iVysílání

stránky pořadu
Premiéra:
12. 11. 2011
08:30 na ČT1

1 2 3 4 5

12 hlasů
58550
zhlédnutí

Rande s Fyzikou

Newtonovy zákony

Věda je zábavná, můžete se i zamilovat.

13 min | další Děti a mládež »

upozorňovat

do playlistu

Přehrávač videa

Načítám přehrávač...

Rande s Fyzikou - Newtonovy zákony

  • 00:00:17 Dneska nás čeká rande
    tak trošku v detektivním duchu ?
  • 00:00:20 budeme totiž hledat pachatele!
  • 00:00:21 Možná si říkáte,
    jak to souvisí s fyzikou?
  • 00:00:24 Nebojte! Já vám to hned vysvětlím.
  • 00:00:26 Až doteď jsme ohyby těles
    jenom pozorovali.
  • 00:00:28 Popisovali jsme jejich dráhu,
    měřili rychlost nebo zrychlení,
  • 00:00:31 ale nikdy jsme nepátrali
    po pachatelích pohybu.
  • 00:00:34 Víme o nich vůbec něco?
    Jednu věc určitě.
  • 00:00:38 Pachatelé způsobují změnu
    pohybového stavu
  • 00:00:40 vždycky a bez výjimky pomocí sil.
  • 00:00:43 Takže tak jako v detektivkách platí:
    Není zločinu bez pachatele,
  • 00:00:46 ve fyzice zase platí:
  • 00:00:48 Není změny pohybu bez sil,
    které ji způsobují.
  • 00:00:53 Když například já, jako pachatel,
  • 00:00:55 začnu působit silou na auto,
    roztlačím ho.
  • 00:01:02 Jiným pachatelem může být
    proudící voda,
  • 00:01:03 která tíhou působí na lopatky
    a roztáčí kolo vodního mlýna.
  • 00:01:09 Vzpěrač díky svým svalům vzepře
    těžké břemeno.
  • 00:01:13 Jeřáb tahovou silou zvedne náklad
    do výšky.
  • 00:01:16 A vztlaková síla vzduchu zase
    vynese k nebi horkovzdušný balón.
  • 00:01:20 Náš svět je prostě plný
    nejrůznějších sil.
  • 00:01:25 Ta část fyziky, která se zabývá
    silami a jejich pohybovými účinky
  • 00:01:28 se nazývá dynamika.
  • 00:01:30 Základní zákonitosti dynamiky
    shrnují 3 zákony,
  • 00:01:33 které v roce 1687 publikoval
    anglický fyzik Sir Isaac Newton.
  • 00:01:38 Na jeho počest se tyhle zákony
    nazývají Newtonovy,
  • 00:01:40 a taky jedna pražská ulice!
  • 00:01:49 Vzpomenete si na některý
    z Newtonových zákonů?
  • 00:01:53 O tom padajícím jablku?
  • 00:01:56 Že nepadá daleko od stromu?
  • 00:01:59 Vím, že tam je, že hmotnost tělesa
    vytlačí vodu,
  • 00:02:02 nebo objem tělesa vytlačí vodu
    a to určí tu hmotnost toho tělesa,
  • 00:02:07 nebo něco takového, ale bohužel.
  • 00:02:10 Vzpomenete si, jak zní některý
    z Newtonových zákonů?
  • 00:02:13 Je to třeba zákon setrvačnosti
    a je to,
  • 00:02:16 že když těleso setrvává v klidu
    nebo v nulovém pohybu, tak...
  • 00:02:25 Ne! Těleso setrvává, počkat,
    co to bylo?
  • 00:02:30 Bylo to v klidu nebo v pohybu
    rovnoměrném přímočarém,
  • 00:02:33 pokud působí jiné těleso silou.
  • 00:02:37 Když těleso "m" působí na těleso
    druhé "m".
  • 00:02:42 Ne, "m" na druhou!
  • 00:02:48 Tak ty tělesa jakoby na sebe
    působí vzájemně,
  • 00:02:51 že nepůsobí jen jedna síla,
    ale obě.
  • 00:02:55 Já jsem z umělecký školy,
    my tohle neřešíme.
  • 00:03:07 No, jak jste viděli,
  • 00:03:08 názory na Newtonovy zákony
    byly rozmanité, často originální,
  • 00:03:11 takže nezaškodí, když si je
