iVysílání

stránky pořadu
Premiéra:
3. 12. 2011
09:05 na ČT1

1 2 3 4 5

3 hlasy
18905
zhlédnutí

Rande s Fyzikou

Tíha a beztížný stav

Věda je zábavná, můžete se i zamilovat.

13 min | další Děti a mládež »

upozorňovat

do playlistu

Přehrávač videa

Načítám přehrávač...

Rande s Fyzikou - Tíha, těžiště a beztížný stav

  • 00:00:15 Ahoj! Jsem ráda, že jste se nechali
    zlákat na další Rande s fyzikou.
  • 00:00:19 A jestli naše rande sledujete
    pravidelně,
  • 00:00:21 znamená to, že mezi vámi a fyzikou
    začíná být vážný vztah,
  • 00:00:25 tedy vztah, co má svoji váhu.
  • 00:00:27 Nebo vlastně nevím, jestli bych
    neměla správně fyzikálně říkat
  • 00:00:30 tíhu, nebo dokonce hmotnost!
  • 00:00:34 No tak, teď už jsem se do toho
    úplně zamotala.
  • 00:00:36 Pojďme si to radši vysvětlit!
  • 00:00:38 Hmotnost je jednou ze základních
    vlastností hmoty.
  • 00:00:41 Každé těleso má nějakou hmotnost,
    kterou uvádíme v kilogramech.
  • 00:00:44 Asi všichni jste se už setkali
    s takovým závažím,
  • 00:00:47 takže tušíte, jak velká hmotnost
    je 1 kilogram.
  • 00:00:50 Naproti tomu tíha je síla.
  • 00:00:55 Je to síla, kterou působí těleso
    v gravitačním poli Země
  • 00:00:57 na nějakou pevnou podložku,
  • 00:00:59 anebo kterou těleso působí
    na nějaký závěs,
  • 00:01:02 jako v tomhle případě, kdy těleso,
    čili studentka Nikola,
  • 00:01:06 působí tíhou na tyč prolejzačky.
  • 00:01:08 Každopádně tíha je důsledek
    gravitačního působení Země.
  • 00:01:12 Pro tíhu, stejně jako pro každou
    jinou sílu,
  • 00:01:14 platí druhý Newtonův zákon,
    tedy zákon síly.
  • 00:01:17 Podle něj se tíha,
    kterou značíme "G",
  • 00:01:20 rovná hmotnosti "m"
    násobené tíhovým zrychlením "g".
  • 00:01:24 Tohle závaží má hmotnost
    1 kilogram.
  • 00:01:26 Když hmotnost vynásobíme
    tíhovým zrychlením,
  • 00:01:29 které je 9,81 metrů za sekundu
    na druhou,
  • 00:01:32 zjistíme, že závaží působí
    na moji dlaň tíhou 9,81 Newtonů.
  • 00:01:38 V hovorové řeči někdy hmotnost
    a tíhu zaměňujeme,
  • 00:01:41 ale fyzikálně jsou to dvě
    úplně rozdílné veličiny.
  • 00:01:44 Už se můžeš pustit!
  • 00:01:48 Po dopadu začalo Nikolino tělo
    opět působit tíhou,
  • 00:01:51 tentokrát na zemský povrch.
  • 00:01:56 Kláro, a jak to tedy bylo
    s tím seskokem?
  • 00:01:58 Já jsem přece na žádné jiné těleso
    tíhou nepůsobila!
  • 00:02:01 Znamená to, že moje tíha
    byla v tu chvíli nulová?
  • 00:02:04 To zní logicky, ale asi ti to bez
    odborný pomoci vysvětlit nedokážu.
  • 00:02:12 Je to velmi jednoduché, Kláro.
  • 00:02:14 Když je těleso umístěno na podložce
    nebo je někde zavěšeno,
  • 00:02:19 působí tíhou a je v takzvaném
    stavu tíže.
  • 00:02:21 A když působení tíhy zmizí, tak se
    těleso nachází ve stavu beztíže,
  • 00:02:24 což není zas tak neobvyklá situace,
    jak by se mohlo zdát.
  • 00:02:27 Takže ve chvíli seskoku
  • 00:02:28 se Nikola opravdu nacházela
    v beztížném stavu?
  • 00:02:31 Přesně tak! Beztížný stav může
    nastat i v silném gravitačním poli.
  • 00:02:35 Asi nejznámějším případem
    beztížného stavu
