Srážka drsných těles

Možná vás napadne ještě jedna důležitá skutečnost, která může mít vliv na srážku předmětu se stěnou, ale také na libovolný šikmý ráz.

Doposud jsme mlčky předpokládali, že srážející se tělesa jsou ideálně hladká, a že tedy během srážky nehrají žádnou roli tečné třecí síly mezi tělesy. Díky těmto silám se může při srážce předmětu se stěnou zmenšit složka rychlosti v_x a úhel odrazu pak může být dokonce menší než úhel dopadu.           

Vliv tečných třecích sil se uplatňuje u takzvaných rázů drsných těles a jeho důsledky můžeme pozorovat především při srážkách rotujících těles. Určitě znáte z mnoha míčových her situaci, kdy roztočený míč po odrazu od země letí jiným směrem, než bychom předpokládali. ? Dokážete rozhodnout, na kterou stranu se bude po odrazu točit míč, jestliže ho roztočený pustíme na podlahu tak, že osa rotace je kolmá k podlaze?

Pokus: Správnou odpověď si můžete snadno ověřit jednoduchým pokusem, při kterém necháte na zem dopadnout roztočený například volejbalový nebo fotbalový míč.

Výsledek pokusu překvapivě závisí na rychlosti rotace míče a na výšce, ze které ho necháme dopadnout. Dopadá-li míč z malé výšky s dostatečně velkou rotací, je jeho směr otáčení po odrazu stejný jako před dopadem. Při dopadu z větší výšky s menší rychlostí otáčení se směr rotace míče při srážce změní na opačný. Volbou vhodné výšky a rychlosti rotace můžeme dosáhnout také toho, že míč po odrazu nebude rotovat vůbec.

? Jak vysvětlíme, že mohou nastat všechny tyto možnosti?

Srážka míče se zemí není ideálně pružná a míč ani zem také nejsou ideálně hladké. Během srážky působí roztočený míč na podložku tečnými silami a podložka naopak brzdí rotaci míče reakcí na tyto síly. Při dopadu z větší výšky pak má míč před dopadem větší rychlost, během srážky se více deformuje a samotná srážka proto trvá déle. Třecí síly během této doby stihnou zastavit rotaci míče, a protože je míč poněkud zkroucený (torzně) ve směru rotace, roztočí se při odpružení na opačnou stranu. Při dopadu z malé výšky s dostatečnou rotací je doba srážky kratší a třecí síly pouze zpomalí rotaci míče. Samozřejmě existuje také hraniční případ, kdy se míč během srážky právě zastaví.

            Popsaný vliv tečných sil při dopadu rotujícího drsného tělesa na zem je dokonce jedním z důvodů, proč se například předtáčejí kola letadel před přistáním. Pokud kola nejsou před přistáním roztočena, zvyšuje se jejich zpětnou rotací po prvním dotyku se zemí točivý moment, který při druhém dotyku klopí letadlo dopředu (na nos).

U kulečníku, který jsme několikrát zmiňovali, se samozřejmě také projevují (i když třeba v malé míře) výše zmiňované jevy, které způsobují, že srážky koulí s mantinely i se sebou navzájem nejsou ideální.

            Proto se nemusíme trefit do druhé koule například odrazem od dvou mantinelů, i když si dráhu koule předem velice pečlivě vyměříme – víme už totiž, že například úhel odrazu koule od mantinelu nemusí být zcela stejný jako úhel dopadu.

            Pokud ještě uvážíme, že koule nejsou ideálně hladké a pomocí správného šťouchu je lze roztočit, nedivíme se tolik, že kulečníkoví mistři dokáží předvádět na kulečníku kousky zdánlivě odporující zdravému rozumu. Samozřejmě, že sebelepší pochopení fyzikálních zákonitostí bez patřičného tréninku z nás takové mistry neudělá.

Na obsah