V Laosu, kde Mekong, „otec řek“, plynule teče, leží Hora divů. Na vrchol hory Phousi vede 328 schodů. Výstup na Horu zázraků pod spalujícími paprsky slunce je vážnou zkouškou. Ale zároveň se stane zázrak: poutník se zbaví břemene světských starostí a získá naprosté sebevědomí. Pagoda stojící na vrcholu byla podle legendy vztyčena na osobní pokyn Buddhy v místě, kde začínal průchod do středu Země. Při vstávání pod paprsky spalujícího slunce ubývají světské starosti laika. Co zvyšuje?
10. století Potenciální energie elasticky deformovaného tělesa
Nedeformovaná pružina o tuhosti 30 N/m je natažena o 4 cm Jaká je potenciální energie natažené pružiny? |
||
Jak se změní potenciální energie elasticky deformovaného tělesa, když se jeho deformace zvětší 3x? |
||
1) se zvýší 9krát |
2) se zvýší 3krát |
|
3) se sníží 3krát |
4) se sníží 9krát |
Při natažení pružiny o 0,1 m v ní vzniká pružná síla o velikosti 2,5 N Určete potenciální energii této pružiny při natažení o 0,08 m. |
||||||||||||||||
1) 25 J 2) 0,16 J |
3) 0,08 J 4) 0,04 J |
|||||||||||||||
Student zkoumal závislost modulu pružné síly
Určete potenciální energii pružiny při natažení o 0,08 m |
||||||||||||||||
1) 0,04 J 2) 0,16 J |
3) 25 J 4) 0,08 J |
|||||||||||||||
Na dynamometr bylo svisle zavěšeno břemeno o hmotnosti 0,4 kg. Pružina dynamometru se natáhla o 0,1 m a zátěž byla ve výšce 1 m od stolu. Jaká je potenciální energie pružiny? |
||||||||||||||||
1) 0,1 J 2) 0,2 J |
3) 4 J 4) 4,2 J |
11. Věta o kinetické energii
Práce výslednice všech sil působících na hmotný bod při změně modulu jeho rychlosti z |
||
1)
|
2)
|
|
3)
|
4)
|
|
Rychlost vozu o hmotnosti 1 tuny vzrostla z 10 m/s na 20 m/s. Práce vykonaná výslednou silou se rovná |
||
Sdělit danou rychlost nehybnému tělesu |
||
Kuličková hmota |
||
1)
|
3)
|
Břemeno o hmotnosti 1 kg se působením síly 50 N směřující svisle nahoru zvedne do výšky 3 m Změna kinetické energie břemene se rovná |
12. Práce gravitace a změna potenciální energie
Koule o hmotnosti 100 g se kutálela z kopce o délce 2 m a svírala s horizontálou úhel 30 stupňů. Určete práci vykonanou gravitací. |
||
2)
|
||
Žák zvedl pravítko o délce 0,5 m ležící na stole za jeden konec tak, aby bylo ve svislé poloze. Jaké minimální množství práce vykoná student, je-li hmotnost pravítka 40 g? |
||
Student zvedl pravítko o délce 1 m ležící na stole za jeden konec tak, aby bylo nakloněno ke stolu pod úhlem 30 stupňů. Jaké minimální množství práce vykoná student, je-li hmotnost pravítka 40 g? |
||
Žák zvedl pravítko o délce 0,5 m ležící na stole za jeden konec tak, aby bylo nakloněno ke stolu pod úhlem 30 stupňů. Jaké minimální množství práce vykoná student, je-li hmotnost pravítka 40 g? |
||
Muž uchopil konec homogenní klády o hmotnosti 80 kg a délce 2 m ležící na zemi a tento konec zvedl tak, aby byla kláda ve svislé poloze. Jakou práci ten člověk dělal? |
||
1) 160 J 2) 800 J |
3) 16 000 J 4) 8 000 J |
|
Muž uchopil konec homogenní klády o hmotnosti 80 kg a délce 2 m ležící na zemi a tento konec zvedl tak, že kláda byla nakloněna k zemi pod úhlem 45 stupňů. Jakou práci ten člověk dělal? |
