VIDEOPOKUSY


RÁZOSTROJ

 

Pomůcky: rázostroj – 3 kyvadla s koulemi zavěšená tak, že se koule dotýkají    

                                  


1. část:
Demonstrátor vychýlí jedno kyvadlo a uvolní. Po nárazu koule do zbývajících dvou koulí odskočí jedna (krajní) koule. Když tato koule narazí zpět do dvou koulí, opět se vychýlí jen jedna koule. To se opakuje.

 

2. část:
Demonstrátor vychýlí dvě koule najednou. Po nárazu dvou koulí do třetí koule, odskočí krajní koule, která byla původně v klidu, spolu s prostřední koulí. Takto se opakuje odskakování vždy dvou koulí najednou (jedné krajní a prostřední).

 

3. část:
Demonstrátor vychýlí obě krajní koule do stejné výšky. Koule narazí současně do třetí stojící koule a opět obě odskočí. To se opakuje. Výchylky kyvadel se postupně zmenšují, až se kývání téměř úplně utlumí, navíc se rozhoupává prostřední koule.


 

Vysvětlení chování kyvadel si zjednodušíme – provedeme ho pro pružné srážky izolované soustavy koulí.

Pružná srážka je taková, při níž se celková kinetická energie soustavy nemění. To znamená, že při vysvětlení budeme uvažovat, že koule odskakují stále do stejné výšky (Stále stejná kinetická energie se bude přeměňovat na potenciální energii, která souvisí s výškou vychýlení kyvadla.)

 

Co je to izolovaná soustava a co platí pro celkovou hybnost izolované soustavy?

 




 

1. část:

Jaké jsou hybnosti (rychlosti) jednotlivých koulí před srážkou?

 




Uvažujme nejprve srážku dvou stejných koulí, přičemž jedna je v klidu a druhá má nenulovou počáteční rychlost.

 

Utvořte rovnice pro tyto dvě koule plynoucí ze zákona zachování kinetické energie a zákona zachování hybnosti.

Pomocí nich vyjádřete, jaké budou rychlosti koulí po srážce.

 




              

      

 

Vraťme se k soustavě z videoukázky.

Dle předchozího formulujte, co se stane, když první koule narazí do prostřední koule a co se bude dít při srážce dál.

 




Vysvětlení druhé a třetí části je dosti podobné. Opět užijeme chování dvou koulí při srážce za zjednodušených podmínek.

Zkuste sami vysvětlit průběh druhé a třetí videoukázky.

 

2.část:

Prostřední i krajní vychýlená koule mají těsně před srážkou určitou rychlost a tudíž i hybnost. Prostřední koule narazí do krajní koule, která je v klidu, předá ji svou hybnost a sama se zastaví. Zároveň první koule narazí do prostřední koule, předá ji svou hybnost a zastaví se.

 

 

3.část:

Obě krajní koule mají těsně před srážkou určitou rychlost a hybnost. Při srážce předají svou hybnost prostřední kouli a samy se zastaví, zároveň však prostřední koule předá získanou hybnost dál a zastaví se. Výsledkem je, žekrajní koule si vyměnily svoje hybnosti, které byly stejné (demonstrátor je pustil ze stejné výšky). Odrážejí se tedy se stejnými rychlostmi, které měly těsně před srážkou.


 

Uvažovali jsme, že jde o pružné srážky koulí, tedy že se kinetická energie soustavy srážkami nemění a že koule, která odskočí, vystoupí vždy do stejné výšky. Ve skutečnosti je každá srážka nepružná a část kinetické energie se přemění při srážce na jinou formu energie (např. tepelnou). Navíc nejde o izolovanou soustavu koulí, působí na ně odporová síla vzduchu. Koule tedy postupně ztrácejí svou kinetickou energii a vystupují do menší výšky.

Zvláště u třetí části je zjevné, že nejde o dokonale pružné srážky, že všechny podmínky nejsou dokonale splněny (např. obě koule nedopadnou na prostřední přesně najednou a ta se tím pádem také rozkýve).