  • 00:02:38 je pobyt kosmonautů ve vesmírné
    lodi na oběžné dráze okolo Země.
  • 00:02:42 Ve výškách kolem 400 kilometrů,
    kde se nejčastěji létá,
  • 00:02:45 je stále velmi silné
    gravitační pole.
  • 00:02:47 Jak kosmonauti, tak vesmírná loď,
    jsou de facto pořád ve volném pádu,
  • 00:02:51 ale zároveň se řítí
    první kosmickou rychlostí
  • 00:02:54 po oběžné dráze okolo Země,
    takže na ni nedopadnou.
  • 00:02:57 A i když na ně působí gravitace,
  • 00:02:59 tak oni nepůsobí například tíhou
    na podlahu lodi
  • 00:03:02 a jsou tedy ve stavu beztíže.
  • 00:03:08 Věděla byste, proč je ve vesmírné
    lodi beztížný stav?
  • 00:03:11 Beztížný stav? Já nevím,
  • 00:03:14 asi proto, že je tam nějak málo
    třeba kyslíku nebo něčeho takovýho.
  • 00:03:21 Protože v meziplanetárním prostoru
    je beztížný stav,
  • 00:03:24 tam nefunguje přitažlivost Země
    nebo jiných planet.
  • 00:03:29 Ta gravitační síla je tak mizivá,
    že je tam beztížný stav.
  • 00:03:34 Věděla byste, proč je ve vesmírné
    lodi beztížný stav?
  • 00:03:37 No, protože tam nepůsobí gravitace.
  • 00:03:40 Protože tam není žádná
    přitažlivost zemská?
  • 00:03:43 Tam se všichni vznášej, tam není
    přitažlivost zemská, gravitace.
  • 00:03:47 Protože ve vesmíru není vzduch,
    že tam je vakuum.
  • 00:03:50 Věděl byste, proč je ve vesmírné
    lodi beztížný stav?
  • 00:03:54 Věděl, ale neřeknu.
  • 00:03:57 Anketa nedopadla úplně nejlépe.
  • 00:03:59 Většina z vás má pocit, že beztížný
    stav může nastat jenom tam,
  • 00:04:02 kde nepůsobí gravitace
    nebo tíhová síla.
  • 00:04:04 To ale není pravda.
  • 00:04:06 Chtělo by to nějaký
    nezpochybnitelný důkaz,
  • 00:04:08 že beztížný stav může nastat
    klidně třeba tady v tělocvičně
  • 00:04:11 a k tomu jsem si přizvala
    gymnastku Adélku.
  • 00:04:14 -Ahoj Adélko!
    -Ahoj!
  • 00:04:15 Jsi připravená na beztížný stav?
  • 00:04:17 Jsem, samozřejmě,
    vždyť to vůbec nic není!
  • 00:04:37 Při skocích na trampolíně
  • 00:04:38 se skokan kromě okamžiku
    odrazu a dopadu
  • 00:04:41 neustále nachází v beztížném stavu.
  • 00:04:43 Touhle vzdálenou kamerou budeme
    sledovat Adélčin let
  • 00:04:45 a uvidíme charakteristické záběry
    beztížného stavu.
  • 00:04:49 A přitom je jasné, že tady
    v tělocvičně gravitace působí!
  • 00:04:57 Že je gymnastka vystavena
    skutečně stavu beztíže
  • 00:04:59 si můžeme ukázat jednoduchým
    experimentem.
  • 00:05:02 Když si vedle sebe
    stejně jako kosmonauti
  • 00:05:04 odloží například kladivo, zůstane
    tohle kladivo plavat vedle ní.
  • 00:05:18 Beztížný stav mohou zažít cestující
    v letadle při turbulencích,
  • 00:05:21 kdy se letadlo propadne
    i o desítky metrů.
  • 00:05:24 Beztížný stav zažívá
    i posádka závodního vozu
  • 00:05:26 při dlouhém skoku
    přes terénní nerovnost.
  • 00:05:29 Beztížnému stavu je vystaven
    parašutista
  • 00:05:32 v první fázi letu
    při seskoku padákem
  • 00:05:34 a beztížný stav můžeme zažít
  • 00:05:36 i na některých atrakcích
    v lunaparku.
  • 00:05:49 Tíha má v životě ještě
    jedno praktické využití ?
  • 00:05:51 díky jejímu působení
