Družice, ktoré mieria k vzdialeným vesmírnym telesám, často po svojej ceste preletia okolo niektorej z planét, aby tým získali rýchlosť. Tento manéver ste možno videli aj v niektorom z mnohých sci-fi filmov s vesmírnou tematikou. Hovorí sa mu gravitačná katapultáž a ak čo-to o fyzike viete, isto vám bude v niečom podozrivý.
Keďže vo svete funguje zákon zachovania energie, v gravitačnom poli sa nedá energia len tak získať. Platí, že ak sa telesá k sebe približujú, tak zrýchľujú. No keď sa od seba vzďaľujú, rýchlosť zasa strácajú a vo výsledku sa pred interakciou a po nej pohybujú rovnako rýchlo. Napriek tomu to funguje a napríklad družica New Horizons, ktorá pri svojej ceste k Plutu preletela v roku 2007 okolo Jupitera, zväčšila svoju rýchlosť o 4 km/s. Ako to teda je?
Rýchlosť navyše
Predstavte si veľmi ťažké teleso, napríklad bowlingovú guľu, a veľmi ľahké teleso, napríklad pingpongovú loptičku, ako idú proti sebe a zrazia sa. Ťažká guľa si túto malichernosť ani nevšimne a celý čas sa bude pohybovať rovnako rýchlo. Z pohľadu ľahkej loptičky to však vyzerá tak, že sa k nej ťažká guľa približuje veľkou rýchlosťou. Po pružnej zrážke sa bude touto rýchlosťou od nej vzďaľovať a keď sa vrátime do pohľadu, v ktorom sa hýbe bowlingová guľa konštantou rýchlosťou, pingpongová loptička si zrazu odniesla okrem svojej pôvodnej rýchlosti dvojnásobok rýchlosti ťažkého telesa. V skutočnosti je to teda tak, že pri zrážke veľmi malú časť svojej energie veľké teleso stratí a malé ju získa. Pre veľké teleso je táto strata zanedbateľná, no pre to malé má veľké dôsledky.
Vo fyzike takémuto procesu hovoríme zrážka, ale ide všeobecne o situáciu, keď dve telesá interagujú len krátky čas a predtým aj potom sa pohybujú nerušene. A nemusia sa ani dotknúť, ich interakcia môže byť sprostredkovaná na diaľku, napríklad gravitáciou. Zrážka Jupitera a spomínanej družice nebola úplne čelná, preto družica získala iba časť z tejto maximálnej rýchlosti.
V športe a naopak
Takto to funguje v mnohých iných situáciách, ktoré poznáme hlavne z loptových športov. Teleso, ktoré naráža, nemusí byť nevyhnutne veľmi ťažké. Stačí, aby malo pred zrážkou, počas nej a po nej rovnakú rýchlosť. To sa dá zabezpečiť aj tým, že niekto teleso tlačí a v zrážke mu nedovolí spomaliť. Tak to je pri tenisovom podaní – úlohu ťažkého telesa hrá raketa a úlohu ľahkého loptička. A úlohu pretláčača hráč alebo hráčka. Ak loptička letela rýchlosťou 200 km/h, rakete stačilo pohybovať sa polovičnou rýchlosťou.
Pri tomto vám možno napadnú aj ostatné raketové športy, ale napríklad aj golf, hokej alebo bejzbal. Vo všetkých prípadoch je vidieť, ako náčinie, ktoré držíme v rukách pri správnom vykonaní úderu, pokračuje po kontakte s loptou alebo pukom ďalej. Hovoríme, že úder treba dotiahnuť a okrem zlepšenej presnosti to pridáva nášmu úderu razanciu.
No a celý tento proces môže prebiehať aj opačným smerom; na obrázku stačí všetky šípky otočiť naopak. Ľahké teleso pri vhodnom prelete ťažkého telesa – takom, že ho dobieha namiesto toho, aby išlo proti nemu – dokáže stratiť veľkú časť svojej energie. Takto sa napríklad brzdia družice, ktoré sa majú dostať blízko k Slnku. Na to treba družicu spomaliť a namiesto toho, aby sme minuli drahocenné palivo, necháme ju spomaliť planétou. Takisto sa dá podobný trik spraviť v tenise a ďalších športoch. Možno ste už videli hráčov, ako veľmi elegantne na rakete zachytia loptu, ktorá ich smerom letela cez celý kurt.
Text a ilustrácia Juraj Tekel
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space. Vedátora môžete sledovať aj prostredníctvom bezplatnej mobilnej aplikácie.
