Príklad 2.5.1:Vo vagóne je zavesené
závažie s hmotnosťou 200 g na niti dĺžky 1 m. O aký uhol
sa niť vychýli zo zvislej polohy, ak sa vagón bude pohybovať priamočiaro so zrýchlením
3m/s2?
Riešenie: Vagón sa pohybuje priamočiaro so zrýchlením,
preto vzťažná sústava spojená s vagónom bude neinerciálna. Na závažie pôsobí
zotrvačná sila, ktorá má opačný smer ako zrýchlenie sústavy
. Okrem toho pôsobí závažie na niť svojou tiažou
.Výslednica týchto síl bude kompenzovať účinok sily napínajúcej
niť
, preto niť bude mať smer daný touto výslednicou síl
(obr. 2.5.6 ). Uhol,
o ktorý sa niť vychýli zo zvislej polohy potom
(1). Dosadením veľkosti síl Fz = ma a G = mg do (1) úpravou a použitím číselných hodnôt Niť sa vychýli od zvislého smeru o 170. |
|
Príklad 2.5.2: Aká
je zdanlivá tiaž osoby hmotnosti 75 kg vo výťahu, ktorý sa
pohybuje
a) nahor spomalením 0,2 m/s2 a dolu so zrýchlením 0,2 m/s2
,
b) nahor so zrýchlením 0,15 m/s2 a dolu spomalením 0,15 m/s2.
Riešenie: a) Výťah sa pohybuje smerom nahor so spomalením av a predstavuje neinerciálnu vzťažnú sústavu, preto na človeka pôsobí zotrvačná sila Fz, ktorá (má vždy opačný smer ako zrýchlenie sústavy) smeruje nahor (obr. 2.5.7a).
|
|
|
|
a) |
b) |
c) |
d) |
Obr. 2.5.7
Potom zdanlivá tiaž človeka
je daná
resp.
G´= G - Fz dosadením
G´=mg - mav
G´= 75.9,81 - 75.0,2 = 720,75 N
Ak porovnáme skutočnú tiaž človeka G = mg = 735,75 N,
ktorú má v prípade, keď sa výťah pohybuje s konštantnou rýchlosťou
alebo je v pokoji (av =
0) so zdanlivou tiažou G´ potom G > G´. Odtiaľ vyplýva,
že človek pociťuje vo výťahu odľahčenie. Tá istá situácia platí v prípade,
keď výťah sa pohybuje nadol zo zrýchlením (obr. 2.5.7b).
Zdanlivá tiaž človeka vo výťahu je 720,75 N.
Ak by sa výťah rozbiehal nadol voľným pádom (zrýchlenie výťahu av = g) potom by nastal bezťiažový stav, zdanlivá tiaž G´= G - Fz = mg - mav = mg - mg = 0.
b)V
prípade, že sa výťah pohybuje nahor so zrýchlením av
(obr. 2.5.7c) a nadol so spomalením (obr. 2.5.7d) na človeka pôsobí zotrvačná
sila smerom nadol (opačný smer ako av ). Potom
zdanlivá tiaž
G´= G + Fz dosadením
G´=mg + mav
G´= 75.9,81 + 75.0,2 = 747 N
Porovnaním
so skutočnou tiažou človeka G je G´ > G,
teda človek pociťuje vo výťahu preťaženie.
Zdanlivá tiaž človeka vo výťahu je 747 N.
Príklad 2.5.3: Automobil hmotnosti 1000 kg sa pohybuje po vydutom moste rýchlosťou 36 km/hod. Polomer krivosti v strede mosta je 50 m. Akou silou tlačí automobil na most v okamihu prechodu stredom mosta?
Riešenie:
Pri riešení
úlohy uvažujeme vzťažnú sústavu, ktorá je pevne spojená s autom. Auto
prechádza vydutým mostom, koná krivočiary (otáčavý) pohyb mení sa rýchlosť
auto, preto táto sústava je neinerciálna. Výsledná
sila, ktorou auto pôsobí na most je daná rozdielom tiaže auta a zotrvačnej
odstredivej sily, ktorá vznikla v dôsledku neinerciality sústavy (obr. 2.5.8)
F = G - F0 .
(1)
|
|
Príklad 2.5.4:
Na 450 zemepisnej šírky dopadá na zemský povrch rýchlosťou 100 m/s
teleso o hmotnosti 10 kg.
Aká je hodnota zotrvačnej odstredivej a Coriolisovej sily, ktoré na toto
teleso pôsobia, pri dopade na zemský povrch?
Riešenie: Pre hodnoty zotrvačnej odstredivej a Coriolisovej sily platia vzťahy:
(1)
(2)
Na vyjadrenie Coriolisovej sily vo vzťahu (2) sme použili veľkosť vektorového súčinu. |
|
|
a) | b) |
Obr. 2.5.9
Podľa
obr. 2.5.9a pre r platí
, kde R je polomer Zeme, potom
. Pre
, kde f je frekvencia otáčania Zeme, čo predstavuje
1 otáčku za 24 hodín (resp. 1 otáčku za 86400 sekúnd). Dosadením
Pre
uhol
(uhol medzi
) z
obr.2.5.9b platí
. Potom
Aby sme mohli zistiť uhol medzi vektormi musíme ich dať do spoločného pôsobiska (do stredu Zeme). Vektor je vektor uhlovej rýchlosti, ak vedieme stredom Zeme rovinu, tak potom tento vektor smeruje kolmo z tejto roviny nahor. |
Zotrvačná odstredivá sila pôsobiace na padajúce teleso je 0,238N a Coriolisova sila 1,028 N.