    probereme názorně a s ukázkami.
  • 00:03:15 První Newtonův zákon, někdy se mu
    taky říká zákon setrvačnosti, zní:
  • 00:03:27 Tak třeba na tenhle míč působí
    v tuhle chvíli hned dva pachatelé:
  • 00:03:31 Jednak Země svojí tíhovou silou
  • 00:03:33 a jednak sedačka lavičky
    svojí tlakovou silou.
  • 00:03:36 Země a lavička se o tenhle míč
    doslova přetahují,
  • 00:03:39 ale nikdo nevyhrává.
  • 00:03:40 Výslednice obou sil je nulová,
    proto míč zůstává v klidu.
  • 00:03:46 Mnohem složitější je ale ukázat si,
  • 00:03:48 že těleso setrvává v rovnoměrně
    přímočarém pohybu i v případě,
  • 00:03:51 že síly, které na něj působí,
    jsou v rovnováze.
  • 00:03:55 Naše každodenní zkušenost
    je totiž opačná.
  • 00:03:58 Jsme zvyklí, že tělesa se vlivem
    třecích sil zpomalují,
  • 00:04:00 nebo dokonce zastavují.
  • 00:04:06 Zdeňku, jak je to? Můžeme si zákon
    setrvačnosti ukázat nějak v praxi?
  • 00:04:09 Můžeme! Tady je vzduchová dráha,
  • 00:04:13 v ní je plno malých dírek,
    ze kterých fouká vzduch.
  • 00:04:14 Když na dráhu položíme vozík,
  • 00:04:17 tak se bude vznášet na vzduchovém
    polštáři,
  • 00:04:19 což bude v podstatě pohyb
    bez tření.
  • 00:04:23 A můžu nechat svézt tady Lupyho?
  • 00:04:25 Klidně, pokud se nebojíš,
    že dostane závrať...
  • 00:04:28 Ne, to je kaskadér.
  • 00:04:30 Já si teď zahraju na pachatele
    a šťouchnu do vozíku.
  • 00:04:48 Teda já žasnu! Takže zákon platí
    jak pro těleso, které je v klidu,
  • 00:04:52 tak pro těleso, které se nachází
    v rovnoměrném přímočarém pohybu?
  • 00:04:55 Je to tak. Z fyzikálního hlediska
    nelze rozlišit,
  • 00:04:58 jestli jde o pohyb rovnoměrný
    přímočarý, nebo o klid.
  • 00:05:04 Říká se tomu Galileiho princip
    relativity.
  • 00:05:06 Víš co, Kláro?
    Já tě pozvu do tramvaje!
  • 00:05:10 Teda takovýhle pozvání na rande
    jsem ještě nedostala!
  • 00:05:12 No ale bude to jenom
    rande s fyzikou!
  • 00:05:16 Zdeňku, můžu už vědět,
    co mě tady čeká?
  • 00:05:18 Natočíme si dvě různé pohybové
    situace a ukážeme si,
  • 00:05:20 že pokud jde o fyzikální projevy,
    není mezi nimi rozdíl.
  • 00:05:25 A na co ta zatemněná okna?
  • 00:05:26 To bychom nepoznali, jestli tramvaj
    jede nebo je v klidu.
  • 00:05:30 Vypadá to, že je všechno připraveno
    a čeká se jenom na nás.
  • 00:05:37 V prvním případě tramvaj stojí,
    to znamená,
  • 00:05:39 že všichni pasažéři jsou vzhledem
    k povrchu Země v klidu.
  • 00:05:55 V druhém případě necháme tramvaj
    jet rovnoměrným přímočarým pohybem.
  • 00:05:59 Stejným pohybem vzhledem k Zemi
    se pohybují i všichni pasažéři.
  • 00:06:05 Jestli jedeme nebo stojíme,
    poznáme jedině pohledem z okna.
  • 00:06:09 Žádným pokusem uvnitř tramvaje
    se nedá zjistit,
  • 00:06:11 jestli tramvaj stojí nebo jede
    rovnoměrným přímočarým pohybem.
  • 00:06:16 Z hlediska fyziky se totiž jedná
    o jeden a ten samý pohybový stav.
  • 00:06:21 To platí až do okamžiku,
  • 00:06:22 kdy tramvaj začne zatáčet,
    zrychlovat nebo brzdit.
  • 00:06:25 V tu chvíli se v tramvaji
    začnou dít věci!
  • 00:06:54 Trošku mně ta divoká jízda
    v tramvaji rozhodila účes,
  • 00:06:56 ale nebojte,
    nebudu dlouho zdržovat!
  • 00:06:58 Je na čase si probrat
    druhý Newtonův zákon,
  • 00:07:00 kterému říkáme zákon síly.
  • 00:07:02 Abysme si ho mohli názorně odvodit,
    potřebujeme vhodného pachatele,
  • 00:07:05 který bude působit
    stálou konstantní silou.
  • 00:07:08 -Míšo? Můžu si půjčit tvůj fén?
    -Jasně!
  • 00:07:13 Teď ještě potřebujeme nějakou oběť
    pro silový působení fénu.
  • 00:07:17 Míšo, nemáš tady něco?
  • 00:07:18 Tohle si tu nechal minule
    jeden tvůj kolega, taky herec.
  • 00:07:23 Nejdřív zapneme fén na nejnižší
    stupeň.
  • 00:07:28 Vidíme, že síla proudícího vzduchu
    uděluje hračce zrychlení.
  • 00:07:32 Ve druhým případě přepneme fén
    na vyšší intenzitu foukání,
  • 00:07:35 to znamená, že na model
    budeme působit větší silou.
  • 00:07:44 Porovnáme-li oba případy, zjistíme,
  • 00:07:45 že když na těleso působí
    větší síla,
  • 00:07:48 je větší i jeho zrychlení.
  • 00:07:51 To znamená, že zrychlení "a"
    je přímo úměrné síle "F",
  • 00:07:54 která tohle zrychlení vyvolává.
  • 00:08:01 Teď se pojďme podívat, co se stane,
  • 00:08:02 když náš testovací vůz
    naplníme nákladem.
  • 00:08:06 Tentokrát necháme fén zapnutý
    jenom na jednu intenzitu,
  • 00:08:08 to znamená, že působící síla
    bude v obou případech stejná.
  • 00:08:14 Výsledek nás asi nepřekvapí.
  • 00:08:16 Prázdné auto dosahuje
    mnohem většího zrychlení,
  • 00:08:18 než plně naložené.
  • 00:08:20 To si můžeme matematicky
    zapsat tak,
  • 00:08:22 že zrychlení "a" je nepřímo úměrné
    hmotnosti "m".
  • 00:08:30 V praxi to znamená, že čím větší
    má těleso hmotnost,
  • 00:08:33 tím větší má nechuť zpomalovat
    a zrychlovat
  • 00:08:35 a my potřebujeme větší sílu
    na změnu jeho pohybu.
  • 00:08:38 Když spojíme obě úměrnosti,
  • 00:08:40 dostaneme jednoduchý vzoreček
    pro výpočet zrychlení.
  • 00:08:49 Možná ale znáte druhý Newtonův
    zákon v trošku jiným tvaru:
  • 00:08:52 síla "F" se rovná hmotnosti "m"
    násobené zrychlením "a",
  • 00:08:56 což je užitečný vztah
    pro výpočet síly.
  • 00:09:01 Každopádně druhý Newtonův zákon
    nám říká jednu důležitou věc:
  • 00:09:04 Kde je síla, tam musí být
    i zrychlení
  • 00:09:06 a naopak, kde je zrychlení,
  • 00:09:08 tam musí automaticky působit
    taky nějaká síla.
  • 00:09:14 Fyzikální jednotkou síly
    je jeden Newton. Značku má "N".
  • 00:09:19 Podle druhého Newtonova zákona
    má tahle jednotka fyzikální rozměr
  • 00:09:22 kilogram krát metr za sekundu
    na druhou.
  • 00:09:26 Jestli si chcete udělat představu
    o tom,
  • 00:09:28 jak velká je síla jednoho Newtonu,
  • 00:09:30 položte si do dlaně jablko
    o hmotnosti 102 gramů.
  • 00:09:33 Tíha takovýho jablka je potom
    přesně rovna 1 Newtonu.
  • 00:09:37 Takže zas tak velká síla to není.
  • 00:09:41 Tím, že moje dlaň přestala působit
    na jablko,
  • 00:09:43 pachatel Země zvítězil
    v přetahované o jablko
  • 00:09:47 a to se vydalo zrychleným pohybem.
  • 00:09:49 Podle legendy prý takový pád jablka
    na hlavu
  • 00:09:51 inspiroval Isaaca Newtona
  • 00:09:53 ke zformulování gravitačního
    zákona.
  • 00:10:04 Laťku jsme si na dnešním rande
    nasadili opravdu vysoko.
  • 00:10:07 Ještě nám totiž zbývá probrat
    třetí z Newtonových zákonů.
  • 00:10:10 Ten se taky nazývá
    zákon akce a reakce.
  • 00:10:12 Určitě ho znáte,
    ale pro jistotu vám ho připomenu.
  • 00:10:25 Vám bude úplně bohatě stačit,
    když si budete pamatovat,
  • 00:10:27 že každá akce vyvolává stejně
    velkou reakci opačného směru.
  • 00:10:31 Něco jako já na bráchu,
    brácha na mě.
  • 00:10:33 -Ahoj Tome!
    -Ahoj Kláro!
  • 00:10:35 Tak co ode mě budeš chtít?
  • 00:10:37 Ukážeš nám platnost zákona
    akce a reakce.
  • 00:10:39 Nevím, jestli jsem na to úplně
    odborník, ale vyzkouším to.
  • 00:10:43 -To jsi, protože nám ukážeš to,
    co umíš dobře. ?Fajn.
  • 00:10:55 Pozor! (výstřel)
  • 00:11:00 V okamžiku, kdy běžec startuje,
  • 00:11:01 zatlačí chodidlem do startovního
    bloku připevněného k zemi.
  • 00:11:04 V tom samém okamžiku ale vznikne
    i síla opačného směru,
  • 00:11:07 kterou zatlačí startovní blok
    do chodidla běžce,
  • 00:11:10 a právě téhle síly běžec využije
    k rychlému startu na běžecké dráze.
  • 00:11:24 Právě takhle, na lodičkách
    a magnetech,
  • 00:11:26 si ověřoval Isaac Newton
    už v 17. století,
  • 00:11:29 že akce a reakce
    mají stejnou velikost.
  • 00:11:31 A my si to ověříme taky,
    ale na opravdových lodích!
  • 00:11:34 Teda spíš pramičkách.
  • 00:11:38 -Ahoj holky!
    -Ahoj. ?Ahoj.
  • 00:11:40 Můžete nám z čistě vědeckýho důvodu
    prozradit, kolik vážíte?
  • 00:11:43 -Já vážím 45 kilo.
    -Já taky.
  • 00:11:45 Super! My pro vás máme
    dvě úplně stejný lodě, to znamená,
  • 00:11:47 že budete představovat
    dvě stejně hmotná tělesa.
  • 00:11:50 Tak to nebudeme zdržovat
    a šup na palubu!
  • 00:12:00 Holky, připraveny? Odraz!
  • 00:12:05 Přestože silou působila
    jenom jedna z holek,
  • 00:12:07 obě lodě se od sebe
    rozjely stejnoměrně.
  • 00:12:09 Platí totiž, že jakou silou
    působí bidlo na loď,
  • 00:12:12 takovou silou ale v opačném směru
    působí zase loď na bidlo.
  • 00:12:17 Díky platnosti třetího
    Newtonova zákona
  • 00:12:19 nemá tahle lodní bitva vítěze.
  • 00:12:25 Vyjížďkou na lodičce a pohledem
    na Pražský hrad
  • 00:12:27 dnešní Rande s fyzikou končí,
  • 00:12:29 ale myslím, že po dnešku budete mít
    určitě na co vzpomínat.
  • 00:12:32 Třeba na to, že čím hmotnější
    je těleso,
  • 00:12:34 tím menší má chuť měnit
    svůj pohybový stav,
  • 00:12:37 nebo na to, že kde je síla,
  • 00:12:38 tam musí být vždycky zrychlení
    a naopak,
  • 00:12:41 anebo na to, že při vzájemném
    působení dvou těles
  • 00:12:43 se síly, které na sebe působí,
    chovají podle pravidla:
  • 00:12:47 Já na bráchu, brácha na mě.
  • 00:12:49 Tak žijte s fyzikou
    a nezapomeňte na příští rande!
  • 00:12:52 Skryté titulky: Vlasta Malíková
    Česká televize 2011

Související