Diskuse
úvod
První kapitola této knihy se zabývala tématem kinematiky – matematickým popisem pohybu. S výjimkou padajících těles a projektilů (které zahrnují jakousi záhadnou věc zvanou gravitace) se nikdy nehovořilo o faktorech, které tento pohyb ovlivňují. Nyní je čas rozšířit naše studium o veličiny, které pohyb ovlivňují – hmotnost a sílu. Matematický popis pohybu, který tyto veličiny zahrnuje, se nazývá dynamika.
Mnoho úvodních učebnic často definuje sílu jako „tlak nebo tah“. To je rozumná neformální definice, která vám pomůže představit si sílu, ale je to hrozná operační definice. Co je to „tlak nebo tah“? Jak byste takovou věc změřili? A co je nejdůležitější, jak „tlačení nebo tah“ souvisí s ostatními veličinami, které již byly v této knize definovány?
Fyzika, stejně jako matematika, je axiomatická. Každé nové téma začíná elementárními pojmy, nazývanými axiomy, které jsou tak jednoduché, že je nelze zjednodušit, nebo jsou tak obecně srozumitelné, že by jejich vysvětlení lidem nepomohlo k lepšímu pochopení. Dvě veličiny, které hrají tuto roli v kinematice, jsou vzdálenost a čas. V této knize (zatím) nebyl učiněn žádný skutečný pokus o formální definici ani jedné z těchto veličin a ani to nebylo potřeba. Téměř každý na této planetě ví, co znamená vzdálenost a čas.
příklady
Co kdybychom si pojem síly vybudovali na příkladech z reálného světa? Tady to máme…
- Síly, které působí na všechny objekty.
- Hmotnost (W, Fg)
Tíhová síla působící na předmět vzhledem k jeho hmotnosti. Hmotnost předmětu směřuje dolů, do středu gravitujícího tělesa; jako je například Země nebo Měsíc.
- Hmotnost (W, Fg)
- Síly spojené s tělesy.
- Normálová (N, Fn)
Síla mezi dvěma tělesy ve styku, která brání tomu, aby zaujímala stejný prostor. Normálová síla směřuje kolmo k povrchu. „Normála“ je v matematice přímka kolmá k rovinné křivce nebo ploše; odtud název „normálová síla“. - Tření (f, Ff)
Síla mezi tělesy ve styku, která brání jejich vzájemnému posouvání. Tření směřuje proti směru relativního pohybu nebo zamýšlenému směru pohybu jedné z ploch. - Tření (T, Ft)
Síla, kterou působí předmět, na nějž se táhne z opačných konců, jako je provázek, lano, kabel, řetěz apod. Napětí směřuje podél osy předmětu. (Ačkoli se obvykle spojuje s pevnými tělesy, lze za určitých okolností říci, že tah působí i na kapaliny a plyny.) - Pružnost (Fe, Fs)
Síla, kterou působí objekt při deformaci (obvykle tahu nebo stlačení), který se po uvolnění vrátí do původního tvaru jako pružina nebo gumička. Pružnost, stejně jako tah, směřuje podél osy (i když z tohoto pravidla existují výjimky).
- Normálová (N, Fn)
- Síly spojené s tekutinami. Mezi tekutiny patří kapaliny (například voda) a plyny (například vzduch).
- Vztlak (B, Fb)
Síla působící na předmět ponořený do tekutiny. Vztlak obvykle směřuje vzhůru (i když z tohoto pravidla existují výjimky). - Vlečná síla (R, D, Fd)
Síla, která klade odpor pohybu předmětu tekutinou. Odpor směřuje proti směru pohybu předmětu vůči kapalině. - Vztlak (L, Fℓ)
Síla, kterou pohybující se kapalina působí při obtékání předmětu; obvykle se jedná o křídla nebo struktury podobné křídlům, ale také o golfové míčky a baseballové míčky. Vztlak obvykle směřuje kolmo ke směru proudění tekutiny (i když z tohoto pravidla existují výjimky). - Tah (T, Ft)
Síla, kterou tekutina působí při výtlaku vrtulí, turbínou, raketou, chobotnicí, škeblí atd. Tah směřuje proti směru, kterým je tekutina vypuzována.
- Vztlak (B, Fb)
- Síly spojené s fyzikálními jevy.
