Kapitola 2

MECHANIKA HMOTNÉHO BODU

---------------------------------------------------------------------

Skúmanie pohybu telies pútalo pozornosť od pradávna až do dnes. Časť fyziky, ktorá skúma zákony zmien vzájomnej polohy telies a pri telesách, ktoré nie sú dokonale tuhé aj vzájomný pohyb ich častí nazývame mechanikou. Cieľom tejto kapitoly je popísať a skúmať najjednoduchšie typy pohybov a vysvetliť fyzikálne zákonitosti mechanických pohybov v oblasti makrosveta. Ako najjednoduchší mechanický pohyb sa ukazuje pohyb tzv. hmotného bodu. V aproximácii hmotného bodu, si zavedieme základné pojmy a základné zákonitosti klasickej mechaniky, v ktorej sa hmotný bod pohybuje ďaleko menšími rýchlosťami ako je rýchlosť svetla.

Mechanika sa rozdeľuje na dve základné časti: kinematiku a dynamiku. Opisom mechanického pohybu, neuvažujúc príčiny pohybu, sa zaoberá kinematika, ktorej sa budeme venovať v prvej podkapitole. Definujeme si základné kinematické veličiny: polohový vektor r, rýchlosť v a zrýchlenie a. Taktiež budeme skúmať dva základné typy pohybov: pohyb po priamke a pohyb po kružnici, z ktorých možno zložiť ľubovolný všeobecný pohyb. Podstatou pohybu a príčinou vzniku pohybov sa zaoberá dynamika, ktorej venujeme druhú podkapitolu. Základ tvoria tri Newtonove zákony. S pôsobením sily v inerciálnej a neinerciálnej sústave súvisia i veličiny: práca, impulz a energia. O ich vzájomných súvislostiach pojednávajú jednotlivé paragrafy druhej podkapitoly. Výsledkom nášho spoločného snaženia má byť schopnosť študenta vedieť aplikovať nadobudnuté vedomosti pri riešení fyzikálnych problémov a úloh.

Potrebné vedomosti

Na zvládnutie tejto kapitoly je vhodné naštudovať rozdelenie fyzikálnych veličín, poznať základné a odvodené jednotky fyzikálnych veličín v SI sústave. Za nevyhnutné považujeme dobre ovládať základy vektorového počtu: vyjadrenie vektora vo zvolenej súradnicovej sústave, základné matematické operácie s vektormi, skalárny a vektorový súčin dvoch (troch) vektorov, zmiešaný súčin vektorov, ich význam a  uplatnenie vo svete okolo nás. Hladké zvládnutie učiva predpokladá priemerné znalosti z matematiky týkajúce sa riešenia najmä rovníc.

2.1 KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU

Učebné ciele

Študent by mal vedieť vymenovať a definovať základné kinematické veličiny a mal by vedieť s nimi pracovať vo zvolenej súradnicovej sústave. Študent by mal byť schopný poznať ich vzájomné súvislosti a na základe nich by mal byť schopný formulovať matematické vyjadrenie základných kinematických veličín, ich derivácií voči sústave absolútnej i relatívnej. Študent má vedieť vyjadriť vektor rýchlosti a zrýchlenia v sústave pevnej i v sústave, ktorá koná všeobecný pohyb. Po preštudovaní kapitoly nadobudnuté znalostí by študent mal vedieť aplikovať pri úlohách týkajúcich sa pohybov po priamke,  po kružnici a tiež pre prípad vybraných pohybov v priestore. Študent by mal vedieť zvolený fyzikálny problém analyzovať, mal by ho vedieť matematicky formulovať a mal by vedieť nájsť jeho riešenie.

Kľúčové slová

Polohový vektor, vektor rýchlosti, vektor zrýchlenia, zrýchlenie tangenciálne, zrýchlenie normálové, pohyb priamočiary a krivočiary, pohyb rovnomerný a nerovnomerný, pohyb po kružnici - uhlová dráha, uhlová rýchlosť a uhlové zrýchlenie, derivácia jednotkového vektora, vyjadrenie rýchlosti a zrýchlenia hmotného bodu vzhľadom na vzťažnú sústavu absolútnu a relatívnu.