmenuj soustavu a požadovanou fyzikální veličinu
Otázka na pohyb, otázka na sílu a otázka na energii můžou popisovat stejné těleso a přitom chtít jiný model. Napiš, co máš podle otázky najít, a sepiš dané fyzikální veličiny s jednotkami. Náčrt dráhy nebo sil ukáže, která závislost se hodí.
V úvodní mechanice nech uvedené předpoklady na očích: stálá hmotnost, stálé zrychlení, nebo odpor, který se dá zanedbat. Když vzorec na některém z nich stojí, patří do vysvětlení. Správný výpočet se špatným modelem fyzikální úlohu nezodpoví.
Rozliš průměrnou rychlost a průměrnou vektorovou rychlost
Průměrná rychlost je celková dráha dělená uplynulým časem. Průměrná vektorová rychlost je posunutí dělené uplynulým časem, včetně směru. Běžec, který za 50 s uběhne 100 m tam a 100 m zpět, má průměrnou rychlost 200/50 = 4 m/s, ale průměrná vektorová rychlost je nula, protože konečná poloha je stejná jako počáteční.
Příklad s cyklistou dává ze 150 m za 30 s průměrnou rychlost 5 m/s. Z těch součtů rychlost v jednom okamžiku nepoznáš. Když se otázka ptá na okamžitou rychlost, potřebuješ další údaj, třeba místní směrnici na vhodném grafu.
Odečti osy grafu, než použiješ směrnici
Na grafu uražené dráhy v závislosti na čase dává směrnice rychlost. Přímý úsek od (10 s, 20 m) do (30 s, 80 m) má směrnici (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s. Ber změnu mezi krajními body, ne 80/30, protože tenhle úsek nezačíná v počátku.
Graf závislosti polohy na čase používá polohu, ne uraženou dráhu; jeho směrnice dává vektorovou rychlost a ta může být záporná. Na grafu závislosti vektorové rychlosti na čase je směrnice zrychlení a obsah se znaménkem za časový úsek dává posunutí. Stejná stoupající čára znamená pokaždé něco jiného, když se změní fyzikální veličina na svislé ose.
V druhém Newtonově zákoně použij výslednici sil
U tělesa se stálou hmotností v inerciální soustavě je výslednice vnějších sil Fnet = ma. Dejme tomu, že vozík o hmotnosti 2 kg má vodorovnou sílu 10 N doprava a protisměrnou sílu 4 N doleva. Když je doprava kladný směr, platí Fnet = 10 − 4 = 6 N, takže zrychlení je 6/2 = 3 m/s² doprava.
Samotná působící síla 10 N není výslednice sil. V nákresu sil mají být síly na zvolené těleso a směry, na kterých záleží. Svislé síly se můžou rušit, vodorovné nemusí. Než počítáš složky se znaménkem, řekni, jak bereš osu.
Spoj práci s energií za uvedených podmínek
U stálé síly rovnoběžné s posunutím je práce síla krát posunutí. Síla 6 N, která působí 3 m ve stejném směru, vykoná práci 18 J. Když síla míří šikmo, záleží na její složce ve směru posunutí; obecný vztah pro stálou sílu je W = Fd cos θ.
Blízko povrchu Země se změna gravitační potenciální energie dá napsat jako ΔU = mgΔh, když je g prakticky stálé. Zvednutí 2 kg o 1,5 m při g = 9,8 m/s² dá 29,4 J. Než porovnáš hodnoty energie, uveď změnu výšky a model.
Jednotky veď přes převody i kontroly
Převod 54 km/h na m/s uděláš násobením 1000 m/km a dělením 3600 s/h: 54 × 1000/3600 = 15 m/s. Když se jednotky vykrátí, je vidět, proč jsou činitele v tomhle pořadí. Síla dělená hmotností dává zrychlení, protože N/kg je totéž co m/s².
Zvlášť zkontroluj požadovanou fyzikální veličinu, znaménka, jednotku a řád velikosti. Kontrola jednotek může odhalit špatný vzorec, ale nedokazuje, že zvolený model k situaci sedí. Když je nejistota v modelu, ne v počítání, přines Lirnu nákres a rozpracované sestavení.
Když práci koná víc sil, použij energetickou bilanci
Stálá vodorovná síla 12 N posune bednu o 3 m doprava. Proti pohybu působí stálá síla tření 4 N. Ta síla 12 N vykoná práci +36 J a tření −12 J. Když práci konají jen tyhle síly, výsledná práce je +24 J, takže kinetická energie bedny stoupne o 24 J.
U bedny o hmotnosti 2 kg, která startuje z klidu, dá ΔK = ½mv² rovnici 24 = ½ × 2 × v², takže v = √24 ≈ 4,90 m/s. Kontrola přes síly dá výslednici sil 8 N a zrychlení 4 m/s²; v² = 2as = 24 se za stejné stálé síly shoduje. Když vezmeš jen tlačnou sílu, unikne ti energie, kterou odvede tření.
