Otáčivé účinky síly

• otáčivý účinek je velmi častý účinek síly:
  • otáčení a valení kola
  • otevírání a zavírání dveří, oken
  • kohouty
  • kliky oken a dveří
  • rýgl
  • utahování šroubovákem
  • šlapání do šlapek jízdního kola
  • motory
  • atd.
• jak musí síla působit, aby měla otáčivý účinek?
  • pokud síla působí tak, že její směr působí přesně do osy otáčení, tzn. přímka, po které síla působí, prochází osou otáčení, k otáčení nedojde a těleso:
    • zůstane v klidu, je-li v ose otáčení pevně ukotveno
    • bude se posunovat, ale neotáčet, bude-li volně položené - viz obr.

• pokud ale síla působí tak, že jeji směr působí mimo osu otáčení, tzn. přímka, po které jde směr síly neprochází osou, dojde k otáčení tělesa, síla má otáčející účinek - viz obr.

• na čem otáčivý účinek síly, tj. jeho velikost, závisí?
  • zkuste otevřít nezamčené a nezajištěné dveře následujícími způsoby (ideální jsou masivní dveře, tj. těžší a větší (např. naše vstupní do školy):
    1. tlačte do dveří kousek od jejich pantů - aby se dveře otevřely, musíme tlačit značnou silou
    2. tlačte na dveře uprostřed - síla již nebude muset být už tak velká, jako u pantů
    3. tlačte na dveře na kraji, tj. v oblasti kliky - potřebná síla pro otevření bude malá
  • výsledek pozorování se zdá být jednoznačný, čím dál síla působí od osy otáčení, tím jednodušeji lze tělesem otáčet
    • při tlačení do dveří jsme působili kolmo k nim, ale pokud bychom působili jiným směrem, než kolmo, síla by musela být větší, abychom dosáhli stejného otáčivého účinku
  • otáčivý účinek síly nám matematicky popisuje MOMENT SÍLY - M:

• kde:
  • F je velikost síly, která na těleso působí
  • r je RAMENO SÍLY

• jednotka: N.m (Newton-metr)

• viz obr.:

• na dalším obrázku je příklad tří stejně velkých sil působících postupně v jednom bodě v různých směrech na otáčející se tyčku nebo při pohledu shora na otáčející se desku (dveře) okolo osy O
  • nejlepší otáčející účinek má síla F₂, protože ramenosíly r₂ je nejdelší
  • následuje síla F₃, platí r₃ < r₂
  • a nejmenší otáčivý účinek má síla F₁, neboť rameno síly r₁ je nejkratší
    • můžete si opět vyzkoušet na dveřích - na kliku přivažte kousek provázku a tahejte za něj pokud možno stále stejnou silou v různých směrech - zjistíte, že nejrychleji se dveře otevřou při kolmém působení