||
1) 50 J 2) 120 J |
3) 250 J 4) 566 J |
13. Jednoduché mechanismy.
14. Účinnost
Určete užitečný výkon motoru, pokud je jeho účinnost 40% a výkon podle technického listu je 100 kW |
||
Pomocí stacionárního bloku upevněného ke stropu se břemeno o hmotnosti 20 kg zvedne do výšky 1,5 m Kolik práce je vykonáno, pokud je účinnost bloku 90%? |
||
Pomocí soustavy bloků se rovnoměrně zvedá břemeno o hmotnosti 10 kg, přičemž působí silou 55 N (obr.) Účinnost takového mechanismu se rovná |
|
|
1) 5,5 % 2) 45 % |
3) 55 % 4) 91 % |
|
Břemeno se pohybuje rovnoměrně po nakloněné rovině dlouhé 2 m Působením síly 2,5 N směřované po rovině se břemeno zvedne do výšky 0,4 m, považujeme-li za užitečnou tu část práce pro zvýšení potenciální energie zátěže je pak účinnost nakloněné roviny v tomto procesu rovna 40 %. Jaká je hmotnost nákladu? |
||
Úhel sklonu roviny k horizontu je 30 stupňů. Box o hmotnosti 90 kg je vytažen nahoru touto rovinou a působí na ni silou směřující rovnoběžně s rovinou a rovnající se 600 N. Účinnost nakloněné roviny je |
|
|
Účinnost nakloněné roviny je 80 %. Úhel sklonu roviny k horizontu je 30 stupňů. Aby bylo možné táhnout bednu o hmotnosti 120 kg nahoru po této rovině, musí na ni působit síla směřující rovnoběžně s rovinou a rovna |
|
|
Rovina nakloněná k horizontále pod úhlem ![]() |
Kanón, namontovaný ve výšce 5 m, střílí projektily o hmotnosti 10 kg v horizontálním směru. V důsledku zpětného rázu jeho hlaveň, která má hmotnost 1000 kg, stlačí pružinu o 1 m, čímž se zbraň znovu nabije. Zároveň relativní podíl |
|
Kanón, namontovaný ve výšce 5 m, střílí projektily o hmotnosti 10 kg v horizontálním směru. V důsledku zpětného rázu jeho hlaveň, která má hmotnost 1000 kg, stlačí pružinu s tuhostí 6000 N/m, která znovu nabije zbraň. V tomto případě jde relativní podíl energie zpětného rázu na stlačení této pružiny. Jaká je maximální velikost deformace pružiny, pokud je dolet střely 600 m? |
|
Kanón, namontovaný v určité výšce, střílí projektily o hmotnosti 10 kg v horizontálním směru. Jeho hlaveň o hmotnosti 1000 kg vlivem zpětného rázu stlačí o 1 m pružinu o tuhosti 6000 N/m, která znovu nabije zbraň. V čem |
|
Kanón, namontovaný ve výšce 5 m, střílí projektily o hmotnosti 10 kg v horizontálním směru. Jeho hlaveň o hmotnosti 1000 kg vlivem zpětného rázu stlačí o 1 m pružinu o tuhosti 6000 N/m, která znovu nabije zbraň. Jaká část energie zpětného rázu se použije ke stlačení pružiny, je-li letový dosah střely 600 m? |
15. Zákon zachování mechanické energie
Auto se pohybuje rovnoměrně po mostě přes řeku. Určuje se mechanická energie automobilu pouze svou rychlostí a hmotností pouze výška mostu nad vodní hladinou v řece pouze svou rychlostí, hmotností, výškou mostu nad vodní hladinou v řece jeho rychlost, hmotnost, referenční hladinu potenciální energie a výšku nad touto hladinou |
|
Zákon zachování mechanické energie platí pro 1) jakýkoli systém těles v libovolné vztažné soustavě 2) jakákoliv soustava těles při interakcích libovolných sil v inerciálních vztažných soustavách 3) uzavřený systém těles interagujících pouze se silami pružnosti a silami univerzální gravitace v inerciálních vztažných soustavách 4) uzavřený systém těles interagujících jakýmikoli silami v inerciálních vztažných soustavách |
Míč se kutálel z kopce po třech různých hladkých drážkách (konvexní, rovné a konkávní). Na začátku dráhy jsou rychlosti míče stejné. V jakém případě je rychlost míče na konci dráhy největší? Ignorujte tření. |
|
|
1) v prvním 2) ve druhém 3) ve třetím 4) rychlost je ve všech případech stejná |
||
Kámen je hozen kolmo vzhůru. V okamžiku vrhu měl kinetickou energii 30 J. Jakou potenciální energii vzhledem k povrchu země bude mít kámen v nejvyšším bodě své dráhy letu? Zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
1) 0 J 2) 15 J |
3) 30 J 4) 60 J |
|
