Síla a Newtonovy zákony
Přihlásit se
Síla a Newtonovy zákony (3/7) · 8:00

Třetí Newtonův pohybový zákon Každá akce vyvolává stejně velkou reakci opačného směru.

Navazuje na Pohyb ve dvou rozměrech.
Nyní jsme připraveni na třetí Newtonův pohybový zákon. Opět jste o něm už pravděpodobně slyšeli ostatní hovořit, ale v tomto videu se chci ujistit, že opravdu chápeme, o čem Newton mluví, když říká, že – a toto je překlad latinské verze jeho zákonu – „Na každou akci připadá...“ – jen aby bylo jasno, Newton byl sice Angličan, ale psal v latině, protože lidé v té době psali texty v latině, protože byla vnímána jako „serióznější“ jazyk. Každopádně: „Na každou akci připadá vždy přesně stejná reakce opačného směru“ Nebo: „Síly vzájemného působení dvou těles jsou vždy stejné a mají opačný směr.“ Takže to, co Newton říká, je, že nemůžete působit silou na těleso bez toho, aby dané těleso působilo opačnou silou na vás. Jen pro objasnění: Řekněme, že máme... ...o těchto příkladech budeme mluvit za chvíli.... Dejme tomu, že mám nějaký kvádr, přímo tady, a hýbu s ním. Tlačím na něj a pokouším se ho posunout vpřed. Takže toto je má ruka a snaží se tlačit na tento kvádr a vyvinout tak sílu v tomto směru, takovou, aby se kvádr hýbal doprava. Možná se tento kvádr nachází na nějakém ledovém povrchu, takže se může pohybovat. Dejme tomu, že mám nějaký... ...tohle nevypadá moc jako led... ...použiju nějakou „ledovější“ barvu... Takže kvádr leží na povrchu ledu. Takže třetí Newtonův zákon říká: Podívejte – můžu zatlačit na tenhle kvádr a tím na něj samozřejmě působím silou. A tato síla urychlí kvádr za předpokladu, že kvádr překoná třecí sílu. Kvádr je na ledě, tak by to mělo jít. Kvádr však bude působit stejně velkou silou opačného směru na mě. Pro přímý důkaz – toto je něco, co možná není až tak intuitivní, když říkám „stejně velká síla opačného směru“, ale přímý důkaz o tom, že kvádr vyvíjí stejně velkou sílu opačného směru, je, že na mou ruku je vyvíjen tlak. Cítím tlak, který na moji ruku tento kvádr vyvíjí. Zkuste to: Zatlačte svou rukou na stůl nebo na cokoli jiného, co máte poblíž. A zjevně vyvíjíte sílu na desku stolu. Nakreslím to. Takže řekněme, že máme stůl, a když zatlačím na desku toho stolu... Takže ještě jednou, tohle tady je moje ruka, která tlačí na stůl. Pokud tlačím na stůl, což já právě teď při natáčení tohoto videa dělám, uvidíte, že... evidentně vyvíjím sílu na desku stolu. Pokud působím velkou silou, může se stůl i třást nebo naklonit. To vlastně také právě teď dělám, ale zároveň také vidíte, že vaše ruka začíná cítit tlak. Vaše dlaň je stlačována, cítí tlak. A to proto, že deska stolu na vás působí stejně velkou silou opačného směru. Pokud by to tak nebylo, necítili byste žádnou sílu, protože byste necítili tlak, zdálo by se, že na vaši ruku nepůsobí žádný tlak. Uvedu další příklad: Řekněme, že se procházíte třeba po pláži a je tam nějaký písek. Pokud si stoupnete na tento písek... ...řekněme, že tohle je vaše bota... ...nakreslím ji, jak nejlépe to půjde... Takže tohle je tedy vaše bota. Pokud se postavíte na písek, zjevně vyvíjíte na tento písek nějakou sílu. Působíte tedy silou na písek. Síla, kterou působíte na písek, je síla vyvolaná vaší hmotnosti, tedy gravitační působení mezi vámi a Zemí. Takto vy působíte na písek. Reakce písku také potvrzuje tohoto působení, část písku se totiž posune a vytvoří vaši stopu. Písek se částečně přesune z cesty, protože je silně tlačen směrem dolů. Zjevně tedy na písek působíte jistou silou. Ale písek na vás také působí silou, a to stejně velkou, ale