- Elektrostatická síla (FE)
Přitažlivost nebo odpudivost mezi nabitými tělesy. Setkáváme se s ní v každodenním životě prostřednictvím statického ulpívání a ve škole jako s vysvětlením velké části elementární chemie. - Magnetická síla (FB)
Přitažlivost nebo odpudivost mezi nabitými tělesy v pohybu. Zažívá se v každodenním životě prostřednictvím magnetů a ve škole jako vysvětlení toho, proč ručička kompasu ukazuje na sever.
- Elektrostatická síla (FE)
- Základní síly. Všechny síly ve vesmíru lze vysvětlit pomocí následujících čtyř základních interakcí.
- Gravitace
Interakce mezi objekty způsobená jejich hmotností. Hmotnost je synonymem pro gravitační sílu. - Elektromagnetismus
Interakce mezi objekty v důsledku jejich náboje. Všechny výše zmíněné síly jsou elektromagnetického původu s výjimkou hmotnosti. - Silná jaderná interakce
Interakce mezi subatomárními částicemi s „barvou“ (abstraktní veličina, která nemá nic společného s lidským zrakem). Je to síla, která drží pohromadě protony a neutrony v jádře a drží pohromadě kvarky v protonech a neutronech. Mimo jádro ji nelze pocítit. - Slabá jaderná interakce
Interakce mezi subatomárními částicemi s „barvou“ (abstraktní veličina, která nemá nic společného s lidským vkusem). Tato síla, která je mnohonásobně slabší než silná jaderná interakce, se podílí na některých formách radioaktivního rozpadu.
- Gravitace
- Fiktivní síly. Jedná se o zdánlivé síly, které působí na objekty ve zrychlujícím se souřadném systému, jako je zrychlující se auto, letadlo, kosmická loď, výtah nebo jízda v zábavním parku. Fiktivní síly nevznikají z vnějšího objektu jako skutečné síly, ale spíše jako důsledek snahy udržet krok se zrychlujícím se prostředím.
- Odstředivá síla
Síla, kterou pociťují všechny objekty v rotující souřadnicové soustavě a která je zdánlivě odtahuje od středu otáčení. - Coriolisova síla
Síla, kterou pociťují pohybující se objekty v rotující souřadnicové soustavě a která je zdánlivě vychyluje v pravém úhlu ke směru jejich pohybu. - „Síla G“
Není to ve skutečnosti síla (nebo dokonce fiktivní síla), ale spíše zdánlivý pocit podobný gravitaci, který zažívají objekty ve zrychlující se soustavě souřadnic.
- Odstředivá síla
- Generické síly. Když nevíte, jak sílu nazvat, můžete jí vždy dát obecný název, například…
- Tlak
- Tah
- Síla
- Působící síla
schémata volného tělesa
Fyzika je jednoduchý předmět, který učí prostomyslní lidé. Když se fyzikové podívají na nějaký objekt, jejich prvním instinktem je tento objekt zjednodušit. Kniha se neskládá ze stránek papíru svázaných lepidlem a provázkem, je to krabice. Auto nemá gumové pneumatiky, které se otáčejí, sedadla nastavitelná v šesti směrech, dostatek držáků na nápoje a odmlžovač zadního okna; je to krabice. Člověk nemá dvě ruce, dvě nohy a hlavu; není z kostí, svalů, kůže a vlasů; je to krabice. To je začátek typu nákresu, který používají fyzici a inženýři a kterému se říká diagram volného tělesa.
Fyzika je postavena na logickém procesu analýzy – rozkladu složitých situací na soubor jednodušších. Tímto způsobem vytváříme počáteční porozumění situaci. V mnoha případech je tato první aproximace reality dostatečně dobrá. Když tomu tak není, přidáme k naší analýze další vrstvu. Tento proces opakujeme, dokud nedosáhneme úrovně porozumění, která vyhovuje našim potřebám.
Pouhé nakreslení krabice nám nic neřekne. Objekty neexistují izolovaně. Jsou v interakci s okolním světem. Síla je jedním typem interakce. Síly působící na objekt jsou znázorněny šipkami vycházejícími z krabice – ze středu krabice. To znamená, že každý objekt je v podstatě bod – věc bez jakýchkoli rozměrů. Krabice, kterou jsme původně nakreslili, je pouze místem, kam umístíme bod, a bod je pouze místem, kde začínají šipky. Tento postup se nazývá aproximace bodů a jeho výsledkem je nejjednodušší typ diagramu volného tělesa.