    můžeme zjišťovat hmotnost těles,
  • 00:05:54 tedy vážit je.
  • 00:05:56 Většina běžně užívaných vah
    neměří totiž přímo hmotnost těles,
  • 00:06:00 ale jejich tíhu
    v gravitačním poli Země,
  • 00:06:02 ať už prostřednictvím tahové síly
    u závěsných vah,
  • 00:06:05 anebo tlakové síly
    u plošinových vah.
  • 00:06:08 Ne! Copak to se dělá,
    zjišťovat hmotnost dámy!
  • 00:06:12 Ještě ke všemu na rande, teda
    i když jde jenom o Rande s fyzikou.
  • 00:06:16 Zkuste radši odpovědět
    na následující otázku:
  • 00:06:18 Ukazovala by váha stejně tady,
    jako na Měsíci?
  • 00:06:22 Jestli jste na dnešním rande
    dávali pozor,
  • 00:06:24 odpověď by pro vás
    neměla být problém.
  • 00:06:31 Pravdu máte samozřejmě vy,
    co si myslíte,
  • 00:06:33 že naše pozemské váhy by na Měsíci
    ukazovaly úplně jiné hodnoty.
  • 00:06:37 Vysvětlení je jednoduché.
  • 00:06:42 Hmotnost tělesa je všude
    ve vesmíru stejná,
  • 00:06:45 ale gravitační síla na Měsíci,
    která na těleso působí, je slabší,
  • 00:06:49 tudíž i tíha je menší.
  • 00:06:51 Váhy na Měsíci by ukazovaly
    hodnotu menší, zhruba šestkrát.
  • 00:06:58 Tady v Liberci mají zajímavé
    zařízení, které vám ukáže,
  • 00:07:00 co by váhy naměřily
    na různých planetách.
  • 00:07:06 V tomhle případě jsem ochotná
    ukázat naměřené hodnoty na kameru.
  • 00:07:11 Tohle je hodnota z Měsíce.
  • 00:07:13 Tolik by ukázala váha na Venuši.
  • 00:07:15 A takhle bych dopadla na Marsu.
  • 00:07:20 Ukázali jsme si, že nikdy nesmíme
    míchat hmotnost, tíhu
  • 00:07:23 a gravitační sílu.
  • 00:07:25 Hmotnost je vlastnost tělesa,
  • 00:07:26 kdežto tíha a gravitační síla
    jsou dvě rozdílné síly,
  • 00:07:29 které se mimo jiné liší
    i svým působištěm.
  • 00:07:34 U tíhy je působiště v místě styku
    tělesa s podložkou nebo závěsem,
  • 00:07:37 kdežto u gravitační síly
  • 00:07:39 je působiště v takzvaném
    těžišti tělesa.
  • 00:07:42 Zdeňku, a co to vlastně je,
    těžiště tělesa?
  • 00:07:45 Těžiště je bod, kterým můžeme
    těleso nahradit,
  • 00:07:49 a účinky tíhové síly na tento bod
    jsou stejné,
  • 00:07:54 jako účinky tíhové síly
    na celé těleso.
  • 00:07:56 A kde najdu těžiště toho tělesa?
  • 00:07:58 Pokud máme nějaká geometricky
    symetrická tělesa,
  • 00:08:03 jsou to tělesa homogenní,
    čili látkově stejnorodá,
  • 00:08:08 tak těžiště je v geometrickém
    středu.
  • 00:08:11 Pokud máme ale nějaká složitější,
    případně nehomogenní tělesa,
  • 00:08:15 tak může být těžiště
    v nejrůznějších místech.
  • 00:08:18 Tady u toho ptáčka ho máme
    třeba tady pod jeho ocáskem.
  • 00:08:23 No a jak teda poznám,
  • 00:08:25 kde je těžiště u takhle
    nepravidelných těles?
  • 00:08:28 Nejjednodušší metoda je zavěšovat
    těleso v různých bodech
  • 00:08:33 a kreslit si na něj svislice.
  • 00:08:44 Tak, teď jednu takovou svislici
    nakresli.
  • 00:08:51 A teď zavěsíme těleso ještě
    v nějakém jiném bodě,
  • 00:08:53 například tady.
  • 00:09:02 Pěkně podle provázku. Ano.
  • 00:09:05 Průsečnice těchto těžnic
    označuje těžiště.
  • 00:09:10 Zkus si pod těžiště položit prst.
