Žárovky a levitace
15. 10. 2008
Patří levitace pouze mezi triky používané kouzelníky? Existují žárovky bez drátu? Michael ukáže, že fyzika může způsobovat kouzla a činit nemožné možným.
Tereza: Souhlasila jsem, že Michaelovi pomůžu s jeho nejnovějším experimentem, aby vám opět mohl odhalovat nejrůznější zákoutí ze světa vědy.
Michael: Ano, dnes využiji znalosti fyziky a materiálů k tomu, abych nechal Terezu vznášet ve vzduchu.
Tereza: Pane Bože, k čemu jsem se to opět propůjčila?
Michael: Je to síla přitažlivosti, působící do středu naší planety, která způsobí, že tato kachna spadne na zem.
If, instead of falling to the ground, our duck would hover in mid-air against the force of gravity … we would say that the duck is levitating.
Kdyby kachna místo toho, aby spadla na zem, prodlévala ve vzduchu proti síle přitažlivosti, řekli bychom, že se vznáší.
Michael: Jsem na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy a mám s sebou supravodič anebo anglicky – superconductor. A s ním budeme pozorovat fantastický jev – levitaci.
Michael: Prosím, pane doktore.
doc. RNDr. Miloš Rotter, CSc., katedra fyziky nízkých teplot, MFF Univerzity Karlovy: Děkuji. Tak my si ten supravodič ochladíme kapalným dusíkem, který má teplotu mínus 196 stupňů Celsia …
Dusík se vaří. Supravodič je stále hodně teplý. Až se ochladí, stane se supravodivým.
doc. RNDr. Miloš Rotter, CSc., katedra fyziky nízkých teplot, MFF Univerzity Karlovy: A protože se stane supravodivým, bude ze svého objemu vytlačovat siločáry magnetického pole tohohle krásného magnetu z neodymu, železa a boru, který má velké magnetické sycení. A co se stane? Bude se vznášet.
doc. RNDr. Miloš Rotter, CSc., katedra fyziky nízkých teplot, MFF Univerzity Karlovy: Až se to celé přelije, takhle … až to celé bude prochlazené, tak on se vznese. Věřte tomu. A už se vznáší. Už je tam.
Už jste viděli levitovat lokomotivu? Sledujte pozorně. Kapalný dusík teď ochlazuje větší tabletu supravodiče, která bude tvořit jádro pohonu naší mašinky. Koncepce pohonu je opačná než u předchozích pokusů. Pevné magnety tvoří jízdní dráhu lokomotivy, supravodič, chlazený kapalným dusíkem na mínus 196 stupňů Celsia, je uvnitř vozidla. Vozidla založená na magnetické levitaci, se zkoušejí na několika místech světa. Nejrychlejší jezdí v Japonsku a k levitaci používá právě supravodivé magnety.
Michael: Ovšem levitaci neboli vznášení můžete uskutečnit v pohodlí svého domova a k tomu nepotřebujete nic než obyčejný balónek. A levitovat necháme kousek tohoto igelitového sáčku.
Michael: Simply cut a piece out of your plastic bag like so and be very careful of your fingers. Cut strips into the bag, going close to the top, but not all the way… and voilá.
Prostě takhle vystřihněte kousek ze své plastové tašky a dávejte přitom pozor na prsty. Kousek nastříhejte na proužky až nahoru. Ale ne zcela. A tady to je.
Tereza: Poté kousek plastového sáčku a balón pořádně třeme o vlasy. Dámy a pánové, a v tomto případě použijeme chlupy na nohou.
Balónek i kousek sáčku jsou nabity. Jak teď dosáhnout levitace? Sledujte.
Michael: A to, dámy a pánové, je levitace. Vznášení ve vzduchu …
Tereza: Voilá.
Michael: Levitace.
Tereza: Jenom nevím, jak vysvětlím doma, kde jsem byla.
Samozřejmě, Terezčiny rozcuchané vlasy rozhodně nebudou souviset s levitací magnetickou. Ale s čím tedy?
Tereza: Jak to vlastně funguje?
Michael: Guma i plast přitahují elektrony více než vlasy. Takže při každém doteku elektrony přeskočí z Tereziných vlasů na povrch balónku nebo igelitu.
Tereza: Třením vzniká na povrchu balónu a plastového sáčku záporný náboj. Zatímco na mých vlasech kladný. Můžete vidět, jak se k balónu přitahují.
Michael: Protože balón i igelit jsou záporně nabité, navzájem se odpuzují. Tato odpudivá síla stačí, aby překonala gravitaci a dosáhla levitace.
Tento jev, související s elektrickým nábojem kolem nás, je známý jako statická elektřina.
Tereza: Balónek ovšem dokáže mnohem víc než překonat gravitaci a přimět sáček k levitaci. Tento balónek dokáže rozsvítit tuto úspornou zářivku, aniž bychom ji připojovali do sítě.
Michael:
Simply charge up your balloon with static electricity then wait for it to go dark.
Prostě nabijte svůj balónek statickou elektřinou. Pak počkejte, až se setmí.
Michael: Then move your balloon back and forth near the bulb.
Pak pohybujte balónkem k zářivce a zpět.
Uvnitř trubičky úsporné zářivky je směs argonu a rtuťových par s nízkým tlakem. Když k zářivce přiblížíme nabitý balónek, jeho elektrony k sobě přitáhnou kladné ionty, přítomné v plynu uvnitř trubice. Ionty narážejí na luminofor z fosforu na vnitřní stěně zářivky. Ten mění energii dopadajících iontů na viditelné světlo. To jsou právě ty slabé záblesky, které při pokusu v přítmí vidíme.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough