Newtonova houpačka - rázostroj z kuliček

28. duben 2010 | 06.00 |

rázostrojOblíbenou dekorací fyzikálních kabinetů je houpačka sestavená z několika v řadě za sebou stejně velikých tvrdých kovových kuliček zavěšených na dvojitých závěsech. Vychýlením jedné nebo několika kuliček z klidové polohy a jejich následné puštění vyvolá periodický kmitavý pohyb dalších kuliček, které odskočí z druhého konce řady kovových kuliček. Tomuto zařízení se říká rázostroj, ale bývá označováno také jako Newtonova houpačka, i když původní myšlenka rázostroje pochází od francouzského fyzika Edme Mariotta (1676).

Rázostroj slouží k velmi názorné demonstraci srážek kuliček a tím pádem k objasňování dvou významných fyzikálních zákonů - zákona zachování hybnosti a zákona zachování mechanické energie. Protože povrch kuliček bývá tvrdý a kuličky jsou kvůli odstranění boční výchylky na dvojitém závěsu, dochází téměř k dokonale pružným srážkám, při kterých kuličky dále kmitají. Podle kvality provedení rázostroje mohou kuličky  kmitat dostatečně dlouhou dobu, než se vlivem odporových sil a působící třecí síly v závěsech, časem zastaví. Jde o téměř dokonale izolovanou soustavu, kde se dodaná energie přeměňuje ve své další formy: například potenciální energie vychýlené kuličky se při jejím puštění mění na pohybovou energii a také na teplo. Přesto bývá rázostroj z neznalosti obchodníků prodáván pod nesmyslnými názvy jako perpetuum mobile.

Zákon zachování hybnosti demonstrujeme vychýlením jedné z krajních kuliček. Po uvolnění dojde nárazu padající kuličky do kuliček v klidu. Přitom je přenášena hybnost z jedné dotýkající se kuličky na druhou až u poslední dojde k jejímu výkyvu, ale ostatní zúčastněné kuličky zůstanou bez pohnutí na svých místech. Celková hybnost takové izolované soustavy tvořené kyvadélky z kuliček se podle druhého Newtonova zákona nemění s časem. Hybnost se přenese přes dotýkající se kuličky na poslední kuličku, která je stejnou rychlostí jako padající kulička vymrštěna vzhůru.

Ověřování zákona zachování mechanické energie spočívá v tom, že se vychýlí najednou dvě a více krajních kuliček. Pak se na druhém konci  rázostroje oddělí vždy stejný počet kuliček jako bylo vychýlených na počátku.

Dnes bývá čím dál více využíván  rázostroj jako zajímavá dětská hračka a v luxusnějším provedení jako mechanická dekorace bytů, pracoven či kanceláří. Periodické kmitání a ťukání kuliček rázostroje bývá spojováno spíše s relaxačními účinky než s fyzikálním rozborem problémů.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1 (11x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

RE: Newtonova houpačka - rázostroj z kuliček laboranth 28. 04. 2010 - 22:47
RE: Newtonova houpačka - rázostroj z kuliček noname* 02. 08. 2010 - 10:03