Laso poznáme ako jednoduchý objekt využívaný našimi predkami na chytanie zveri. Používajú ho už generácie a jeho vysvetlenie nie je až také triviálne, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Prečo voľné lano pri rotácii zaujme kruhový tvar?
Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.
Pomôcky
Kovová reťaz s očkami (80 až 100 cm), špagát (60 až 100 cm), kliešte
Postup
Pomocou klieští otvoríme očko na konci reťaze a spojíme oba jej konce do slučky. My sme na pokus použili zváranú reťaz so šírkou oka 8 mm a dĺžkou oka 16 mm. Na jedno z očiek takto vyrobenej slučky pripevníme špagát s dĺžkou 60 až 100 cm. Na konci špagátu vytvoríme slučku, za ktorú ho vieme bezpečne uchopiť.
Realizácia
Za slučku špagátu uchopíme laso, necháme ho voľne visieť a slučkou začneme jemne otáčať. Ruku držíme od tela a pracujeme iba zápästím. Prstami ruky vytvárame vodorovný kruh s polomerom približne 10 cm. Pri prvých pokusoch je dôležité skúsiť rýchlosť otáčania prispôsobiť vlastnej rotácii slučky a potom postupne pridávať na rýchlosti rotácie. Frekvenciu impulzov, ktoré dodávame lasu, musíme zosúladiť s vlastnou frekvenciou reťazového lasa. Ak sa vám to nedarí a špagát je natočený, zastavte pohyb a nechajte laso voľne sa roztočiť. Prispôsobte sa jeho rýchlosti a skúste, aby vaša ruka mala tú istú rýchlosť otáčok, ako má laso točiace sa vďaka natočenému špagátu. Potom pomaly pridávajte na intenzite.
Pozorovanie
Slučka najskôr začne vytvárať tvar slzy s vrcholom v mieste spojenia špagátu a kovovej reťaze. Ak zvýšime otáčky impulzov, reťaz sa pomaly ustáli v tvare kruhu vo vodorovnej pozícii. Počas toho, ako sa snažíme dosiahnuť požadovaný tvar, môže reťazová slučka prejsť niekoľkými tvarmi. Napríklad sa spojí a točí sa ako palička, alebo vytvorí malý kruh s krídlami. No ak sme správne nastavili rýchlosť impulzov, ktoré dodávame lasu, nakoniec sa otvorí a vytvorí kruh.
Vysvetlenie
Tento pokus vieme vysvetliť na základe dvoch pojmov, ktorými sú moment zotrvačnosti a voľná os otáčania. Moment zotrvačnosti telesa je fyzikálna veličina vystupujúca pri skúmaní jeho otáčavého pohybu. Je mierou náročnosti uvedenia telesa do otáčavého pohybu vzhľadom na os rotácie. Označujeme ju väčšinou I. Moment zotrvačnosti slzy otáčajúcej sa okolo zvislej osi je menší ako moment zotrvačnosti kruhovej reťaze otáčajúcej sa okolo tejto zvislej osi a ešte väčší moment má reťazový kruh kolmý na os otáčania. Smer osi je zadefinovaný rotáciou ruky, keď je os rotácie zvislá. Príroda veľmi často využíva symetriu a kruh má vo fyzike pri rotačných pohyboch výhradné postavenie. Zrýchľovaním rotácie dochádza k zväčšovaniu odstredivej sily, ktorá kruh čoraz viac otvára. Keď už má laso kruhový tvar, je preň jednoduchšie (energeticky výhodnejšie) sa točiť okolo osi kolmej na vytvorený kruh.
Prax
Na internete sa dajú nájsť videá, na ktorých kovboji alebo fyzici krúžia lasom takisto ako v našom pokuse. Pri dostatočnej zručnosti je možné aj naším lasom krúžiť okolo tela. Klasické laso tvorené celé z rovnakého materiálu dokážu šikovné ruky točiť nielen vodorovne, ale aj zvislo, prípadne nad hlavou a pod. V prípade klasického lasa je dokonca ešte jedno špecifikum, a to, že jeho kruhová časť sa môže uťahovať alebo, naopak, rozťahovať, čo prináša ďalšie úskalia do nácviku hodu lasom. Preto je náš pokus len zjednodušením reálneho lasa.
PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Foto a video Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzity Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.
