Setrvačnost, Izák Newton a ubrus
19. 11. 2008
Nejen váš tatínek je občas nečinný a tráví polovinu života v jedné poloze před televizí na gauči. Všechny předměty jsou líné a nechtějí se hýbat – a vědci tomu říkají setrvačnost! Izák Newton byl pravděpodobně první, který tento jev popsal, později jej rozvinul Albert Einstein a další vědci. Michael vám nyní pomocí několika vzrušujících experimentů vysvětlí, co to setrvačnost je, a divákům nabídne možnost, jak ji praktikovat před televizí, aby experimentům mohli věnovat řádnou pozornost.
Filip: A kam jedeme, Michaele?
Michael: Na výlet.
Filip: A na jaký výlet jedeme, Michaele?
Michael: Na takový vědecký výlet. Připoutej se.
Jemně, Filipe. Pomaleji.
Filip: Také jste se zamýšleli nad tím, proč se ty bezpečnostní pásy chovají takhle divně.
Michael: Odpověď na tuto otázku je právě cílem dnešního Michaelova experimentu. Takže – pojeďte s námi.
Filip: Abychom pochopili, co se s těmi pásy děje, tak musíme nejprve porozumět prvnímu pohybovému zákonu Sira Izáka Newtona a principu setrvačnosti.
Filip: Tuhle přírodní laboratoř jsme zvolili pro dostatek místa. Je tu taky po ruce vhodný nosič našich dvou pokusných kbelíků.
Filip: Ve svém prvním zákoně Newton říká, že těleso setrvá v klidu, jestliže na něj nepůsobí žádné vnější síly. A že zůstane v pohybu, dokud jej vnější síla nedonutí zastavit se nebo svůj pohyb změnit. Odpor těles k tomu změnit svůj stav, se nazývá setrvačnost. Čím větší hmotnost tělesa, tím větší setrvačnost.
Filip: Vítejte v Michaelově pokusné komoře. Zapojte teď trošku představivost. Tato soustava představuje náš bezpečnostní pás.
Michael: In the middle we have a mass, which is suspended by a thread to this rigid support. This thread carries all the weight of this mass.
Uprostřed máme těleso, které je na niti zavěšeno k této pevné podpěře.
K spodní části karabiny jsme připevnili dvě nitě, které žádnou váhu nenesou.
Filip: OK, takže co teď mám udělat?
Michael: Tak je to jednoduché. Prostě chyť jednu z těch dvou nití a prudce za ni zatáhni.
Filip: Pokusil jsem se zapůsobit na karabinu prudkým trhnutím a tedy silou, ale hmota karabiny vyvinula odpor k této nucené změně. Její setrvačnost způsobila, že se spodní nit přetrhla a karabina zůstala na místě. Podobně se chovají i součásti našeho bezpečnostního pásu při prudkém trhnutí.
Filip: A co teď, Michaele? Zbývá jen jedna nit.
Michael: Now take hold of this second thread and pull it, but this time with a force, that gently increases.
Uchop teď tu druhou nit a zatáhni za ni. Ale tentokrát jemně narůstající silou.
Filip: OK, tak já se pokusím.
Michael: Pozor …
Filip: Tentokrát jsem táhl za nit pomalu a způsobil tak, že se hmotnost karabiny zvýšila natolik, že to horní nit nevydržela a praskla. Překonal jsem setrvačnost karabiny.
Filip: Tak už jsme se dozvěděli více o setrvačnosti. A teď by nás mohla setrvačnost pobavit, co Michaele?
Michael: Dobrý nápad.
Filip: Já ti tady něco připravím. Stačí obyčejná plastová láhev, vizitka nebo nějaká kartička – položíme na hrdlo. A matka. Prosím Michaele, je to tvoje.
Michael: Ok. If I pull the card away slowly, I apply a slow acceleration on the nut and the friction force between the nut and the card is sufficient, then the nut travels with the card. If however I remove the card quickly …
OK. Jestliže potáhnu kartičku pomalu, působím na matku malým zrychlením a tření mezi matkou a kartičkou je dostatečné. Matka se tedy pohybuje s kartičkou. Jestliže však odstraním kartičku rychle…
Filip: Počkej, já ti radši podržím tu láhev…
Michael:
Děkuji. If however I remove the card quickly then too greater friction force is required to overcome the inertia. Therefore inertia takes hold of the nut, the card goes flying toward the screen and the nut stays in its position.
Jestliže však odstraním kartičku rychle, pak je k překonání setrvačnosti třeba příliš velké tření. Matky se zmocní setrvačnost, kartička odletí ke kameře a matka zůstane na svém místě.
Tak se podívejte.
Michael: A nyní … do finále.
Michael: Přidáme váhu.
Michael: And all thanks to Newton and a magic of inertia.
A to vše díky Newtonovi a kouzlu setrvačnosti.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough