Zákon setrvačnosti netradičně
Pokus číslo: 4308
Cíl pokusu
Experiment demonstruje 1. Newtonův zákon (tzv. zákon setrvačnosti).
Teorie
Zákon setrvačnosti (1. Newtonův zákon) říká, že těleso setrvává v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu, jestliže na něj nepůsobí jiná tělesa silou nebo je výslednice působících sil nulová.
Pro předvedení zákona setrvačnosti využijeme netradiční pomůcky: Na stůl rozložíme koberec, položíme na něj boby na sníh a do nich necháme usednout dobrovolníka. Koberec pak budeme zpod bobů vytahovat dvěma způsoby: jednou pomalu a jednou rychle.
V případě pomalého vytahování koberce se výrazně uplatňuje třecí síla mezi boby a kobercem. Díky ní jsou vůči sobě boby a koberec v klidu a pohybují se po desce stolu společně.
V případě rychlého vytažení koberce působí třecí síla jen velmi krátce a „nestihne“ tak boby výrazně posunout. Boby i s „nákladem“ tak zůstávají prakticky v klidu, setrvávají v původní poloze. Právě tato část pokusu ilustruje zákon setrvačnosti, protože pokud je působení třecí síly zanedbatelné, blíží se výslednice všech sil působících na boby nule.
Varování!
Experiment se v tomto provedení v žádném případě nepokoušejte zopakovat, ani ve škole ani kdekoliv jinde! Zdánlivě je jeho provedení jednoduché, ale má-li být bezpečný, vyžaduje velké zkušenosti a trénink.Cíleně dále neuvádíme žádné detaily k přípravě ani provedení experimentu, abychom nevybízeli k jeho zopakování.
Vzorový výsledek
Na videu je zachyceno rychlé vytažení koberce. Zejména na zpomalených záběrech je patrné, že boby i s nákladem se posunuly jen velmi málo a mají tedy zřejmě tendenci setrvávat v klidu.
Metodické poznámky
V ideálním případě, kdyby byl pohyb koberce extrémně rychlý a vliv třecích sil díky tomu zanedbatelný, by boby zůstaly přesně na svém původním místě. V reálném pokusu vždy alespoň k malému posunu ve směru vytahování koberce dojde.
Pokud bychom chtěli teorii zpřesnit, je dobré si uvědomit, že při pomalém vytahování koberce působí mezi ním a boby statická třecí síla (tělesa, která jsou při tření v kontaktu, se vůči sobě nepohybují), zatímco při rychlém vytahování jde převážně o dynamickou třecí sílu (tělesa, která jsou při tření v kontaktu, se vůči sobě pohybují).
Další zpřesnění teorie můžeme provést, pokud žáci již znají pojmy hybnost a impuls síly. Když totiž v části Teorie říkáme, že pohybový účinek síly záleží na tom, po jak dlouhou dobu síla působí, hovoříme tak nepřímo o tzv. impulsu síly. Impuls síly má fyzikální rozměr hybnosti a udává, jakou hybnost působící síla tělesu udělí. V případě rychlého vytažení koberce zpod bobů jde tedy striktně vzato o to, že impuls síly je velmi malý.
