Mechanika úvodní stránka

Vnitřní a jiné síly

 

Statické síly

  Dynamické síly   Pohyb   Energie a hybnost  
Elastické síly a sval   Tíhová síla   Odporové a třecí síly   Chůze a běh   Energie
Povrchové napětí a kapilarita   Tlaková a vztlaková síla   Proudění   Létání a plachtění   Výkon
Transportní jevy Páka Setrvačná síla   Plavání Zákony zachování
 

Statické síly

Působí na tělesa neustále, v pohybu i klidu (při nulové výslednici sil). Příkladem statických sil je síla gravitační, elektrostatická, tlaková či vztlaková či síla statického tření. Můžeme je rozdělit na síly objemové působící prostřednictvím pole a síly povrchové působící vzájemným kontaktem jiných těles.

1. Objemové síly (působí na objemové elementy tělesa prostřednictvím silových polí)

Gravitační síla (Newtonův gravitační zákon)
Každá dvě hmotná tělesa na sebe působí gravitační silou, která je rovna

kde κ je gravitační konstanta, M jsou hmotnosti těles a r jejich vzdálenost. Planeta Země působí na hmotná tělesa na svém povrchu gravitační silou, po dosazení do předchozího vzorce , poloměr dostáváme:

,

kde gZ je gravitační zrychlení a m je hmotnost tělesa.
Uvažujeme-li setrvačnou (odstředivou) sílu vzniklou díky rotaci Země, tak dostáváme hodnotu tíhové síly v závislosti na tíhovém zrychlení g, které nabývá velikosti  podle velikostí odstředivé složky od 9,78 na rovníku do 9,83 na pólech. Hodnota pro naší polohu je přibližně 9,81m.s-2.   

Elektrostatická síla (Coulombův zákon)
Každá dvě elektricky nabitá tělesa na sebe působí elektrostatickou silou, která je rovna:

kde Q1 a Q2 jsou náboje obou těles a r jejich vzdálenost, konstanta k lze vyjádřit následujícím vztahem:

kde ε0 je permitivita vakua a εr je relativní permitivita prostředí. O elektrostatické síle blíže v kapitole elektřina a magnetismus.

2 Tlakové (povrchové) síly

Působí na povrch těles jejich vzájemným kontaktem - tlakem, kontakt těles může být způsoben účinkem objemových sil nebo přeneseným kontaktem. Intenzita těchto sil je dána tlakem p, který při konstantní velikosti síly roste se zmenšující se plochou, na kterou síla působí:

Při tomto působení může docházet k deformaci, pak mluvíme o zatížení. Při působení tlakové síly může vzájemnému pohybu těles ve směru pohybu bránit statická třecí síla.

Velikost i tvar těla organizmů je určen působením gravitační síly. Na organizmy v klidu působí neustále tíhová síla a jejím prostřednictvím tlakové síly atmosféry nebo vody u vodních organizmů. V reakci na tuto sílu působí v opačném směru tuhost povrchu Země, nebo síly vztlakové v případě atmosféry či vody. Gravitační zákony limitují velikost pozemských živočichů i jejich oporných ústrojí. Na těla organizmů působí atmosférická tlaková síla a na vodní živočichy navíc hydrostatická síla. Vodní a létající živočichové jsou nadnášeni vztlakovou silou.

 

Síly působící na organizmy

Vnější síla, která působí na všechny organizmy na Zemi  je síla tíhová. První pohybující se větší mnohobuněčné organizmy, které vznikali na Zemi během evoluce žili v oceánech a buď se prakticky pasivně vznášeli (medúzy), nebo  se nepohybovali a žili přisedle na mořském dně (houby Porifera, polypy).

Ke svému pasivnímu pohybu nepotřebovali opornou strukturu. Podle hustoty jejich těla, na ně působí proti tíhové síle různě velká vztlaková síla. Výsledná síla daná jejich rozdílem je výrazně menší než samotná tíhová síla u suchozemských živočichů. Výsledná síla určuje jejich pohyb – buď klesají, vznáší se  nebo stoupají.

Příkladem jsou medúzy. Mohou nabývat i obrovských rozměrů (např. Cyanea arctica  a jiné příbuzné druhy mají průměr zvonu přes 2 m). Jakmile jsou vyplaveny na břeh, přestane na ně působit vztlaková síla, medúza ztrácí svůj tvar i možnost pohybu. Navíc tenká membrána na povrchu jejich těl nedokáže zabránit jejich  vyschnutí.

Mnohobuněčné organizmy na povrchu Země museli vyvinout dva základní útvary:

  • opornou strukturu podporující jejich tělo
  • silnou kůži bránící ztrátě tělních tekutin vyschnutím

Pohyb i udržení tvaru těla umožňuje suchozemským organizmům oporný systém. Oporný systém využívá materiálů s velkou pevností v tahu i tlaku. (Materiály jsou obecně pevnější v tlaku než v tahu). Na základě fyzikálních zákonů si můžeme lépe uvědomit problémy a výhody oporných systémů.

Bezobratlí s vnější kostrou

Příroda vytvořila nezměrné množství druhů bezobratlých živočichů s tvrdou vnější kostrou, ale pouze velmi málo z nich dosahuje větších rozměrů. Mezi ně patří mlži, plži, hlavonožci (loděnka) a kraby a jejich společným znakem (a limitujícím faktorem vnější kostry u větších organizmů) je jejich pomalost.

Nejpočetnější skupina bezobratlých živočichů je hmyz, který dosahuje výrazně menších velikostí. Přesto je velmi úspěšný, zejména z důvodů výborně vyvinutých smyslů a u některých druhů velmi složitého sociálního systému.

Obratlovci s vnitřní kostrou

...