Použijeme tuto techniku na řadě příkladů. Nakreslete diagram volného tělesa…
- knihy ležící na rovném stole
- člověka plovoucího ve stojaté vodě
- bourací koule visící svisle na laně
- vrtulníku. vznášející se na místě
- dítě tlačící vozík na rovné zemi
kniha ležící na rovném stole
První příklad: Začněme archetypálním příkladem, kterým začínají všichni učitelé fyziky – demonstrací tak jednoduchou, že nevyžaduje žádnou přípravu. Sáhněte do zásuvky, vytáhněte učebnici a položte ji na ni způsobem odpovídajícím její důležitosti. Hle! Kniha leží na rovném stole. Existuje něco velkolepějšího? Nyní sledujte, jak ji zredukujeme na její podstatu. Nakreslete krabičku, která bude představovat knihu. Pokud se cítíte odvážní, nakreslete pod krabičku vodorovnou čáru, která bude představovat stůl. Pak určete síly, které na ni působí.
Něco drží knihu dole. Musíme nakreslit šipku vycházející ze středu a směřující dolů, která bude tuto sílu znázorňovat. Před tisíci lety pro tuto sílu neexistoval žádný název. „Knihy leží na stolech, protože to tak dělají,“ říkalo se. Nyní máme sofistikovanější chápání světa. Knihy leží na stolech, protože je gravitace táhne dolů. Tuto šipku bychom mohli označit Fg jako „gravitační síla“ nebo W jako její prozaičtější název, hmotnost. (Mimochodem, prozaický znamená nepoetický. Prozaický je poetický způsob, jak říci obyčejný. Prozaický je neprozaický výraz. Zpět ke schématu.)
Tíha táhne knihu dolů, ale ta nespadne. Proto musí existovat nějaká síla, která knihu také tlačí nahoru. Jak tuto sílu nazveme? „Síla stolu“? Ne, to zní hloupě a kromě toho to není akt, že je to stůl, který vytváří sílu. Je to nějaká vlastnost, kterou stůl má. Umístěte knihu do vody nebo do vzduchu a půjde dolů. Stůl působí tak, že je pevný. Jak tedy tuto sílu nazýváme? „Pevná síla“? To vlastně nezní vůbec špatně, ale není to název, který se používá. Přemýšlejte o tom takto. Opřete se o stůl a působí na něj síla směřující vzhůru. Opřete se o zeď a působí na vás síla do strany. Skákejte na trampolíně tak vysoko, abyste narazili hlavou do stropu, a pocítíte sílu směrem dolů. Směr síly jako by vždy vycházel z pevného povrchu. Směr, který je kolmý k rovině povrchu, se nazývá normála. Síla, kterou pevný povrch působí na cokoli v normálovém směru, se nazývá normálová síla.
Nazývat sílu „normálová“ se může zdát poněkud zvláštní, protože slovo normální obvykle považujeme za běžné, obvyklé nebo očekávané. Pokud existuje normální síla, neměla by existovat také síla nenormální? Původ moderního anglického slova normal je latinský výraz pro tesařský čtverec – norma. Svůj současný význam získalo toto slovo až v 19. století. Normální síla je původnímu významu slova normální blíže než normální chování (chování v pravém úhlu?), normální používání (používání pouze v pravém úhlu?) nebo normální tělesná teplota (měření teploty v pravém úhlu?).
Jsme hotovi? No, pokud jde o identifikaci sil, ano, jsme. Tohle je docela jednoduchý problém. Máte knihu, stůl a Zemi. Země působí na knihu silou, která se nazývá gravitace nebo váha. Stůl působí na knihu silou, která se nazývá normálová nebo normálová síla. Co ještě existuje? Síly vznikají vzájemným působením věcí. Když dojdou věci, dojdou i síly.
Poslední slovo k této jednoduché úloze se týká délky. Jak dlouhou máme nakreslit šipku představující jednotlivé síly. Na tuto otázku můžeme odpovědět dvěma způsoby. Jedna zní: „Koho to zajímá?“. Určili jsme všechny síly a správně určili jejich směr, pojďme dál a o zbytek se postará algebra. To je rozumná odpověď. Na směrech skutečně záleží, protože určují algebraické znaménko, když začneme síly kombinovat. Algebra se opravdu postará o všechno. Druhá odpověď zní: „Koho to zajímá, to není přijatelná odpověď“. Měli bychom se snažit a určit, která síla je vzhledem k popsané situaci větší. Znalost relativní velikosti sil nám může říct něco zajímavého nebo užitečného a pomůže nám pochopit, o co jde.
