Síly a výslednice

Žáci určí síly působící na hmotný bod, složí je do výslednice a zapíší silový diagram. Moment síly jen jako točivý účinek; rovnováha tuhého tělesa patří do 2. ročníku.

Průvodce tématem Síly a výslednice v předmětu Fyzika pro I. ročník: co mají žáci zvládnout, na co navázat a kde nejčastěji chybují. K tomu příprava na hodinu, pracovní list nebo písemka, které ScioBot připraví na jedno kliknutí přesně pro tento ročník.

Připravit hodinu Všechny formáty

Klikněte a tvořte

Získejte přípravu zdarma

Vyberte formát. Jedním kliknutím otevřete tvorbu na téma Síly a výslednice (I. ročník) — ScioBot ho připraví za vás.

Připravit hodinu

Další formáty na jedno kliknutí

Téma i ročník jsou už vyplněné. Nic nepíšete — rovnou tvoříte.

Žáci v I. ročníku gymnázia určí síly působící na hmotný bod v konkrétní situaci, zapíší je do silového diagramu a složí je do výslednice. Síla je vektorová veličina: má velikost, směr a působiště; výslednice je jediná síla, která má na hmotný bod stejný účinek jako soustava sil. Téma navazuje na skaláry a vektory a připravuje zavedení Newtonových zákonů.

Moment síly se zde uvádí jen jako točivý účinek síly vůči zvolenému bodu (M = F · d, kde d je rameno), bez rovnováhy tuhého tělesa a bez soustavy sil na otáčivém tělese. Podmínky rovnováhy tuhého tělesa patří do pozdějšího tématu Moment síly a tuhé těleso. Výstupy G-FYZ-02-002 a část G-FYZ-02-007 (síla, moment síly) se v této jednotce naplňují na úrovni hmotného bodu a silového diagramu.

Předpoklady

Klíčové pojmy

Síla
Vektorová veličina popisující vzájemné působení těles; značka F, jednotka newton (N). Určuje se velikost, směr a působiště.
Hmotný bod
Model tělesa, u kterého zanedbáváme rozměry; všechny síly kreslíme jako vektory vycházející z jednoho bodu.
Silový diagram
Náčrt tělesa (nebo bodu) se všemi silami, které na něj působí, včetně označení a šipek ve správném směru. Síly, kterými těleso působí na okolí, do diagramu nepatří.
Výslednice sil
Jediná síla F rovná vektorovému součtu všech sil působících na hmotný bod. Paralelně orientované síly se sčítají algebraicky; různosměrné graficky (rovnoběžník, trojúhelník) nebo po složkách.
Rozklad síly do složek
Síla se rozloží na dvě navzájem kolmé složky (obvykle vodorovnou a svislou), které se sčítají zvlášť; výslednice se znovu složí z celkového Fx a Fy.
Moment síly (točivý účinek)
Míra otáčivého účinku síly vůči zvolenému bodu: M = F · d, kde d je kolmá vzdálenost vektorové přímky síly od bodu (rameno). Znaménko odpovídá smyslu otáčení. Podmínky rovnováhy tuhého tělesa se zde nezavádějí.
Typické síly v úlohách
Tíhová síla Fg svisle dolů, síla podložky (normálová) kolmo od podložky, tah vlákna podél vlákna; tření a pružnost se v této jednotce jen pojmenují, kvantitativně patří do navazujících témat.

Časté miskoncepce

  • Častá chyba

    Žák do silového diagramu nakreslí i sílu, kterou kolo tlačí na silnici, nebo „sílu motoru“ jako šipku z auta dopředu, místo sil, které na zvolené těleso skutečně působí.

    Jak na to

    Nechte žáka nejprve říct větu „na [název tělesa] působí…“ a škrtnout každou šipku, která patří okolí. U auta nechte zakreslit jen tření vozovky, odpor vzduchu, tíhu a normálovou sílu.

  • Častá chyba

    Žák sčítá velikosti sil jako čísla (50 N + 30 N = 80 N), i když síly svírají úhel, nebo kreslí výslednici „někam mezi“ bez rovnoběžníku.

    Jak na to

    Stejnou dvojici sil nechte sečíst na čtverečkovaném papíře rovnoběžníkem a poté po složkách; porovnejte čísla. Úhel 90° ukažte jako případ, kdy |F| = √(F1² + F2²), ne součet velikostí.

  • Častá chyba

    Žák položí působiště všech sil „doprostřed obrázku“ nebo kreslí tíhu od země nahoru k tělesu, protože „země přitahuje“.

    Jak na to

    U hmotného bodu slučte působiště do jednoho bodu a u nakresleného kvádru veďte Fg z těžiště svisle dolů, Fn z plochy kontaktu kolmo od podložky. Žák u každé síly ukáže druhé těleso interakce.

  • Častá chyba

    Žák spočítá moment jako F · ℓ, kde ℓ je vzdálenost bodu úchopu od osy po tyči, i když síla není kolmá, nebo zamění moment s výslednicí („větší moment znamená větší výslednou sílu“).

    Jak na to

    Nakreslete stejnou sílu jednou kolmo na rameno a jednou šikmo; změřte kolmou vzdálenost přímky síly od bodu. Oddělte úlohu „slož výslednici v bodě“ od úlohy „urči točivý účinek vůči bodu O“.

Jak učit

2–3 hodiny

  1. Evokace: žáci u stojící židle, zavazadla na stole a táhnutého vozíku vypíší, kdo na koho tlačí nebo táhne, aniž by zatím kreslili šipky.
  2. Jádro: zavedení silového diagramu hmotného bodu, skládání rovnoběžných i různosměrných sil a výpočet výslednice po složkách; moment jen jako F · d u otáčení dveří nebo klíče.
  3. Reflexe: žáci u jedné úlohy porovnají svůj diagram se vzorovým a opraví chybějící nebo přebytečné síly a směr výslednice.

Nápady na aktivity

  • Skupinová stanoviště: tři síly na hmotný bod (včetně jedné šikmé); každá skupina kreslí diagram, rovnoběžník i složky a porovná |F|.
  • Dveře nebo klíč: žáci měří rameno a odhadují, proč stejná síla blízko pantů dveře neotočí; zapíší M = F · d bez podmínek rovnováhy tělesa.

Hodnocení

Žák u zadané situace (těleso na vodorovné podložce, tažené vláknem pod úhlem) nakreslí silový diagram, určí složky a spočítá výslednici.

Krátká úloha: u síly kolmé i šikmé k tyči určí rameno a moment vůči bodu O; rovnováhu tuhého tělesa nepožadovat.

Související témata

Zdroje

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Síly a výslednice

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Síly a výslednice jedním klikem.

Základní materiály

Interaktivní aktivity 14

K tisku a rozstříhání 8

Hry pro celou třídu 4

Očekávané výstupy

  • G-FYZ-02-002 žák určí v konkrétních situacích síly a jejich momenty působící na těleso a určí výslednici sil
  • G-FYZ-02-007 dynamika pohybu – hmotnost a síla; první, druhý a třetí pohybový zákon, inerciální soustava; hybnost tělesa; tlaková síla, tlak; třecí síla; síla pružnosti; gravitační a tíhová síla; gravitační pole; moment síly; práce, výkon; souvislost změny mechanické energie s prací; zákony zachování hmotnosti, hybnosti a energie

Učíte Síly a výslednice trochu jinak?

Popište ScioBotu vlastními slovy, co s žáky chcete zvládnout a kolik máte času. Materiál přizpůsobí vašemu ŠVP, třídě i žákům se speciálními vzdělávacími potřebami.

Napsat ScioBotu

Související témata