Nejčastější fyzikální omyly: správná řešení

Při maturitě a přijímacích zkouškách z fyziky na VŠ se pravidelně opakují stejné chyby. Jsou rozšířeny nejen mezi českými studenty, ale po celé Evropě. Nabízíme správné řešení sedmi úkolů, které jste si mohli vyzkoušet ZDE.

Úkol 1.

První úkol řešilo v evropském průměru okolo 80% studentů způsobem, který ukazuje první obrázek. Sílu F3 zakreslilo jako výslednici sil F1 a F2. Že je toto řešení nesprávné je zřejmé. Kdyby síla F3 mířila tak jak ukazuje sousední obrázek, působila by na pohybující se předmět výsledná síla 2 F3. To by tedy znamenalo, že jde o pohyb zrychlený se zrychlením:

m je hmotnost předmětu. Řešení na obrázku je tedy chybné.

Podle textu úlohy se předmět pohybuje stálou rychlostí a podle prvního Newtonova zákona (zákon setrvačnosti) na něj síla nepůsobí. Musí tedy síla F3 kompenzovat výslednici sil F1 a F2. Musí být tedy opačně namířená než ukazuje první obrázek. Správné řešení je tomto druhém obrázku.

Úkol 2.
Problém "parašutista" se zdá být tak průhledný, že na něj nesprávně odpovídají téměř všichni řešitelé. Což není zcela samozřejmé, že odpor vzduchu je při otevřeném padáku mnohonásobně větší než při padáku složeném na zádech?

Není to ale tak jednoduché. Předpokládejme například, že parašutista i s padákem váží 100 kg. Odpor vzduchu na rozevřený padák již za 3-4 sekundy vyrovná sílu, kterou je přitahován parašutista k zemi (1000 N). Pohyb se stane rovnoměrným. Odpor vzduchu se tedy ustálí zhruba na 1000 N.

Při seskoku se zavřeným padákem se ale rychlost pádu ustálí opět za velice krátkou dobu, ovšem na větší rychlosti 150 – 200 km/h podle toho, jak je tělo nasměrováno a sbaleno. Průběh rychlosti ukazuje graf. Při ustálené rychlosti jsou opět síly na parašutistu vyrovnány, odpor vzduchu se ustálí rovněž na hodnotě 1000 N.

Úkol 3.
První část úkolu nedělá nikomu potíže. Že je v klidu tíhová síla vyrovnána stejně velkou, opačně namířenou "provázkovou" silou, je samozřejmé. Vyrovnání těchto dvou sil i v následující situaci předpokládá většina řešitelů, dokonce i některých autorů učebnic.

Koná ale v tomto okamžiku kulička rovnoměrný přímočarý pohyb, jak by v takovém případě vyplývalo ze zákona setrvačnosti? Ne!!! Pohyb je sice v tomto okamžiku rovnoměrný, ale kruhový. Musí tedy na kuličku působit "zatáčecí", dostředivá síla.

Provázek táhne poněkud větší silou než je síla tíhová (převaha mv2/l). Tato převaha "provázkové" síly nad složkou tíhové síly do směru provázku existuje během celého pohybu s výjimkou bodů obratu a je onou zakřivovací dostředivou silou. Že při průchodu rovnovážnou polohou ještě navíc nepůsobí žádná "hnací" síla mířící vpřed není snad třeba zdůrazňovat, pohyb je zde rovnoměrný.

Úkol 4.
Při řešení čtvrtého úkolu často studenti předpokládají, že dvojice visících kostek táhne za šňůrku kostku, která klouže po stolu, silou 2mg. Pak jim ovšem z druhého Newtonova zákona (zákon síly) vychází pro kostku na stole zrychlení 2g, což je na první pohled nesmysl. Správný výsledek pro tahovou sílu provázku T a pro zrychlení a dvojice visících kostek i kostky na stole (obě tato zrychlení jsou stejná) dostaneme správným použitím II. Newtonova zákona:

Úkol 5.
Úkol je zcela primitivní příklad na III. NPZ (akce a reakce). Přesto ale studenti často soudí, že hřebíček na magnet působí menší silou, než magnet na hřebíček. V obdobném případě z elektrostatiky stejně uvažují, že méně nabitá kulička působí slaběji, než ji přitahuje nebo odpuzuje její soupeř s větším nábojem.

Úkol 6.

Zde je často za reakci ke gravitační síle považována síla, kterou na pozadí sedícího působí sedák židle. Protože je ale pachatelem gravitační síly na sedícího muže Země, vyměněné role „pachatele“ tj. Země, která působí, a „oběti“, muže na kterého je působeno, vedou k jinému závěru. Reakcí je gravitační síla, kterou sedící muž přitahuje Zemi. Obrázek, který je nutně silně mimo měřítko, ukazuje správné řešení.

Úkol 7.
Správné řešení posledního úkolu bude asi pro mnohé čtenáře "silnou kávou". Vysvětlení bude přijatelnější. když si představíme auto, které se rozjíždí na voru. Ze zkušenosti víme, že vor se v takovém případě začne rozjíždět opačným směrem než auto. Fakt, že vor tlačí dozadu pneumatiky auta, učeněji řečeno třecí síla pneumatik na vor je zřejmé. Podle principu akce a reakce obráceně tlačí vor opačně namířenou, stejně velkou silou, na pneumatiky.

To je ta hnací síla, která tlačí auto vpřed. I na silnici je tedy hnací silou působící na automobil třecí síla, kterou působí povrch silnice na pneumatiky. Stravitelnější tento výsledek asi bude, když si představíme rozjíždění na zledovatělé vozovce, kde je tření minimální. Sebesilnější motor nám nebude moc platný. Jasné?

<< zpět na zadání úloh

autor:

Doc. RNDr. Milan Rojko, CSc

<< ZPĚT NA PŘÍLOHU