Kámen je hozen kolmo vzhůru. V okamžiku vrhu měl kinetickou energii 20 J. Jakou kinetickou energii bude mít kámen v nejvyšším bodě své dráhy letu? Zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
1) 0 J 2) 10 J |
3) 20 J 4) 40 J |
|
Hmota o hmotnosti 100 g volně padá z výšky 10 m s nulovou počáteční rychlostí. Určete kinetickou energii zátěže ve výšce 6m. |
||
Hmota o hmotnosti 100 g volně padá z výšky 10 m s nulovou počáteční rychlostí. Určete potenciální energii zátěže v okamžiku, kdy její rychlost je 8 m/s. Předpokládejme, že potenciální energie zátěže je na povrchu Země nulová. |
||
Těleso o hmotnosti 0,1 kg je vodorovně vrženo rychlostí 4 m/s z výšky 2 m vzhledem k povrchu země. Jaká je kinetická energie tělesa v okamžiku jeho přistání? Ignorujte odpor vzduchu. |
Těleso o hmotnosti 1 kg, vržené svisle vzhůru od povrchu Země, dosáhlo výšky maximálně 20 m Jakou absolutní rychlostí se těleso pohybovalo ve výšce 10 m? Zanedbávejte odpor vzduchu. |
||||
1) 7 m/s 2) 10 m/s |
3) 14,1 m/s 4) 20 m/s |
|||
Bruslař, který zrychlil, vstoupí do ledové hory nakloněné pod úhlem 30 o k horizontu a jede 10 m, dokud se úplně nezastaví, jaká byla rychlost bruslaře před začátkem výstupu? Tření zanedbávejte |
||||
1) 5 m/s 2) 10 m/s |
3) 20 m/s 4) 40 m/s |
|||
Střela o hmotnosti 3 kg, vystřelená pod úhlem 45 o k horizontu, letěla vodorovně na vzdálenost 10 km. Jaká bude kinetická energie střely těsně před dopadem na Zemi? Zanedbávejte odpor vzduchu |
||||
Střela o hmotnosti 200 g vystřelená pod úhlem 30 o k obzoru se zvedla do výšky 4 m, jakou bude mít střela kinetickou energii těsně před dopadem na Zemi? Zanedbávejte odpor vzduchu |
||||
4) nelze odpovědět na otázku problému, protože počáteční rychlost střely není známa |
||||
Těleso o hmotnosti 0,1 kg je vymrštěno vzhůru pod úhlem 30° k horizontále rychlostí 4 m/s. Jaká je potenciální energie tělesa v nejvyšším bodě jeho vzestupu? Předpokládejme, že potenciální energie tělesa je na povrchu Země nulová. |
||||
Jaký vzorec lze použít k určení kinetické energie? |
|
|||
1)
|
||||
3)
|
4)
|
Obrázek ukazuje polohy volně padající koule po časovém intervalu rovném |
||
Kuličce na struně, umístěné v rovnovážné poloze, byla dána malá horizontální rychlost (viz obrázek). Jak vysoko se míč zvedne? |
||
1)
|
3)
|
|
Kouli na provázku v rovnováze je dána malá horizontální rychlost 20 m/s. Jak vysoko se míč zvedne? |
||
1) 40 m 2) 20 m |
3) 10 m 4) 5 m |
Míč je hozen svisle nahoru. Obrázek ukazuje graf změny kinetické energie míče při jeho stoupání nad bod vrhu. Jaká je kinetická energie koule ve výšce 2 m? |
|||||||
Míč je hozen svisle nahoru. Obrázek ukazuje graf změny kinetické energie míče při jeho stoupání nad bod vrhu. Jaká je potenciální energie koule ve výšce 2 m? |
|||||||
Míč je hozen svisle nahoru. Obrázek ukazuje graf změny kinetické energie míče při jeho stoupání nad bod vrhu. Jaká je celková energie koule ve výšce 2 m? |
|||||||
N |
|||||||
Nákladní vůz pohybující se po vodorovné dráze nízkou rychlostí narazí do jiného vozu a zastaví. V tomto případě je nárazníková pružina stlačena. Která z následujících energetických přeměn probíhá v tomto procesu? |
|||
1) kinetická energie vozu se přeměňuje na potenciální energii pružiny 2) kinetická energie automobilu se přemění na jeho potenciální energii 3) potenciální energie pružiny se přemění na její kinetickou energii 4) vnitřní energie pružiny se přeměňuje na kinetickou energii vozu |
|||
Připojená pružinová pistole střílí svisle nahoru. Do jaké výšky se střela zvedne, je-li její hmotnost |
|||
1)
|
3)
|
||
Při výstřelu z pružinové pistole svisle nahoru se koule o hmotnosti 100 g zvedne do výšky 2 m Jaká je tuhost pružiny, když byla pružina před výstřelem stlačena o 5 cm? |
|||
Závaží zavěšené na pružině ji natáhne o 2 cm Žák zvedne závaží tak, aby napětí pružiny bylo nulové, a poté je uvolní z rukou. Maximální natažení pružiny je |
|||
