Padá pírko stejně rychle jako kus železa? Jak kde.

7. 10. 2019 9:07:51
Když současně pustíme železnou kouli a pírko, dopadne koule dříve. Jeden nádherný a přímo geniálně prostý pokus odlišuje dva faktory, které tady působí. A může si jej vyzkoušet každý. Stačí mít doma dva skládací deštníky.

Problém pádu různých těles analyzoval a poprvé správně vyřešil Galileo Galilei. I mnozí géniové před ním si mysleli, že co je těžší, padá rychleji, což nám také našeptává naše praktická zkušenost. Pověst tvrdí, že Galileo na správné řešení přišel tak, že shazoval různé předměty z šikmé věže v Pise. Ale vypadá to, že to není pravda, neboť historicky je doloženo, že k analýze působení gravitace používal spíše nakloněnou rovinu, tedy jen mírně nakloněnou? Proč mírně nakloněnou? To si vysvětlíme později. Ale teď k tomu geniálnímu nápadu s deštníky.

Vezměte si dva identické skládací deštníky, které jsou přesně stejně těžké. A pusťte je současně z okna nebo z mostu. Pochopitelně dopadnou v naprosto stejný okamžik. A teď svůj pokus upravte, a jeden z nich otevřete, a pak teprve oba pusťte současně dolů. Pochopitelně ten otevřený dopadne podstatně později. Je tedy jasné, že rozdíl nebyl způsoben rozdílnou váhou deštníků, ale rozdílnými tvary, které mají různý odpor vzduchu. Rychlost pádu všech těles v gravitačním poli je tedy stejná, ať mají jakoukoliv hmotnost / váhu. A rozdíly může způsobovat pouze odpor vzduchu?

Výše popsaný krásně názorný příklad prezentoval britský fyzik a popularizátor Al-Khalili ve videu níže. Koukněte od času 2:30.

Ale přímo na vlastní oči se můžete přesvědčit o tom, že pírko padá ve vakuu stejně rychle (a se stejným zrychlením) jako třeba těžké kladivo, opět v Al-Khaliliho videu. V roce 1971 totiž tento pokus udělal na Měsíci americký astronaut a záznam toho pokusu najdete ve videu výše v čase 3:15.

Nebo můžete totéž a mnohem zřetelněji shlédnout v následujícím nádherném videu britského fyzika a popularizátora Briana Coxe. Je to tentýž pokus: pustit současně něco těžkého a současně něco lehkého, tady peří, tentokráte ale v největší vakuové komoře světa, kde vše vidíte daleko lépe než "na Měsíci". Shlédnout to můžete ve videu níže v čase 2:50. Je to opravdu fascinující. Chcete-li začít sledovat video s tímtéž pádem, ale za přítomnosti vzduchu, začněte sledování v čase 1:05.

A ještě více fascinující je vysvětlení stejné rychlosti a stejného zrychlení všech těles v gravitačním poli. Chovají se totiž naprosto stejně, a to proto, že se vůbec nepohybují, ale stojí na místě! Tento nejšťastnější nápad Einsteinova života, jak ho sám Albert označil, se nazývá princip ekvivalence, a je ústřední myšlenkou jeho mistrovského díla, obecné teorie relativity. (Princip ekvivalence říká, že zrychlení v gravitačním poli, když např. stojíme na zemi, je fyzikálně totéž jak zrychlení způsobené silou, třeba raketovými motory. Nebo, že volný pád v gravitačním poli je fyzikálně totéž jako vznášení se v beztížném stavu.)

Kdyby totiž kolem věcí padajících ve vakuu nebyla ona vakuová komora či Země, ani by nás nenapadlo, že se předměty pohybují, protože bychom se pohybovali, neboli lépe řečeno stáli na jednom místě, přesně jako ony. Ona se totiž spíše "pohybuje Země vůči prostoru", máme-li to říci názorně, leč poněkud nepřesně. Nicméně si můžeme situaci představit, jako když držíme kus dřeva v proudu vody před vodopádem. Dřevo rozráží proud. Ale jakmile jej pustíme, pluje kus dřeva spolu s proudem a je vůči vodě už v klidu. Nebo se můžeme vrátit k pokusu s peřím, a pochopit, že cokoliv padá ve vakuu společně s váhou, neváží na této váze vůbec nic.

Když už všemu rozumíme, můžeme si vysvětlit, proč Galileo k výzkumu zemské tíže používal právě jen mírně nakloněnou rovinu. Je to proto, že při volném pádu těžká tělesa rychle získají velkou rychlost, při níž jsou ale silně brzděna velkým odporem vzduchu. Na velmi pozvolné šikmé rovině se tělesa pohybují dosti pomalu, takže se dá odpor vzduchu zanedbat. Aby to bylo jasné, představte si třeba polystyrénovou a železnou kouli, kterou hodíte z ona, a pak tytéž, které pustíte po zmíněné nakloněné rovině. Jak probíhaly tyto Galileiho pokusy můžete vidět v Al-Khaliliho videu výše od času 4:50.

