Co dokáže síla

Také už do vás někdo omylem strčil - například při chůzi na ulici? Pokud něco takového nečekáte, určitě to s vámi alespoň trochu pohne. Někdy dokonce natolik, že spadnete. Z tisíců podobných příkladů, které si jistě bez problémů vymyslíte, vyplývá zajímavá skutečnost: Působíme-li silou na nějaký předmět, který je v klidu, rozpohybujeme ho.

Hned ale můžete namítnout: "Existují přece příklady, že na něco působíme silou a ono se to nepohybuje." Zůstaneme-li ještě u silového působení při srážce dvou lidí, může taková situace nastat například při hokejovém zápase. Hokejista, který je těsně u mantinelu atakován protihráčem tak, že nestačí uhnout, nikam neodletí - jednoduše se opře o mantinel.

Projeví se v takovém případě nějak síla působící na hokejistu při nárazu?

Určitě ano, hokejista je přece trochu "zmáčknut" soupeřovou hokejkou v místech, kde na něj hokejka působí. Vidíme tedy, že síla může kromě pohybu způsobit také deformaci předmětu, na který působí. Při zvlášť nešťastném zákroku může taková deformace našemu hokejistovi dokonce polámat žebra.

Budeme-li působit mechanickou silou na libovolný předmět, vždy se alespoň trochu zdeformuje (i když se může volně pohybovat). Pokud je ale uvažovaný předmět dostatečně pevný, bude deformace jenom malá a můžeme ji zanedbat. Proto se budeme zatím zabývat pouze silovým působením na takzvaná tuhá tělesa, u kterých předpokládáme, že se nedeformují. Pokud by se nám přitom zdálo, že deformaci v nějakém případě přece jen nemůžeme zcela zanedbat, zkusíme se zamyslet nad jejím vlivem.

Vraťme se nyní k pohybu tělesa způsobeného silou. Zatlačíme-li do stolu opřeného o zeď, nebude se pohybovat, protože mu v tom zeď a popřípadě i podlaha brání. Toto "bránění" ale znamená, že na stůl kromě naší síly začne působit i zeď a podlaha nějakými dalšími silami. Situace je tedy v takovém případě složitější a budeme ji muset časem probrat podrobněji. Zatím můžeme alespoň shrnout naše pozorování tak, že působí-li na tuhé těleso, které je v klidu, jedna síla, způsobí jeho pohyb. Poznámka

Podívejte se, jak se může síla projevit při tanci.

Spustit video1 - 3,1 MB

Spustit video2 - 1,6 MB

Uvedené videoklipy představují dvě jednoduché taneční figury, které se liší způsobem pohybu tanečníků. V prvním případě jeden taneční partner druhého postupně odstrkuje a přitahuje zpět a pomáhá mu tak v pohybu tam a zpět (posouvá ho). Ve druhém případě tanečník své partnerce zatlačením do ruky pomáhá v takzvané spině (otáčí ji). Vidíme tedy, že síla, kterou na sebe působí tanečníci v naší ukázce, způsobuje dva druhy pohybů - posuvný a otáčivý. Podrobnosti

Čím se liší působení sil v uvedených figurách?

Na vysvětlení asi přijdete snadno sami. Pokud si nejste jisti, prohlédněte si následující fotografie, kde jsou znázorněny směry působících sil.

Jak musí působit síla, aby se těleso pohybovalo pouze posuvně, nebo rotovalo, si můžete také vyzkoušet jednoduchým pokusem s prakem.

V případě posuvného pohybu se těleso posunuje ve směru působící síly a velikost této síly bude zřejmě ovlivňovat rychlost pohybu. Můžeme tedy říkat, že síla má na tělesa takzvaně posuvný účinek. Při otáčení tělesa je to ale složitější. Zamyslete se nad následujícím problémem.

Jak si poradíte, nemůžete-li odšroubovat pevně utažený uzávěr láhve?

Jednou z možností je, že použijete kleště na povolování uzávěrů (často bývají součástí kuchyňských nůžek), nebo speciální povolovací nástavec, který má větší průměr než uzávěr. Pokud ale povolíte uzávěr pomocí nástavce, neznamená to, že jste použili větší sílu.

Co se tedy změnilo?

Podívejte se na následující fotografie znázorňující síly, kterými působí prsty na uzávěr a na nástavec. I když jsou velikosti těchto sil stejné, uzávěr se v prvním případě nepovolí, ve druhém ano. Jediné, čím se liší povolování uzávěru pomocí nástavce, je to, že síly působí na větším poloměru - ve větší vzdálenosti od osy otáčení uzávěru. Poznámka

Jak snadno otočíme nějakým tělesem tedy nezávisí jenom na velikosti síly, kterou na těleso působíme, ale také na její vzdálenosti od osy otáčení tělesa. Protože potřebujeme velmi často popisovat otáčivý pohyb i účinky, které ho způsobují, je výhodné zavést vedle síly jinou veličinu, která charakterizuje otáčivý účinek. Tato veličina se nazývá moment síly a je tím větší, čím větší je síla působící na těleso a čím větší je vzdálenost této síly od osy otáčení tělesa. Vzdáleností síly od osy otáčení se přitom rozumí nejkratší (kolmá) vzdálenost mezi osou otáčení a přímkou na které leží vektor síly, viz vedlejší obrázek.

Rozmyslete si a zdůvodněte, ve kterém z následujících příkladů je moment působící síly vzhledem k příslušné ose otáčení největší a nejmenší (velikosti sil se pokuste odhadnout ze zkušenosti):

Obr. I - otáčení volantem

Obr. II - utahování šroubu

Obr. III - páčení víka bedny

Obr. IV - gymnasta na kruzích

Jestli už máte momenty sil působících v jednotlivých případech srovnány podle velikosti, podívejte se na řešení.

Vymyslete co nejvíce dalších praktických příkladů, kde se můžete setkat s účinky momentu síly a jejich využití.