1) 3 cm 2) 1 cm |
3) 2 cm 4) 4 cm |
||
Ze dna akvária vyletí míček a vyskočí z vody. Ve vzduchu má kinetickou energii, kterou získal redukcí |
|||
1) vnitřní energie vody 2) potenciální energie míče 3) potenciální energie vody 4) kinetická energie vody |
|||
16. Pružný centrální úder
17. Zákon zachování hybnosti a zákon zachování energie
Jsou zákony zachování mechanické energie a hybnosti soustavy těles, na kterých nepracujte vnější síly? 1) oba zákony jsou vždy splněny 2) zákon zachování mechanické energie je vždy splněn, zákon zachování hybnosti nemusí být splněn 3) zákon zachování hybnosti je vždy splněn, zákon zachování mechanické energie nemusí být splněn 4) oba zákony nejsou dodržovány |
||
Meteorit spadl na Zemi z vesmíru. Změnila se mechanická energie a hybnost systému Země-meteorit v důsledku srážky? |
||
P |
||
Blok hmoty |
||
Kulka letící horizontální rychlostí 400 m/s zasáhne pytel naplněný pěnovou gumou o hmotnosti 4 kg, visící na délce nitě. Výška, do které se sáček zvedne, pokud se v něm zasekne střela, je 5 cm. Jaká je hmotnost střely? Vyjádřete odpověď v gramech. |
Kus plastelíny o hmotnosti 200 g je vržen nahoru počáteční rychlostí |
||||
Kus plastelíny o hmotnosti 200 g je vržen vzhůru počáteční rychlostí = 8 m/s. Po 0,4 s volného letu plastelína na své cestě potká misku o hmotnosti 200 g, upevněnou na beztížné pružině (obr.). Jaká je kinetická energie misky spolu s plastelínou, která se na ní nalepila bezprostředně po jejich vzájemném působení? Uvažujte okamžitý náraz, zanedbávejte odpor vzduchu. |
|
|||
Kus lepivého tmelu o hmotnosti 100 g je shozen z výšky s nulovou počáteční rychlostí N= 80 cm (obr.) na misku o hmotnosti 100 g, upevněnou na pružině. Jaká je kinetická energie mísy spolu s nalepeným tmelem? hned po jejich interakci? Uvažujte okamžitý náraz, zanedbávejte odpor vzduchu. |
|
|
1) 0,4 J 2) 0,8 J |
3) 1,6 J 4) 3,2 J |
Kus plastelíny o hmotnosti 60 g je vržen vzhůru počáteční rychlostí 10 m/s. Po 0,1 s volného letu potká plastelína na své cestě blok o hmotnosti 120 g visící na niti (obr.). Jaká je kinetická energie kvádru spolu s plastelínou na něm přilepenou bezprostředně po jejich interakci? Uvažujte okamžitý náraz, zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
Kus plastelíny o hmotnosti 200 g je vržen vzhůru počáteční rychlostí = 10 m/s. Po 0,4 s volného letu potká plastelína na své cestě blok o hmotnosti 200 g visící na niti Jaká je potenciální energie kvádru s přilepenou plastelínou vzhledem k výchozí poloze kvádru v okamžiku jeho usazení úplné zastavení? Uvažujte okamžitý náraz, zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
Počáteční rychlost projektilu vystřeleného kolmo vzhůru z děla je 10 m/s. V místě maximálního stoupání střela explodovala na dva úlomky, jejichž hmotnosti jsou v poměru 1:2. Menší úlomek dopadl na Zemi rychlostí 20 m/s. Jaká je rychlost většího úlomku při dopadu na Zemi? Předpokládejme, že povrch Země je plochý a vodorovný. |
|
Počáteční rychlost projektilu vystřeleného kolmo vzhůru z děla je 10 m/s. V místě maximálního stoupání střela explodovala na dva úlomky, jejichž hmotnosti jsou v poměru 2:1. Větší úlomek dopadl na Zemi jako první rychlostí 20 m/s. Do jaké maximální výšky může vystoupit úlomek menší hmoty? Předpokládejme, že povrch Země je plochý a vodorovný. |
Počáteční rychlost střely vystřelené svisle vzhůru je 160 m/s. V bodě maximálního vztlaku střela explodovala na dva úlomky, jejichž hmotnosti jsou v poměru 1:4. Úlomky se rozptýlily ve svislých směrech, přičemž menší úlomek letěl dolů a padal k zemi rychlostí 200 m/s. Určete rychlost, kterou měl větší úlomek v okamžiku dopadu na zem. Zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
Počáteční rychlost střely vystřelené svisle vzhůru je 300 m/s. V bodě maximálního stoupání se granát rozbil na dva úlomky. První fragment váží m 1
