Síla a Newtonovy zákony
Přihlásit se
Síla a Newtonovy zákony (5/7) · 7:18

Normálová a přítlačná síla Jaká síla nám brání v pádu do středu Země?

Navazuje na Pohyb ve dvou rozměrech.
Řekněme, že mám ohromné zamrzlé jezero. Nebo je to možná velký rybník. Takže tady mám ohromný ledový povrch. Tohle je nejlépe, jak dovedu namalovat rovný ledový povrch. A dám sem dva ledové kvádry. Takže dám jeden ledový kvádr sem a pak jiný ledový kvádr tady. Tyto kvádry jsou identické. Oba mají 5 kilogramů. Napíšu to sem. Měl bych říct, že hmotnost každého z nich je 5 kilogramů. A jediný rozdíl mezi nimi je ten, že vzhledem k rybníku tento je v klidu a tento se pohybuje konstantní rychlostí. Konstantní rychlostí směrem vpravo. A řekněme, že ta konstantní rychlost je 5 metrů za sekundu. A jediný důvod, proč jsem tady udělal ledový povrch, je, že budeme předpokládat, alespoň pro potřeby tohoto videa, že tření je zanedbatelné. A co nám Newtonův první pohybový zákon říká o tělese, které je buď v klidu, neboli které se pohybuje konstantní rychlostí 0, nebo se pohybuje konstantní rychlostí? Newtonův první zákon říká, že si buď udrží svou konstantní rychlost nebo že zůstane v klidu, což je konstantní rychlost 0, pokud na něj nebude působit nějaká vnější síla. Pojďme se nad tím zamyslet. Na žádný z těchto bloků nemůže působit žádná vnější síla nebo jejich výslednice musí být nulová. Ale na druhou stranu, pokud předpokládáme, že tato tělesa se nachází na Zemi, působí na ně vnější síla. Obě jsou na povrchu Země a obě mají hmotnost, tudíž na ně bude působit tíhová síla směrem dolů. A tato tíhová síla směrem dolů bude mít velikost rovnu intenzitě pole v blízkosti Země, což je vektor, krát hmotnost tělesa, tedy krát 5 kilogramů. Tady tohle je 9,8 metrů za sekundu na druhou. Takže když to vynásobíme 5, získáme 49 kilogram metrů za sekundu na druhou, což je stejné jako 49 newtonů. Což je poněkud zapeklitý problém! Newtonův první zákon říká, že těleso v klidu zůstane v klidu a těleso v pohybu zůstane v pohybu, pokud na něj nepůsobí nějaká nevykompenzovaná vnější síla. Ale na základě toho, co jsme tady nakreslili, to vypadá, že zde existuje nějaká nevykompenzovaná síla. Vypadá to, že máme sílu 49 newtonů táhnoucí těleso směrem dolů. Ale vy řeknete: "Ne, ne, Sale, to těleso určitě nezačne zrychlovat směrem dolů, protože tam je led. Je v klidu na velkém zamrzlém rybníku." Pokud ale takto odpovíte, tak já se vás zeptám, co je tou silou, která vyruší působení tíhové síly, která brání ledovým kvádrům zřítit se do jádra Země? Co jim brání, aby začaly volně padat? A vy řeknete, "Dobře, hádám, že tato tělesa by padala nebýt ledu, led musí působit opačnou silou." A máte naprostou pravdu. Led působí opačnou silou na tyto ledové bloky. Stejná velikost síly a působí v opačném směru. Pokud tedy na oba ledové kvádry působí tíhová síla 49 newtonů směrem dolů, musí být zcela vykompenzována silou ledu na kvádry směrem vzhůru. Což bude v obou případech síla 49 newtonů směrem vzhůru. A nyní snad dává smysl, že Newtonův první zákon stále platí. Nemáme žádnou celkovou sílu ve vertikálním směru. Ve skutečnosti, nemáme žádnou celkovou sílu v libovolném směru. To je důvod, proč mají konstantní rychlost. Tenhle má nulovou rychlost v horizontálním směru, tenhle má konstantní rychlost v horizontálním směru a ani jeden z nich nezrychluje ve vertikálním směru, jelikož na kvádry působí silou led, na kterém kvádry spočívají a ta vykompenzuje tíhovou sílu. A tato síla v tomto případě, se nazývá normálová síla. Je to 49 newtonů směrem nahoru. Tady tohle je normálová síla. O normálové síle budeme více mluvit v dalších videích. Normálová síla působí na cokoliv, co leží na povrchu a je k povrchu kolmá. A začne mít velký význam, až se budeme bavit o tření. V příštích videích uvidíme, že když máme něco na nakloněné rovině, řekněme kvádr na nakloněné rovině, jako je tato, normálová síla působící na kvádr na nakloněné rovině bude kolmá k povrchu. A pokud se zamyslíte nad tím, co se tady děje, jedná se v podstatě o působení elektromagnetické síly, protože pokud hodně přiblížíme molekuly ledu, nebo ještě lépe, atomy ledu, co brání tomuto ledovému kvádru v pádu dolů je, že aby mohl projít, jeho molekula by se musela natlačit na molekulu vody, nebo se dostat blíže k molekule vody nebo jednotlivým atomům v tomto ledu tady dole. Nakreslím to zde na úrovni atomů. Nakreslím tu molekuly jednoho tělesa. Takže máme kyslík a dva vodíky, a ty tvoří tuto mřížkovou strukturu, o tom si povíme ve videích o chemii. Pojďme se bavit o jedné z molekul ledu. Takže ta možná vypadá nějak takhle a má své dva vodíky. Co brání těmto dvěma ve stlačení, co brání tomuto ledovému kvádru v klesání, je odpor mezi elektrony této molekuly a elektrony v této molekule. Takže na makroskopické úrovni to vnímáme jako druh přítlačné síly, ale na mikroskopické úrovni nebo úrovni atomů, se ve skutečnosti jedná o elektromagnetické odpuzování.
video