Tak o co jde? V podstatě spousta ničeho. Naše kniha se nikam neposouvá ani nedělá nic fyzikálně zajímavého. Počkejte dost dlouho a papír se rozloží (to je chemie) a rozkladači ho pomohou rozložit (to je biologie). Vzhledem k absenci jakékoliv aktivity si myslím, že můžeme s jistotou říci, že gravitační síla směrem dolů je vyvážena normálovou silou směrem nahoru.
W = N
V souhrnu nakresli krabičku, z jejíhož středu vycházejí dvě stejně dlouhé šipky, z nichž jedna směřuje nahoru a druhá dolů. Tu, která směřuje dolů, označte jako váhu (nebo použijte symbol W či Fg) a tu, která směřuje nahoru, označte jako normální (nebo použijte symbol N či Fn).
Možná se zdá, že jsem toho na tak jednoduchou otázku řekl hodně, ale blábolil jsem z nějakého důvodu. Bylo potřeba vysvětlit poměrně dost pojmů: určit síly tíhy a normály, určit jejich směry a relativní velikosti, vědět, kdy přestat kreslit, a vědět, kdy přestat přičítat síly.
člověk plující ve stojaté vodě
Druhý příklad: člověk plující ve stojaté vodě. Mohli bychom nakreslit tyčovou postavu, ale ta má příliš mnoho zbytečných detailů. Nezapomeňte, že analýza spočívá v rozčlenění složitých situací na soubor jednoduchých věcí. Nakreslete krabičku, která bude představovat osobu. Pokud máte chuť na fantazii, nakreslete vlnovku, která bude představovat vodu. Určete síly působící na osobu. Je na Zemi a má hmotnost, má tedy váhu. Všichni ale víme, jaké je to plavat ve vodě. Cítíte se ve stavu beztíže. Musí existovat druhá síla, která působí proti hmotnosti. Síla, kterou pociťují předměty ponořené do tekutiny, se nazývá vztlak. Člověk je gravitací stahován dolů a vztlakem nadnášen. Protože se osoba ani nezvedá, ani nepotápí, ani se nepohybuje jiným směrem, musí se tyto síly vyrušit
W = B
V souhrnu nakresli krabičku se dvěma stejně dlouhými šipkami vycházejícími ze středu, z nichž jedna směřuje nahoru a druhá dolů. Tu, která směřuje dolů, označte jako hmotnost (neboli W nebo Fg) a tu, která směřuje nahoru, jako vztlak (neboli B nebo Fb).
Vztlak je síla, kterou působí předměty ponořené do tekutiny. Kapaliny jsou látky, které mohou proudit. Všechny kapaliny a plyny jsou tekutiny. Vzduch je plyn, proto je vzduch kapalina. Ale počkat, nebyla kniha v předchozím příkladu ponořena do vzduchu? Řekl jsem, že v té úloze byly pouze tři objekty: kniha, stůl a Země. A co vzduch? Neměli bychom na knihu nakreslit druhou šipku nahoru, která by znázorňovala vztlakovou sílu vzduchu na knihu?“
Vzduch skutečně existuje a skutečně působí na knihu vztlakovou silou, ale opravdu nám přidání další šipky do předchozího příkladu nějak pomůže pochopit situaci? Pravděpodobně ne. Lidé se vznášejí ve vodě, a i když se potápějí, cítí se ve vodě lehčí. Vztlaková síla je v tomto příkladu významná. Právě o ní je pravděpodobně celý problém. Knihy ve vzduchu se prostě cítí jako knihy. Ať už na ně působí jakákoli vztlaková síla, je nepostřehnutelná a poměrně obtížně měřitelná.
Analýza je dovednost. Není to soubor postupů, kterými se člověk řídí. Když situaci zredukuješ na její podstatu, musíš se rozhodnout. Někdy stojí za to studovat malé efekty a někdy ne. Pozorný člověk se zabývá detaily, které jsou významné, a zbytek tiše ignoruje. Obsesivní člověk věnuje pozornost všem detailům stejně. Ti první jsou duševně zdraví. Ti druzí jsou duševně nemocní.
vraková koule visící svisle na laně
Třetí příklad: Vraková koule visící svisle na laně. Začněte nakreslením krabice. Ne, počkejte, to je hloupost. Nakreslete kruh. Je to jednoduchý tvar a je to tvar samotné věci. Pokud máte chuť, nakreslete čáru vycházející z vrcholu. Udržujte ji však lehkou. Nechceš, aby tě to rozptylovalo, až budeš přičítat síly.