spadl na zem v blízkosti bodu výstřelu a měl rychlost 2krát větší než počáteční rychlost střely. Druhý fragment váží m 2
má na povrchu Země rychlost 600 m/s. Jaký je hmotnostní poměr |
||
Počáteční rychlost střely vystřelené svisle vzhůru je 100 m/s. V bodě maximálního vzestupu granát explodoval na dva fragmenty. První fragment váží m 1
dopadl na zem v blízkosti místa výstřelu a měl rychlost 3krát větší než počáteční rychlost střely. Druhý fragment váží m 2
vystoupal do výšky 1,5 km. Jaký je hmotnostní poměr |
||
V bodě maximální elevace se granát vypálený z děla svisle nahoru rozbil na dva úlomky. První fragment váží m 1 pohybující se svisle dolů dopadl na zem rychlostí 1,25krát vyšší, než byla počáteční rychlost střely, a druhý fragment vážil m 2 při dotyku s povrchem země byla rychlost 1,8krát větší. Jaký je poměr hmotností těchto úlomků? Zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
Počáteční rychlost střely vystřelené svisle vzhůru je 120 m/s. V bodě maximálního vztlaku střela explodovala na dva stejné úlomky. První dopadl na zem v blízkosti místa výstřelu a měl rychlost 1,5 násobku počáteční rychlosti střely. Do jaké maximální výšky nad místem výbuchu vystoupal druhý úlomek? Zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
Počáteční rychlost střely vystřelené svisle vzhůru je 200 m/s. V bodě maximálního vztlaku střela explodovala na dva stejné úlomky. První dopadl na zem v blízkosti místa výstřelu a měl rychlost 2krát vyšší než počáteční rychlost střely. Do jaké maximální výšky vystoupal druhý úlomek? Zanedbávejte odpor vzduchu. |
||
Počáteční rychlost projektilu vystřeleného kolmo vzhůru z děla je 10 m/s. V místě maximálního stoupání střela explodovala na dva úlomky, jejichž hmotnosti jsou v poměru 1:2. Úlomek menší hmoty letěl horizontálně rychlostí 20 m/s. V jaké vzdálenosti od bodu výstřelu dopadne druhý úlomek? Předpokládejme, že povrch Země je plochý a vodorovný. |
||
Počáteční rychlost projektilu vystřeleného kolmo vzhůru z děla je 20 m/s. V bodě maximálního vztlaku střela explodovala na dva úlomky, jejichž hmotnosti jsou v poměru 1:4. Úlomek menší hmoty letěl horizontálně rychlostí 10 m/s. V jaké vzdálenosti od bodu výstřelu dopadne druhý úlomek? Předpokládejme, že povrch Země je plochý a vodorovný. |
||
Blok hmoty |
||
Blok o hmotnosti = 500 g klouže po nakloněné rovině z výšky = 0,8 m a při pohybu po vodorovné ploše se srazí se stacionárním blokem o hmotnosti = 300 g, za předpokladu, že srážka je absolutně nepružná, určete změnu kinetická energie prvního bloku v důsledku srážky. Tření při pohybu zanedbejte. Předpokládejme, že nakloněná rovina plynule přechází ve vodorovnou. |
||
Dvě kuličky o hmotnosti 200 g a 600 g visí v kontaktu na stejných nitích o délce 80 cm. První kulička se vychýlí pod úhlem 90° a uvolní. Do jaké výšky se kuličky po dopadu zvednou, pokud je dopad absolutně nepružný? |
18. Zákon zachování energie a druhý Newtonův zákon
Zátěž o hmotnosti 100 g se naváže na nit o délce 1 m Nit se zátěží se posune ze svislice do úhlu 90 o. Jaké je dostředivé zrychlení zatížení v okamžiku, kdy závit svírá s vertikálou úhel 60°? |
||
Délka kyvadla |
19. Změna mechanické energie a práce vnějších sil
Automobil o hmotnosti 1000 kg se přibližuje ke stoupání 5 m rychlostí 20 m/s Na konci stoupání klesá jeho rychlost na 6 m/s. Jaká je změna mechanické energie automobilu? |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rychlost hozeného míče těsně před dopadem na zeď byla dvojnásobná oproti rychlosti bezprostředně po dopadu. Kolik tepla se při dopadu uvolnilo, pokud kinetická energie míče před dopadem byla rovna 20 J? |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rychlost hozeného míče těsně před dopadem na zeď byla dvojnásobná oproti rychlosti bezprostředně po dopadu. Při dopadu se uvolnilo množství tepla rovné 15 J. Zjistěte kinetickou energii míče před dopadem.
