Rázostroj
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Rázostroj neboli Newtonova houpačka je zařízení k názorné demonstraci srážek a zákonů zachování energie a hybnosti. Základem konstrukce je několik koulí umístěných na závěsu bezprostředně vedle sebe. Pro odstranění boční výchylky je závěs dvojitý. Často se rázostroj také využívá jako zajímavý doplněk kanceláře nebo pracovny.
Obsah |
[editovat] Konstrukce
Jde o řadu kyvadel na dvojitém závěsu. Jako závaží těchto kyvadel se používají pravidelné koule (stejně velké a hmotné). Materiálem těchto závaží bývá kov, někdy také sklo nebo dřevo. Důraz je ovšem kladen především na tvrdost.
[editovat] Fyzika rázostroje
Na rázostroji se pozorují jevy související s výměnou kinetické energie a hybnosti a to konkrétně při kolizi jednotlivých koulí. Materiál musí být tvrdý, aby docházelo pokud možno k ideálně pružným srážkám – energie se při srážce nesmí přeměňovat v teplo. Žádný rázostroj ve skutečnosti nepracuje beze ztráty (viz perpetuum mobile), ovšem může být v chodu velmi dlouhou dobu.
[editovat] Hybnost
Základním pokusem je ukázka zákona zachování hybnosti – jedno z krajích kyvadel je vychýleno a po uvolnění dojde k pohybu a srážce závaží. Hybnost je z jednoho dotýkajícího se závaží přenášena na druhé a až u posledního dojde k výkyvu. Ostatní zúčastněné koule zůstanou bez pohnutí na svých místech.
Vysvětlení: Z druhého Newtonova zákona vyplývá, že hybnost izolované soustavy (rázostroje) zůstává v čase konstantní. Celková hybnost v okamžiku první srážky se rovná m.v (m – hmotnost pohybující se koule, v – rychlost pohybující s koule). Hybnost se přenese přes dotýkající se koule a poslední koule, která má stejnou hmotnost jako první, je rychlostí v vymrštěna pryč.
[editovat] Kinetická energie
Dalším pokusem je vychýlení dvou a více krajních závaží najednou. Při uvažování pouze zákona zachování hybnosti by se dalo očekávat, že poslední koule bude vymrštěna dvojnásobnou rychlostí (2.m.v = m.2.v). K tomu ovšem nedojde a místo toho jsou vychýleny dvě krajní kyvadla.
Vysvětlení: Kromě zákona zachování hybnosti platí i zákon zachování energie izolované soustavy. V okamžiku srážky především energie kinetické, která se rovná 1/2 m . v2.
Oba zákony zachování musí platit vždy a tedy při vychýlení dvou kyvadel:
2.m.v = M.V,
1/2 2.m . v2 = 1/2 M.V 2,
kde M je neznámá hmotnost, která by měla být odmrštěna a V rychlost tohoto odmrštění.
Z toho plyne: V = v, M = 2.m
[editovat] Historie rázostroje
Původní idea pochází od francouzského fyzika Edme Mariotta (1676). Rázostroj byl dlouho oblíbený především jako dětská hračka a v současnosti je možné ho sehnat jako zajímavou dekoraci.
[editovat] Další podobná zařízení
Kromě lineárně řazených závaží existují i složitější rázostroje plošné ([1]) a například i kulečník je typickým představitelem tohoto typu zařízení – zde ovšem do hry vstupují i vektory.