Bourací koule má hmotnost. Je na Zemi (přesněji v gravitačním poli Země). Proto má hmotnost. Hmotnost směřuje dolů. Jeden vektor je hotov.
Bourací koule je zavěšena. Nepadá. Proto něco působí proti gravitaci. Tou věcí je kabel, který kouli zavěšuje. Síla, kterou působí, se nazývá tah. Kabel je svislý. Síla je tedy svislá. Gravitace dolů. Napětí nahoru. Velikost?
Nic se nikam neposouvá. To zní jako předchozí dvě otázky. Napětí a tíha se ruší.
W = T
V souhrnu nakresli kruh, jehož středem vycházejí dvě stejně dlouhé šipky, z nichž jedna směřuje nahoru a druhá dolů. Tu, která směřuje dolů, označte jako hmotnost (neboli W nebo Fg) a tu, která směřuje nahoru, jako napětí (neboli T nebo Ft).
vrtulník vznášející se na místě
Čtvrtý příklad: vrtulník vznášející se na místě. Jak nakreslíte vrtulník? Krabička. Co když už vás nebaví kreslit krabice? Dobrou alternativou je kružnice. A co když je i to příliš namáhavé? Nakreslete asi malé kolečko. Co když chci zkusit nakreslit vrtulník? Extra kredity se neudělují.
Zbytek příběhu znáte. Všechny předměty mají hmotnost. Nakresli šipku směřující dolů a označ ji. Vrtulník nestoupá ani neklesá. Co ji udržuje ve vzduchu? Rotor. Jakou silou působí rotor? Rotor je druh křídla a křídla zajišťují vztlak. Nakresli šipku směřující vzhůru a označ ji.
Vrtulník nesedí na zemi, takže na něj nepůsobí normálová síla. Není to horkovzdušný balón ani loď na moři, takže vztlak není významný. Nejsou k němu připevněny žádné provázky, takže napětí neexistuje. Jinými slovy, přestaňte kreslit síly. Už jsem se zmínil, že vědět, kdy přestat, je důležitá dovednost? Pokud ne, asi jsem to měl udělat.
Znovu tu máme objekt, který se nikam rychle nehne. Když se tak stane, mělo by být tak nějak zřejmé, že se síly musí zrušit.
W = L
Shrňme si to tak, že nakreslíme obdélník se dvěma stejně dlouhými šipkami vycházejícími ze středu, z nichž jedna směřuje nahoru a druhá dolů. Tu, která směřuje dolů, označte jako váhu (neboli W nebo Fg) a tu, která směřuje nahoru, jako vztlak (neboli L nebo Fℓ).
a teď… zákon
Pro cvičení si uděláme ještě jeden diagram volného tělesa.
dítě tlačí vozík po rovině
Nejprve si stanovte, čeho se problém týká. Ten je poněkud nejednoznačný. Žádá se po nás, abychom nakreslili dítě, nebo vůz, nebo obojí? Dlouhá odpověď zní „záleží na tom“. Krátká odpověď zní: „Říkám vám, že chci, abyste se zabývali vozem“. Nakresli obdélník, který bude znázorňovat vůz.
Dále určete síly. Gravitace táhne všechno dolů, proto nakresli šipku směřující dolů a označ ji jako hmotnost (nebo W či Fg podle toho, jak ti to vyhovuje). Vůz nepadá, ale leží na pevné zemi. To znamená, že je přítomna normálová síla. Země je rovná (tj. vodorovná), takže normálová síla směřuje nahoru. Nakreslete šipku směřující vzhůru a označte ji normálovou silou (nebo N či Fn). Vůz se nepohybuje ve svislém směru, takže tyto síly jsou stejné. Nakresli stejně dlouhé šipky představující normálu a tíhu.