Ve dřevě afrického baobabu, stromu o výšce kolem 20 m a kmeni dosahujícím v obvodu 20 m, se může nashromáždit až 120 tisíc litrů vody. Dřevo baobabu je velmi měkké a porézní, snadno hnije a tvoří prohlubně. (Například v Austrálii byla dutina jednoho baobabu o ploše 36 m2 využívána jako vězení.) O měkkosti stromu svědčí fakt, že kulka vystřelená z pušky snadno prorazí kmen stromu baobabu o průměru 10 m Určete odporovou sílu dřeva baobabu, pokud kulka v okamžiku dopadu měla rychlost 800 m/s a před vylétnutím ze stromu zcela ztratila rychlost. Hmotnost střely 10 g.
Po kolika úplných kmitech se kulička na struně vychýlí o 60°? 20. Zákon zachování hybnosti, změny mechanické energie a práce vnějších sil |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4) tato podmínka nám neumožňuje určit počáteční rychlost střely, protože zákon zachování mechanické energie při interakci střely a bloku není splněn může klouzat bez tření po válcovém vybrání o poloměru 0,5 m, když se začne pohybovat shora, srazí se s další podobnou krychlí spočívající níže. Jaké množství tepla se uvolní v důsledku zcela nepružné srážky? |
D |
|||||
Střela letí vodorovně rychlostí = 400 m/s, prorazí krabici stojící na vodorovném drsném povrchu a pokračuje v pohybu stejným směrem rychlostí ¾. Hmotnost krabice je 40krát větší než hmotnost střely. Součinitel kluzného tření mezi krabicí a povrchem |
Sh |
Sh |
Deformované elastické těleso (například natažená nebo stlačená pružina) je schopno vykonat práci na tělesech, která jsou s ním v kontaktu, a vrátit se do nedeformovaného stavu. V důsledku toho má elasticky deformované těleso potenciální energii. Záleží na vzájemné poloze částí těla, například závitů pružiny. Práce, kterou může natažená pružina vykonat, závisí na počátečním a konečném natažení pružiny. Pojďme zjistit práci, kterou může vykonat natažená pružina při návratu do nenataženého stavu, tj. najdeme potenciální energii natažené pružiny.
Na jednom konci nechejte napnutou pružinu zafixovat a druhý konec, pohybující se, nechejte pracovat. Je třeba vzít v úvahu, že síla, kterou pružina působí, nezůstává konstantní, ale mění se úměrně protažení. Jestliže počáteční natažení pružiny, počítané od nenataženého stavu, bylo rovné , pak počáteční hodnota pružné síly byla , kde je koeficient úměrnosti, který se nazývá tuhost pružiny. Jak se pružina smršťuje, tato síla lineárně klesá z hodnoty na nulu. To znamená, že průměrná hodnota síly je . Lze ukázat, že práce se rovná tomuto průměru vynásobenému posunutím bodu působení síly:
Tedy potenciální energie natažené pružiny
Stejný výraz se získá pro stlačenou pružinu.