Když se vrátíme k původním dojmu z pádu lehkých a těžkých těles, je jasné, že nás naše běžná intuice klame. Běžně bychom třeba ze své zkušenosti řekli, že se Země neotáčí, ale Slunce obíhá Zemi. Až ve škole se dovíme, že pohyb Slunce je zdánlivý a že je to rotace Země, která vytváří východy a západu Slunce. O tom si můžete zapřemýšlet ve výkladu rotace Země v blogu Kterak zařídit, aby zítra nevyšlo Slunce. A jestli vás ještě zajímají geniální Galileiho úvahy související s jeho pokusy s nakloněnou rovinou, kterými přišel na zákon setrvačnosti, zkuste blog Génius si poradí i bez vyspělé techniky.

(druhý název Pochopte základní ideu obecné relativity za pár minut)

Autor: Jan Fikáček | pondělí 7.10.2019 9:07 | karma článku: 42.21 | přečteno: 7471x

Další články blogera

Jan Fikáček

Nahraďte svou ženu a děti umělou trpělivostí (inteligencí?)!

Tak jo, uznávám, že ženu a děti nelze umělou inteligencí nahradit ve většině případů, ale v jednom by to asi šlo, ne? :)

20.3.2024 v 9:07 | Karma článku: 21.87 | Přečteno: 619 | Diskuse

Jan Fikáček

Mašínové: Padouch nebo hrdina, my jsme jedna rodina!

Film Bratři o skupině Mašínů dostal v sobotu cenu za nejlepší film roku na Českém lvu. Jeho tvůrce na večeru prohlásil, že to byli hrdinové. Tak se pojďme podívat na jejich činy.

11.3.2024 v 9:07 | Karma článku: 45.70 | Přečteno: 6278 | Diskuse

Jan Fikáček

Jak nás intuice vede na scestí v otázce, co je to realita

V hollywoodských filmech často nějaký hrdina, astronaut nebo detektiv, vyřeší problém intuicí. Když selže rozum a důkazy, intuice zaskočí. Jenže intuice není vždy spásné řešení, někdy tomu řešení naopak brání..

27.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 30.38 | Přečteno: 2108 | Diskuse

Jan Fikáček

Dá se v padesáti naučit anglicky?

Mnohokrát jsem slyšel názor, že pokud se člověk nenaučí nějaký cizí jazyk do třiceti, už se ho nenaučí nikdy. A proto když jsme se přestěhovali s rodinou před tímto mým věkem do Belgie, ani jsem se nový jazyk naučit nesnažil.

13.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 39.56 | Přečteno: 7007 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.23 | Přečteno: 132 | Diskuse

Zdenek Slanina

Problém co začal už Arrhenius: Kysličník uhličitý a doba ledová - a teď i sopečné aktivity

Už S. Arrhenius řešil vztah obsahu CO2 v atmosféře i k době ledové. Tehdy hlavně ukázal, že jeho navyšování v atmosféře povede k nárůstu její teploty. Nyní výzkumy z univerzity v Sydney ukazují na roli sopek v nástupu ochlazování.

26.3.2024 v 5:22 | Karma článku: 25.00 | Přečteno: 520 |

Martin Tuma

Berte Viagru, dokud si na to vzpomenete

Rozsáhlá studie odhalila významné snížení výskytu Alzheimerovi nemoci u pravidelkných uživatelů Viagry

25.3.2024 v 14:17 | Karma článku: 13.60 | Přečteno: 303 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 14.44 | Přečteno: 189 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.12 | Přečteno: 294 | Diskuse
Počet článků 307 Celková karma 31.99 Průměrná čtenost 3139

Vystudoval chemii (SŠ), kybernetiku, řízení, ekonomii a teorii systémů (interdisciplinární studia - VŠ), je obecně uvažujícím člověkem někde na pomezí mezi přírodními vědami a filosofií. Roky vyučoval filosofii fyziky a virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze. Od září 2021 Ph.D. se zaměřením na filosofii fyziky a matematiky. Pracoval jako evropský expert pro "Future Technologies", 7 let pak v jedné z nejvyšších evropských pozic v počítačové bezpečnosti. Momentálně finanční expert na evropské úrovni. V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČR. Je členem světové vědecké Společnosti pro filosofii času. Absolvent Oxfordského kurzu Filosofie vědy. Více informací zde.

Chcete-li sledovat diskuse v "jeho" skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jfikacek@gmail.com
 
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. Někdy je to jen divoká fantazie. Na druhé straně se snaží udržovat jistou vědeckou kvalitu, takže "esoterické" komentáře nejsou vítány. P.S.: Osobně útočné a odborně velmi nekvalitní komentáře, zejména velmi dlouhé, budou mazány.

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

Velikonoce 2024: Na Velký pátek bude otevřeno, v pondělí obchody zavřou

Otevírací doba v obchodech se řídí zákonem, který nařizuje, že obchody s plochou nad 200 čtverečních metrů musí mít...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...