W = N
Dítě tlačí vozík. Musíme předpokládat, že používá vozík k určenému účelu a tlačí ho vodorovně. Čtu zleva doprava, což znamená, že pro směr vpřed na papíře, tabuli, bílé tabuli a displeji počítače raději používám směr doprava. Nakresli šipku doprava vycházející ze středu kvádru. Nevidím důvod, proč tuto sílu odborně pojmenovávat, takže jí říkejme prostě tlačit (P). Pokud se mnou nesouhlasíte, je tu jedna možnost. Mohli byste ji nazvat působící silou (Fa). To má tu výhodu, že budete znít vzdělaně, ale má to také tu nevýhodu, že je to méně přesné. Nazvat sílu působící silou o ní nic nevypovídá, protože všechny síly musí působit, aby mohly existovat. Slovo tlačit je také trochu vágní, protože všechny síly jsou určitým druhem tlačení nebo tahání, ale tlačení je něco, o čem si obecně myslíme, že se provádí rukama. Protože použití technoblábolů nepřináší žádný užitek a prosté slovo tlačit vlastně popisuje to, co dítě dělá, budeme používat slovo tlačit.
Pohyb na Zemi se neodehrává ve vakuu. Když se jedna věc pohybuje, pohybuje se skrz nebo napříč jinou věcí. Když se kolo otáčí na ose, obě plochy se o sebe třou. Tomu se říká suché tření. K oddělení pevných kovových částí lze použít mazivo, ale tím se problém omezí pouze na vrstvy uvnitř maziva, které po sobě kloužou. Tomu se říká viskózní tření. Tlačení vozu vpřed znamená vytlačování vzduchu z cesty. To je další druh viskózního tření, kterému se říká odpor. Kulatá kola se při zatížení prohýbají, což ztěžuje jejich otáčení. Tomu se říká valivý odpor. Tyto odporové síly se často souhrnně nazývají tření a jsou všude. Analýza jakékoliv situace v reálném světě, která zahrnuje pohyb, musí zahrnovat tření. Nakreslete šipku doleva (proti předpokládanému směru pohybu) a označte ji tření (nebo také f či Ff).
Teď ta záludnější část. Jak se porovnávají vodorovné síly? Je tlačení větší nebo menší než tření? Abychom na tuto otázku odpověděli, musíme nejprve udělat něco, čím jsou fyzikové proslulí. Opustíme reálný svět a vstoupíme do říše fantazie. Budeme předstírat, že tření neexistuje.
Sledujte kývající se kyvadlo. Ztěžknou ti oči. Začíná se ti chtít spát. Ospalost. Budu počítat do tří. Až řeknu tři, probudíš se ve světě bez tření. Jedna. Dva. Tři. Vítejte ve skutečném světě. Ne, počkej, to je hláška z Matrixu.
Pokud hypnóza zabrala, měl bys teď sklouznout z čehokoli, na čem sedíš, a spadnout na zem. Zatímco budeš dole, rád bych, abys odpověděl na tuto zdánlivě jednoduchou otázku. Co je třeba udělat, aby se něco pohnulo? Přesněji řečeno, co je třeba k tomu, aby se něco pohybovalo konstantní rychlostí?“
V reálném světě, kde je všude tření, se pohyb stáčí dolů. Šlápněte na brzdu svého auta a poměrně rychle se zastavíte. Vypněte motor svého auta a zastavíte se postupně. Když budete házet bowlingovou koulí po dráze, pravděpodobně změnu rychlosti příliš nepocítíte. (Jste-li však dobrým hráčem bowlingu, jste pravděpodobně zvyklí na to, že koule zahýbá do kapsy. Pamatujte, že rychlost je rychlost plus směr. Kdykoli se jedna z nich změní, změní se i rychlost.) Plácněte hokejkou do hokejového puku a uvidíte, že se v podstatě pohybuje jednou rychlostí jedním směrem. Tyto příklady jsem vybral a uvedl v tomto pořadí z nějakého důvodu. Při rozjíždění na doraz je menší tření než při brzdění na doraz. V hokejovém puku na ledě je menší tření než v bowlingové kouli na dřevěné dráze.
Co takhle příklad, který je trochu méně každodenní? Tlačte železniční vagón na rovné trati. Myslíš, že to nedokážeš? Tak si to ještě jednou rozmyslete. Nechci po tobě, abys tlačil celý vlak nebo dokonce lokomotivu – stačí pěkně prázdný skříňový vagon nebo vagon metra. Také neříkám, že to bude snadné. Možná budete potřebovat na pomoc kamaráda nebo dva. Je to něco, co běžně dělají železniční maitenance crew.
