Poslušná cívka

Pokus číslo: 2048

  • Cíl pokusu

    Ukázat a vysvětlit vliv různého sklonu tažné síly provazu na směr pohybu cívky.
  • Teorie

    Moment síly je vektorová veličina vyjadřující otáčivý účinek síly. Je daná vztahem \[\vec{M}=\vec{r} × \vec{F}\tag{1}\] kde \(\vec{r}\) je vektor spojující bod, ke kterému moment vztahujeme, a působiště síly, \(\vec{F}\) je působící síla. Velikost momentu síly je rovna součinu velikosti působící síly a kolmé vzdálenosti vektorové přímky síly od bodu, v němž otáčivý účinek zkoumáme (zpravidla osa otáčení). Rozebereme, jakým směrem se bude valit cívka s navinutou nití, lanem či tkalounem. Směr pohybu cívky určuje směr momentu síly, kterou táhne za cívku provaz, vzhledem k okamžité ose otáčení v místě styku cívky s podložkou. Momenty tíhové síly a třecí síly mezi podložkou a cívkou jsou vzhledem k této ose nulové.
    Obr. 1: Cívka se valí doprava
    Obr. 1
    Obr. 2: Cívka se valí doprava
    Obr. 2
    Na obrázcích 1 a 2 jsou vyobrazeny situace, kdy za lano táhneme ve vodorovném směru. V obou případech se bude cívka valit doprava ve směru táhnutí, různá bude jen velikost momentu síly. Ten bude v druhém případě menší, protože kolmá vzdálenost působiště síly od osy otáčení (bod D) je menší o průměr vnitřní tyče cívky. Vektorový součinmíří podle pravidla pravé ruky od nás (zahnuté prsty ukazují směr pohybu cívky).
    Obr. 3: Cívka se valí doleva
    Obr. 3
    Další situace (obrázek 3) je ta, že za lano taháme kolmo nahoru. Zde je kolmá vzdálenost působiště síly a osy otáčení rovna poloměru vnitřní tyče cívky. Situace znázorněná na obrázku povede k rozjetí cívky doleva. Vektorový součindle pravidla pravé ruky míří k nám.
    Obr. 4: Cívka je smýkána doprava
    Obr. 4
    Poslední případ (obrázek 4) nastává ve chvíli, kdy osa otáčení leží v prodloužení vektoru síly. V takovém případě všechny síly prochází osou otáčení, tudíž nemají žádný otáčivý účinek. Cívkou budeme smýkat po podložce, aniž by se otáčela. Pokud se bude sklon provazu pohybovat mezi krajní situací 2 a 4, pojede cívka doprava. Pokud bude sklon provazu mezi krajní situací 3 a 4, pojede cívka doleva.
  • Pomůcky

    Cívka s namotaným lanem/nití.
  • Postup

    Cívku položíme na podložku a zatáhneme za lano podle toho, kam chceme, aby jela. Nejtěžší je asi vlečení cívky bez otáčení, často dochází k tomu, že se osa cívky natočí ve směru lana. Proti tomu pomáhá, je-li lano namotáno na střed vnitřní tyče cívky.
  • Výsledný záznam

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: proveditelné s jednoduchými pomůckami
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Původní zdroj: Svoboda, E. a kol.: Pokusy z fyziky na střední škole 1, Prometheus,
Praha 1997
×Původní zdroj: Svoboda, E. a kol.: Pokusy z fyziky na střední škole 1, Prometheus, Praha 1997