Ve vzorci (98.1) je potenciální energie vyjádřena jako tuhost pružiny a její napětí. Nahrazením za , kde je pružná síla odpovídající napětí (nebo stlačení) pružiny, získáme výraz
který určuje potenciální energii pružiny, natažené (nebo stlačené) silou. Z tohoto vzorce je zřejmé, že natažením různých pružin stejnou silou jim dáme různé zásoby potenciální energie: čím tužší pružina, tzn. čím větší je jeho elasticita, tím menší je potenciální energie; a naopak: čím měkčí pružina, tím větší energii uchovává pro danou tažnou sílu. To lze jasně pochopit, vezmeme-li v úvahu, že při stejných působících silách je natažení měkké pružiny větší než u pružiny tvrdé, a proto součin síly a posunutí bodu působení síly , tj. práce, je větší.
Tento vzor má velký význam například při navrhování různých pružin a tlumičů: při přistávání letadla na zem musí tlumič podvozku, stlačující, udělat hodně práce, tlumící vertikální rychlost letadla. V tlumiči s nízkou tuhostí bude komprese větší, ale výsledné elastické síly budou menší a letadlo bude lépe chráněno před poškozením. Ze stejného důvodu, když jsou pneumatiky jízdního kola nahuštěny těsně, jsou silniční rázy pociťovány ostřeji než při slabém nahuštění.
Systém interagujících těles má potenciální energii. Ale jednotlivé deformované tělo má také tento typ energie. V tomto případě potenciální energie závisí na vzájemné poloze částí těla.
Elastická deformační energie
Pokud břemeno zavěšené na drátu natáhne závěs a spadne, znamená to, že gravitační síla funguje. Takovou prací se zvyšuje energie deformovaného tělesa, které přešlo z nenapjatého stavu do napjatého. Ukazuje se, že při deformaci se zvyšuje vnitřní energie tělesa. Zvýšení vnitřní energie tělesa spočívá ve zvýšení potenciální energie, která je spojena s relativním uspořádáním molekul tělesa. Pokud máme co do činění s pružnou deformací, tak po odstranění zátěže přídavná energie mizí a díky ní pružné síly působí. Při elastické deformaci se teplota pevných látek výrazně nezvyšuje. To je jejich podstatný rozdíl oproti plynům, které se při stlačení zahřívají. Při plastické deformaci mohou pevné látky výrazně zvýšit svou teplotu. Zvýšení teploty, a tím i kinetické energie molekul, odráží nárůst vnitřní energie tělesa při plastické deformaci. V tomto případě dochází také ke zvýšení vnitřní energie působením sil způsobujících deformaci.
Aby bylo možné natáhnout nebo stlačit pružinu, musí být provedena práce () rovna:
kde je hodnota charakterizující změnu délky pružiny (protažení pružiny); - koeficient pružnosti pružiny. Tato práce se používá ke změně potenciální energie pružiny ():
Při psaní výrazu (2) předpokládáme, že potenciální energie pružiny bez deformace je nulová.
Potenciální energie pružně deformované tyče
Potenciální energie pružně deformované tyče při její podélné deformaci je rovna:
kde je Youngův modul; - relativní rozšíření; - objem tyče. Pro homogenní tyč s rovnoměrnou deformací lze hustotu elastické deformační energie nalézt jako:
Pokud je deformace tyče nerovnoměrná, pak při použití vzorce (3) k hledání energie v bodě tyče se do tohoto vzorce dosadí hodnota pro daný bod.
Hustotu energie elastické deformace během smyku zjistíme pomocí výrazu:
kde je smykový modul; - relativní posun.
Příklady řešení problémů
PŘÍKLAD 1
Cvičení | Při výstřelu z praku začne kámen o hmotnosti létat rychlostí . Jaký je koeficient pružnosti pryžového lanka praku, jestliže se kord při výstřelu protáhne? Zvažte, že změnu průřezu šňůry lze zanedbat. |
Řešení | V okamžiku výstřelu se potenciální energie natažené šňůry () přemění na kinetickou energii kamene (). Podle zákona zachování energie můžeme napsat: Potenciální energii elastické deformace pryžového kordu zjistíme jako: kde je koeficient pružnosti pryže, kinetická energie kamene: proto Vyjádřeme koeficient tuhosti pryže z (1.4): |
Odpovědět |
PŘÍKLAD 2
Cvičení | Pružina s tuhostí je stlačena silou, jejíž velikost je rovna . Jaká je práce () působící síly při dodatečném stlačení stejné pružiny jinou? |
Řešení | Udělejme nákres. |