Dělníci stěhující vagon metra. Zdroj: 所さんの目がテン！
VÍCE TEXTU
DOPLŇTE SI TUTO INFORMACI O GALILEU
Nebe je místo, kde se nikdy nic neděje.
Isaac Newton (1642-1727) Anglie. Většinu práce vykonal během morových let 1665 & 1666. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Matematické principy přírodní filozofie) vydaná roku 1687 (zpoždění více než 20 let!) na Halleyovy náklady.
Lex. I. Zákon I. Corpus omne perſeverare in ſtatu ſuo quieſcendi vel movendi uniformiter in directum, niſi quatennus illud a viribus impreſſi cogitur ſtatum suummutare. Každé těleso setrvává ve stavu klidu nebo rovnoměrného pohybu po přímce, pokud není nuceno tento stav změnit působením sil. Projectilia perſeverant in motibus ſuis, niſi quatenus a reſiſtentia aëris retardantur, & vi gravitatis impelluntur deorſum. Trochus, cujus partes cohærendo perpetuo retrahunt ſeſe a motibus rectilineis, non ceſſat rotari, niſi quatenus ab aëre retardantur. Majora autem planetarum & cometarum corpora motus ſuos & progreſſivos & circulares in ſpatiis minus reſiſtentibus factos conſervant diutius. Projektily pokračují ve svých pohybech, pokud je nebrzdí odpor vzduchu nebo je nestrhává dolů gravitační síla. Vrchol, jehož části jsou svou soudržností neustále odtahovány od přímočarých pohybů, nepřestává se otáčet jinak, než že je brzděn vzduchem. Větší tělesa planet a komet, která se ve volnějších prostorech setkávají s menším odporem, setrvávají ve svých postupných i kruhových pohybech mnohem déle.
(Newton, interpretováno Elertem)
Objekt v klidu má tendenci zůstat v klidu a objekt v pohybu má tendenci pokračovat v pohybu konstantní rychlostí, pokud není nucen působením čisté vnější síly působit jinak.
Tato poměrně složitá věta říká poměrně dost. Běžná mylná představa je, že pohybující se objekty obsahují veličinu zvanou „go“ (nebo tak nějak – za starých časů se jí říkalo „impetus“) a nakonec se zastaví, protože jim dojde „go“.
Pokud na těleso nepůsobí žádné síly, jeho rychlost a směr pohybu zůstávají konstantní.
Pohyb je stejně přirozený stav jako klid.
Pohyb (nebo nedostatek pohybu) nepotřebuje příčinu, ale změna pohybu ano.
Definice. III. Definice III. Materiæ vis insita est potentia resistendi, qua corpus unumquodque, quantum in se est, perseverat in statu suo vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum. Vis insita neboli vrozená síla hmoty je síla odporu, kterou se každé těleso snaží setrvat ve svém současném stavu, ať už jde o klid, nebo o rovnoměrný pohyb vpřed v přímém směru. … … Definice. IV. Definition IV. Vis impressa est actio in corpus exercita, ad mutandum ejus statum vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum. Působící síla je působení na těleso za účelem změny jeho stavu, buď klidu, nebo rovnoměrného pohybu vpřed v přímém směru. Consistit hæc vis in actione sola, neque post actionem permanet in corpore. Perserverat enim corpus in statu omni novo per solam vim inertiæ. Est autem vis impresa diversarum originum, ut ex ictu, ex pressione, ex vi centripeta. Tato síla spočívá pouze v akci; a po skončení akce již nezůstává v těle. Těleso totiž udržuje každý nový stav, který získá, pouze svou vis inertiæ. Působící síly jsou různého původu jako od úderu, od tlaku, od dostředivé síly.
Všeobecně je setrvačnost odpor vůči změně. V mechanice je setrvačnost odpor proti změně rychlosti nebo, chcete-li, odpor proti zrychlení.
Všeobecně je síla působení, které způsobuje změnu. V mechanice je síla ta, která způsobuje změnu rychlosti, nebo chcete-li, ta, která způsobuje zrychlení.
Působí-li na objekt více sil, je důležitá čistá síla. Protože síla je vektorová veličina, používejte při kombinování sil místo aritmetiky geometrii.
Vnější síla: Aby síla urychlovala objekt, musí přicházet zvenčí. Nemůžeš se vytáhnout za vlastní pásy. Každý, kdo tvrdí, že ano, se doslova mýlí.