Vozík s plachetním pohonem

Pokus číslo: 2033

  • Cíl pokusu

    Objasnit možnosti používání plachetního pohonu. Především jde o možnost využít síly větru k pohybu proti němu.

  • Teorie

    Foukáme-li do plachty, vzduch se od ní odráží. Ze zákona zachování hybnosti plyne, že se změní i hybnost vozíku s plachtou. Vzduch se od plachty odráží podle zákona odrazu, proto je vektor změny hybnosti kolmý na plachtu.

    Samozřejmě záleží i na natočení vozíku, jen těžce se bude pohybovat v jiném směru, než mu dovolí otáčející se kola.

  • Pomůcky

    Lepenkový vozík, nástavec s plachtou, šroubky, nástavec s vrtulí (nebo lépe dva).

  • Postup

    1. Nástavec s vrtulí postavíme na stůl, je výhodné dát více vrtulí vedle sebe, pokud je máme k dispozici.
    2. Vyzkoušíme chování vozíku při několika nastaveních polohy plachty a foukajícího větru. Důležité vzájemné polohy plachty, vozíku a větru jsou zobrazeny na následujících obrázcích.
    3. Obr. 1: Jízda po větru
      Obrázek 1
    4. V prvním případě vítr dopadá na plachtu kolmo a odráží se do směru, z jakého přiletěl. Kola jsou natočena ve směru větru, takže se vozík bez problémů rozjíždí směrem od vrtulí, jako na obrázku 1.
    5. Obr. 2: Využití kolmého větru
      Obrázek 2
    6. Druhý případ je „kolmý pohon“. Pro zjednodušení používám světové strany k určení směru. Sever je klasicky směrem nahoru. Vítr se odráží směrem na sever, přesně podle zákona odrazu. Plachta je díky tomu tlačena na jihozápad, protože vítr, který se odrazil, změnil svoji hybnost tak, že mu ubyla hybnost ve směru východ-západ a přibyla ve směru jih-sever. Kola vozíku ale dovolují pohyb jen ve směru na jih nebo na sever, vozík se tedy rozjede směrem na jih (viz obrázek 2).
    7. Obr. 3: Plachtění proti větru
      Obrázek 3
    8. Nejsložitější případ je křižování proti větru. Důležité je nastavit plachtu podobně jako u kolmého pohonu a vozík natočit podle obrázku 3. Toto nastavení je trochu těžší, může nastat několik komplikací: plachta bude až příliš kolmo na vítr, takže nebude dostatečně velká působící síla; změna hybnosti plachty bude kolmá na směr pohybu kol vozíku, takže se vozík nerozjede, maximálně se při velmi intenzivním „větru“ může převrhnout.
  • Doplňující pokus

    Spojíme dva vozíky za sebou. Na jeden umístíme plachtu a na druhý nástavec s vrtulí, tak aby foukal do plachty. Vozíky se nerozjedou – vnitřní síla soustavu nerozpohybuje.

    Pak vložíme mezi vrtuli a plachtu např. knížku a vozíky se rozjedou. Vrtule odstrkává vzduch směrem ke knize, od které se odráží a nezapůsobí tedy na plachtu. Vzduch strká do vrtule opačným směrem a vozíky se rozjedou.

  • Výsledný záznam

    Video ukazuje všechna zmiňovaná natočení vozíku.
Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: proveditelné s pomůckami, které se na školách obvykle vyskytují
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Původní zdroj: http://fyzikalnisuplik.websnadno.cz/mechanika/pokusy_s_voziky_2.pdf
×Původní zdroj: http://fyzikalnisuplik.websnadno.cz/mechanika/pokusy_s_voziky_2.pdf