ZŠ VNB V / 06 - Setrvačnost

Lekce V / 06: Setrvačnost

Cíl lekce:

Žáci se na jednoduchých pokusech naučí, co to je setrvačnost a proč některá tělesa zůstávají v klidu přesto, že rozpohybujeme jejich podklad (jiná tělesa).

Zeptejte se Vašich dětí:

Co znamená, když se řekne „těleso je v klidu“?
Co je to pohyb?
Co je to setrvačnost?
Co se děje s mincí, pokud zpod ní vytáhneme papír? Čím je to způsobeno?
Proč se vylije polévka z talíře, když ji nesete moc rychle?
Proč nemá chodec přednost před tramvají?

Setrvačnost

Setrvačnost je vlastnost hmotných těles (těles s hmotností), které se snaží setrvat ve stavu před vnějším fyzikálním působením, tj. v případě, že na těleso nepůsobí žádná vnější síla. V mechanice můžeme setrvačnost popsat jako schopnost tělesa neměnit směr ani rychlost pohybu vůči vztažné soustavě. Může se jednat o klid nebo o rovnoměrný přímočarý pohyb. Jsou-li působící síly v rovnováze (tj. vzájemně se ruší) setrvává těleso v původním stavu. Velikost setrvačnosti je přímo závislá na hmotnosti tělesa.

Z praxe známe, že pro uvedení vozíčku do pohybu je třeba na něj rukou působit silou. Pro odpálení míčku na golfu je nutné na míček působit golfovou holí, a pro rozjezd cyklisty na kole musí začít cyklista šlapat - tedy působit na pedály silou, … Dokud na tělesa silou nepůsobíme, zůstávají v relativním klidu. Tedy: Každé těleso setrvává v relativním klidu, pokud není silovým působením jiného tělesa uvedeno do pohybu.

Vozíček se pohybuje dále, i když síla ruky už nepůsobí, golfový míček letí dál, i když se hole už nedotýká a cyklista na vodorovné silnici zůstává v pohybu, i když přestane šlapat. Obecně lze vyvodit i další závěr: Nepůsobí-li na těleso jiná tělesa silou, zůstává dané těleso v rovnoměrném přímočarém pohybu.

Závislost setrvačnosti na hmotnosti
Obrázek Velikost setrvačnosti od VNB

Víme ale, že vozíček se zastaví, cyklista (nezačne-li šlapat) se postupně také zastaví, což je způsobeno odporovou silou vzduchu a třecí silou o podložku. Silovým působením se mění nejen velikost rychlosti, ale i její směr (odraz puku od mantinelu stadionu, úder raketou do tenisového míčku, …).

Nyní je tedy možné formulovat první Newtonův zákon, který hovoří o důležité vlastnosti těles - o setrvačnosti. Proto bývá často také nazýván zákon setrvačnosti: Každé těleso setrvává v relativním klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu, dokud není přinuceno silovým působením jiných těles tento stav změnit. … jinými slovy: Nepůsobí-li na těleso síla, pohybuje se těleso bez zrychlení.

Těleso setrvává v klidu nebo pohybu rovnoměrném přímočarém, pokud ho nějaká vnější síla nedonutí tento stav změnit.
S projevy setrvačnosti musíme počítat zejména při rychlých pohybech nebo při pohybech velmi hmotných těles.

Setrvačnost těles v praxi

1. setrvačnost těles v klidu - každé uvedení tělesa do pohybu

V rozjíždějícím se autobusu máme tendenci setrvat v klidu - proto padáme směrem proti směru rozjíždění.

2. setrvačnost těles v pohybu - náhlé brzdění těles, náhlá změna směru rychlosti

Zabrzdí-li prudce autobus, padáme ve směru jeho pohybu. Stejně tak (pokud se nedržíme nebo nesedíme) padáme, projíždí-li autobus rychle „ostrou“ zatáčku.

Autíčko na setrvačník
Obrázek Matchbox Cars Boss Mustang 1972 od Jeff [CC BY 2.0] via Flickr

Důsledky zákona setrvačnosti

Neseme-li talíř s polévkou – nesmíme se ani rychle zastavit ani rychle rozběhnout.
Narazí-li auto – nepřipoutané osoby se pohybují dopředu.
Velkou pozornost musíme věnovat důsledkům zákona u těles s velkou hmotností:
- Rychle jedoucí vlak musí brzdit již daleko před stanicí.
- Velké nákladní lodi – tankery – dokonce zastaví plavbu před přístavem a do přístavu je táhne vlečný člun.

Tanker
Obrázek Tanker od GTraschuetz [Public domain] via Pixabay

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: