A víte co? Začneme kvízem, zdánlivě lehkým.
Mějme dvě kola. Jedno bude prstencového tvaru, tedy jakási obruč, přectavme si ji jako pneumatiku bez disku. Druhé kolo bude plné, stejně tlusté po obvodu i u středu. Podívejme se na ně na obrázku
Obě kola mohou mít přibližně stejnou hmotnost, i když na hmotnosti kol v daném experimentu nezáleží.
Teď ta kola vezmeme a současně uvedeme do pohybu tak, aby se valila stejnou rychlostí vedle sebe po vodorovné podložce. A pak jim do cesty nastražíme nakloněnou rovinu, takže kola setrvačností pojedou nahoru, dokud nedosáhnou maximální výšky. Viz další obrázek.
A nyní přichází otázka, vyberte si správnou odpověď vlevo a po najetí myši nad políčko s nápisem "řešení" se objeví odpověď.
Zdá se vám to divné? Neuvěřitelné? Proti zdravému rozumu? Tím jen dokazujete, že jsem se v perexu nemýlil. Vyzkoušejte si pokus v reálu.
Příčinou tohoto zdánlivého paradoxu je totiž právě ta tajemná a často opomíjená věc, která ovšem patří k základním veličinám našeho vesmíru:
Pravděpodobně jste všechny už slyšely o relativitě. Vite, že těleso přímočaře se pohybující nelze žádným způsobem odlišit od tělesa, které se nachází "v klidu". Že tedy u dvou těles, které se vůči sobě rovnoměrně pohybují, nelze principiálně určit, které "stojí" a které "jede". Že pohyb je relativní. Co už učebnice většinou nedodávají, je to, že to platí pouze pro posuvný (translační) pohyb.
U rotace je tomu zcela jinak. Na tělese, které rotuje, se fysikální zákony projevují jinak, než na nerotujícím tělese. Vždy to lze jednoznačně určit, bez ohledu na to, zdali se pozorovatel nachází na tomtéž tělese nebo jinde. Rychlost rotace lze vždy přesně změřit. Rotace je absolutní veličina v celém vesmíru.
Jako zářný příklad toho, že na rotujícím tělese platí jiné zákony, se uvádí pouťová lochneska. Uprostřed bývá koš, do kterého se pasažéři snaží trefit míčem. Komu se to podaří, vyhrává třeba další jízdu. Úkol, který je v klidu jednoduchý, ze vlivem působení tzv. Coriolisovy síly, stává bez trainingu téměř nemožný.
Jiným příkladem rotujícího tělesa je matička Země. Jelikož je rotace poměrně pomalá, v běžném životě se téměř neprojevuje. Ovšem rotace má zcela zásadní vliv na pohyb vzduchových hmot, čili na počasí a podnebí. Kdyby Země nerotovala, vypadalo by klima úplně, úplně jinak.
To, co udržuje pohybující tělesa pohybovat se věčně, je u posuvného hybnost. U rotačního pohybu se o totéž stará moment hybnosti. V češtině existuje ještě méně používaný, ale výstižný název točivost. Čím se těleso otáčí rychleji, tím má větší točivost, neboli moment hybnosti. Ale také čím má větší průměr, to je důležitá věc! Ve vzorci totiž máme násobeni.
Řečeno názorně: pokud máme dvě tělesa, které se otáčí stejně rychle, pak větší točivost má to, které má větší průměr. A ještě něco. Disk má větší točivost než koule, a prstenec má větší točivost než disk. Takže obruč z našeho kvisu měla na počátku větší moment hybnosti než plné kolo. A dostáváme se k pomalu vysvětlení záhady.
je jeden ze základních fysikálních zákonů. Lze ho formulovat tak, že moment hybnosti vesmíru je konstantní. Platí jak v makrosvětě, tak v mikrosvětě kvantových částic.
Máme-li nějaké těleso, pak má určitý moment hybnosti. Tento moment může předat jinému tělesu, ale nemůže ho nijak "zničit". Známý je příklad krasobruslařky, která dělá piruletu. Co se v tom případě děje? Dívka původně jede rovně, její točivost je nulová. Pak se odrazí, aby získala určitou točivost, vypůjčí si ji od Země. Při tom odrazu má ruce rozpaženy, čili její jakoby "poloměr" ® je velký. Jakmile má ruce i nohy těsně u sebe, v ose otáčení, její "poloměr se zmenší". Avšak moment hybnosti musí zůstat konstantní, to je zákon, přes to nejede vlak. Tělo krásné krasobruslařky na to reaguje prudkým zvýšením rychlosti otáčení. Udělá se piruleta. Při ní dochází ke ztrátám točivosti tím, že se jí část předá okolnímu vzduchu. Nakonec krasavice rozpaží a nohama odevzdá veškerou točivost zpět Zemi.
Milé uživatelky, já teď jedu na chlastačku s některými z vás, tak vám to dovyprávím příště. Musím vám totiž dovysvětlit, zda zákon zachování momentu hybnosti tak trochu není v rozporu se zákonem zachování hmoty a energie. A jestli může mít moment hybnosti i těleso, které se vůbec neotáčí. Uvidíte, jak to je, ale až po víkendu.
A taky mám slíbeno od Letinky, že až to dopíšu celé, pojede se mnou na Slapy a vychutnáme si příliv a odliv :-)