  • 00:09:13 Já se bojím trošku,
    abych to nerozbila.
  • 00:09:18 Funguje to!
  • 00:09:23 Když se dvě nebo víc těles
    pevně spojí, vytvoří soustavu,
  • 00:09:26 a taková soustava pevně spojených
    těles má jedno společné těžiště.
  • 00:09:30 My si to můžeme ukázat
    na příkladu dvou lidských těl.
  • 00:09:32 -Jonáši, můžeš? To je Jonáš.
    -Ahoj.
  • 00:10:03 V tuhle chvíli se nacházím
    v dost nestabilní poloze
  • 00:10:05 vzhledem k mému těžišti,
  • 00:10:07 ale nespadnu,
    protože důležitější je,
  • 00:10:09 že naše společné těžiště
    je stabilní
  • 00:10:11 a může být i mimo naše těla.
  • 00:10:20 Těžiště lidského těla se nachází
    ve výšce druhého křížového obratle,
  • 00:10:23 přičemž platí, že ženy mají těžiště
    asi o 2 procenta níže, než muži.
  • 00:10:30 Takže pánové,
    zvěte slečny na rande!
  • 00:10:33 Když totiž s dívkou vytvoříte
    soustavu těles,
  • 00:10:35 vaše nové společné těžiště
    bude níž,
  • 00:10:37 než bylo to vaše původní
    a vy tím získáte větší stabilitu.
  • 00:10:44 Martine, tohle všechno
    mám nastudovat?
  • 00:10:46 Ale neboj, mám pro tebe
    lepší návrh!
  • 00:10:49 -My si z těch knížek postavíme věž.
    -No, to je teda zábava!
  • 00:10:51 Tak schválně,
    jakou nejšikmější umíš?
  • 00:10:55 Dokud dodržíme základní pravidlo,
  • 00:10:56 že společné těžiště
    celé soustavy knih
  • 00:10:59 bude umístěno nad plochou
    té nejspodnější z nich,
  • 00:11:02 věž zůstane stát.
  • 00:11:04 Pokud ovšem přiložíme knihu tak,
    že se těžiště posune mimo podstavu,
  • 00:11:07 celá věž spadne.
  • 00:11:15 Stejné pravidlo platí
    u nejrůznějších šikmých staveb,
  • 00:11:18 například u šikmé věže v Pise.
  • 00:11:20 Ta bude stát tak dlouho,
  • 00:11:21 dokud bude mít těžiště
    nad svými základy.
  • 00:11:28 Takže je opravdu namístě
    zastavit její další nahýbání.
  • 00:11:38 A závěrem mám pro vás takovou
    malou fyzikální hádanku.
  • 00:11:41 Všimli jste si, že když vozíčkáři
    jedou do kopce, že při tom couvají?
  • 00:11:45 A napadlo by vás proč?
  • 00:11:46 Napovím vám,
    že příčina je v těžišti.
  • 00:11:51 Když se posadím do vozíku,
  • 00:11:52 tvořím s ním soustavu těles
    s jedním společným těžištěm,
  • 00:11:55 a teď se podívejte,
  • 00:11:56 jak na tohle těžiště působí
    tíhová síla při jízdě popředu.
  • 00:12:03 Těžiště se snadno může dostat
    až za zadní nápravu kol.
  • 00:12:06 V takovém případě by vozík ztratil
    rovnováhu a převrhnul se dozadu.
  • 00:12:12 A jak bude situace vypadat,
    když budu na vozíčku couvat?
  • 00:12:19 Při jízdě pozadu se těžiště posouvá
  • 00:12:20 více mezi přední
    a zadní nápravu kol.
  • 00:12:23 Vozík je tak mnohem stabilnější.
  • 00:12:29 Takže až potkáte někoho
    na invalidním vozíku,
  • 00:12:32 určitě mu pomozte.
  • 00:12:33 Vyjet takový kopec
    není vůbec jednoduché.
  • 00:12:36 Je to obrovská práce
    a vyžaduje spoustu energie.
  • 00:12:39 Ale o práci a energii se spolu
    budeme bavit zase až někdy příště.
  • 00:12:43 Tak se mějte a randěte s fyzikou!
  • 00:12:46 Skryté titulky: Vlasta Malíková
    Česká televize 2011

Související