opačného směru. A jak se dá tohle dokázat? No, pokud věříte v pravdivost druhého Newtonova zákona, tak když na vás Země působí gravitační silou, měli byste se pohybovat směrem dolů s určitým zrychlením, pokud tedy nepůsobí nějaká další síla, která tuto sílu vyrovnává. A tato síla, která vyrovnává gravitační sílu, je právě ta síla, kterou na vás směrem vzhůru působí písek. Tedy když je sečtete, je výsledná síla působící na vás rovna nule. A to je důvod, proč zůstanete na místě, proč se váš pohyb nezačne zrychlovat směrem dolů do středu Země. Uvedu další příklad. Tohle je možná nejznámějším příkladem třetího Newtonova zákona, týká se toho, jak fungují rakety. Když se raketa snaží uniknout z atmosféry nebo když jste třeba ve vesmíru, není zde nic, od čeho by se dalo odrazit a co by vám umožnilo dosáhnout zrychlení. Takže s sebou berete materiál, který vám pomůže se „odrazit“, ve svých palivových nádržích. A pokud dojde k příslušné chemické reakci nebo k příslušnému spalování, dojde k vyloučení plynu na konci rakety, a to velmi vysokou rychlostí. A každá z částic, na něž vyvíjíte dostatečnou sílu... i když je hmotnost částic velmi malá, jejich rychlost je obrovská, takže budou ohromně urychleny. Tím se vytváří opačná síla stejné velikosti působící na raketu. Ve skutečnosti dochází k vylučování plynů. A to je to, co umožňuje raketě zrychlit, ačkoli v blízkém okolí není nic, od čeho by se raketa mohla „odrazit“. Prostě jen vypouští spoustu částic, urychluje spoustu částic obrovskou rychlostí, působí sílou na všechny tyto částice. A to umožňuje vyvinout stejně velkou sílu opačného směru k urychlení rakety vpřed. A další příklad: Pokud budete někdy unášeni ve vesmíru... – a toto je užitečný příklad, abyste nebyli unášeni prostorem donekonečna. Řekněme, že... – jistě nechceme, aby se to stalo – že tento astronaut nějakou náhodou ztratil spojení s touto mechanickou paží raketoplánu a že začal být unášen pryč. Co může tento astronaut udělat, aby změnil směr svého pohybu tak, aby se vrátil zpět k raketoplánu? Když se rozhlédnete, není tu nic, od čeho by se dalo odrazit, není zde žádná zeď k odrazu, a přepokládejme, že nemá raketové trysky nebo něco podobného. Co tedy může udělat? No, jedna věc, kterou můžete udělat, a to v situaci, kdy jste unášeni ve vesmírném prostoru, je najít nejtěžší, tedy přesněji nejhmotnější věc, co máte u sebe, – rozdíl mezi hmotností a tíhou si vysvětlíme v nějakém budoucím videu – takže byste měli najít tu nejhmotnější věc, kterou máte u sebe a kterou můžete sundat a odhodit. A měli byste ji odhodit opačným směrem. Dovolte mi to ukázat takhle. Pokud hodím... – řekněme tedy, že jsem ve vesmíru a vznáším se. ...vytvořím něco, co bude vypadat jako rukavice... Takže řekněme, že toto je astronautova rukavice a tady je jeho ruka, tak. A řekněme, že astronaut u sebe najde nějaké nářadí, které může odhodit, které vezme se své výbavy, a zároveň najde ten nejhmotnější předmět, kterým může hodit. Takže po nějakou dobu, co astronaut tlačí předmět od sebe pryč, vyvíjí na daný předmět sílu do té doby, dokud s ním má nějaký kontakt. A celou tu dobu, co předmět zrychluje, zatímco astronaut na něj působí silou, bude působit stejně velká síla opačného směru na astronautovu ruku neboli na astronauta samotného. Takže tímto způsobem předmět zrychluje v jednom směru, zatímco na astronauta, který na něj tlačí, bude působit zrychlení tímto směrem. Takže je potřeba hodit předmět v opačném směru a to umožní astronautovi dosáhnout zrychlení směrem k raketoplánu a snad se tam i něčeho zachytit.
video