Prvé tri Newtonove pohybové zákony sa volajú zákonmi, pretože by mali platiť vždy. Alebo je to trochu inak?
Inerciálna vzťažná sústava je vzťažná sústava, v ktorej platí prvý Newtonov pohybový zákon. Ten hovorí o tom, že telesá, na ktoré nepôsobí žiadna sila alebo výslednica pôsobiacich síl je nulová, zostávajú v pokoji alebo v rovnomernom priamočiarom pohybe. Všetky inerciálne vzťažné sústavy zostávajú vzhľadom na seba v pokoji alebo v rovnomernom priamočiarom pohybe.
Zotrvačná sila
Neinerciálna vzťažná sústava je vzťažná sústava, v ktorej neplatí prvý ani tretí Newtonov pohybový zákon (zákon akcie a reakcie). To znamená, že teleso, aj keď naň nepôsobí žiadna sila alebo výslednica pôsobiacich síl je nulová, mení svoj pohybový stav (rýchlosť). Zmena pohybového stavu sa vysvetľuje zotrvačnou silou, ktorej pôvod je mimo neinerciálnej vzťažnej sústavy.
Zotrvačná sila patrí medzi zdanlivé (fiktívne) sily. Prítomnosť týchto síl je vo všeobecnosti spôsobená neinerciálnosťou vzťažnej sústavy, v ktorej prebieha naše pozorovanie. To, že zotrvačná sila patrí medzi zdanlivé sily, znamená, že jej pôvodcom nie je žiadne skutočné fyzikálne pole, ale výhradne neinerciálnosť zvolenej vzťažnej sústavy.
Vysvetlime si príklad fiktívnej sily na pohybe telesa po kružnici, napríklad cestujúceho v odbočujúcom autobuse. Cestujúci sa pohybuje po priamke, kým na neho nepôsobí autobus dostredivou silou, ktorá je reálna. No cestujúci má pocit, akoby ho niečo tlačilo na bok autobusu, a teda na neho pôsobila odstredivá sila, ktorá je však fiktívna. Odstredivá sila je iba reakciou na pôvodnú akciu, dostredivú silu.
Tieto poučky o inerciálnosti sústav väčšina z nás počula v škole, teraz si to však poďme ukázať jednoduchšie, pokusom.
Inerciálna vzťažná sústava
Pomôcky: surový zemiak, kladivo, hladký dlhý nôž
Postup: Zemiak napichneme na koniec noža. Nôž uchopíme za rúčku do jednej ruky tak, aby zemiak smeroval k zemi. Zemiak tak bude na spodu noža a rúčku budeme mať pevne uchytenú v jednej ruke. Druhou rukou budeme pomocou kladiva udierať do hornej časti rúčky noža.
Pozorovanie: Skôr než pokus zrealizujeme, pokúsme sa odpovedať na otázku: Ako sa bude zemiak správať? Po a) zemiak spadne z noža; po b) zemiak zostane na noži na jednom mieste; po c) zemiak sa bude posúvať smerom k rúčke noža.
Vysvetlenie: Zemiak je vo vzťahu k nožu v inerciálnej vzťažnej sústave a bude sa správať v protiklade s predstavou o tom, že by mal z noža v dôsledku otrasov a gravitácie spadnúť. Dokonca ani nezostane prilepený na jednom mieste, ale bude sa posúvať smerom nahor k rúčke.
Podľa Newtonových zákonov zemiak zotrváva v pokoji, kým nie je vonkajšími silami nútený tento stav zmeniť. Keby sme do zemiaka buchli kladivom, spadol by z noža. Keď však buchneme do noža, ten sa prudko posunie nadol a sila zotrvačnosti, ktorá pôsobí proti sile zrýchlenia, zabezpečí, že sa nôž trochu viac zaborí do zemiaka. Pokus môžeme zopakovať vo vodorovnom smere, teda nôž je vodorovne, pričom budeme zboku udierať do rúčky noža. Zemiak sa znova bude približovať k rúčke. Dokonca môžeme pokus otočiť aj hore nohami, zemiak bude hore a do rúčky noža udierame zospodu. Zemiak sa opäť bude pohybovať smerom k rúčke, takže tentoraz nadol.
Zaujímavosť na záver: Tento jav poznali aj naši predkovia a podľa niektorých starých majstrov sa presne takto správne nabíja porisko do sekery a nie naopak.
PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Foto Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.
Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 4/2022. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
