Uživatel:Jakuba Škrdla/Úvahy/Newton a plameňák
Působení
[editovat]Třetí Newtonův zákon je aplikací téže síly na vzájemné působení mezi dvěma různými předměty.Tento zákon vyžaduje zachování impulsu.V součinnosti se zákonem zachování energie umožňuje porovnávat různé hmoty bez měření síly jako při vážení.Vyžaduje to dokonalou pružnost jakou mají třeba kulečníkové koule.Jestliže chceme zjistit, jestli mají dvě kulečníkové koule stejnou hmotu,stačí když do stojící kulečníkové koule narazíme pohybující se kulečníkovou koulí,která se pohybuje rychlostí v.Mají-li koule stejnou hmotu pohybující se koule se zastaví a stojící koule se začne pohybovat rychlostí v.
Porovnání
[editovat]Na základě třetího Newtonova zákona lze porovnávat hmoty dokonale pružných těles bez měření síly.Je třeba,aby se mechanická energie úplně přeměnila v pružnou energii koulí.Kulečníkové koule se hodně blíží ideálu dokonale pružných rázů.
Rázy
[editovat]Zákony zachování energie a impulsu jsou důležité u jednoho typu mechanických procesů,rázů(srážek).Srazí-li se dvě kulečníkové koule,okamžik dotyku je tak krátký a plocha dotyku tak malá,že můžeme uvažovat,že při tom jedinou působící silu je kontaktní tlak mezi oběma koulemi.Na tuto situaci můžeme proto aplikovat zákon zachování impulsu,protože jedinou silou je zde vzájemné působení mezi oběma koulemi.
Impuls mv bezprostředně před srážkou se proto musí rovnat celkovému impulsu po srážce m(u1 plus u2),u1,u2 jsou rychlosti koulí bezprostředně po srážce.V tomto případě zákon zachování impulsu říká,že součet rychlostí po nárazu se rovná rychlosti první koule před nárazem,v=u1 plus u2.Hmota obou koulí je stejná.
Rázy bývají velmi různé podle toho mění-li se mechanická energie při tomto procesu v teplo nebo ne.To závisí na materiálu z něhož jsou koule vyrobeny.Kulečníkové koule se hodně blíží ideálu dokonale pružných rázů při nichž teplo nevzniká.
Očekáváme tedy,že mechanická energie bude konstantní.To vyžaduje tedy,aby se kinetická energie bezprostředně před rázem rovnala energii po rázu.Tedy platí rovnice 1/2m (u1 na druhou plus u2 na druhou)=1/2mv na druhou.Zkrátíme činitelem 1/2m a použijeme výsledku zachování impulsu a máme: u1 na druhou plus u2 na druhou=(u1 plus u2) na druhou.A tedy u1 na druhou plus u2 na druhou = u1 na druhou plus u2 na druhou plus 2u1u2.Musí se tedy u1u2=0.Proto jedna z koulí musí být po nárazu v klidu.A to musí být ta první,která se před nárazem pohybovala.
Dokonale pružný ráz
[editovat]Při srážce dokonale pružných těles lze předpokládat,že jedinou působící silou je kontaktní tlak mezi oběma tělesy a tedy že dojde k zachování impulsu během rázu.Zároveň dokonalá pružnost těles předpokládá,že při rázu se nemění kinetická energie v teplo,ale pouze na pružnou energii a ta opět na kinetickou energii,takže pří rázu dojde k zachování energie.Tedy při rázu dokonale pružných těles dochází jak k zachování impulsu tak k zachování energie.To např.umožňuje porovnávat hmoty bez měření síly díky aplikaci jediné síly třetím Newtonovým zákonem.
Dokonale nepružný ráz
[editovat]Jiným mezním případem jsou tělesa dokonale nepružná.U nich se všechna energie vynaložená na pružnou deformaci přemění během rázu v teplo.Ani část se jí znovu neobnoví jako energie mechanická.Je tedy zřejmé,že koule se budou pohybovat tak dlouho dokud neustane jejich relativní pohyb,t.j. dokud se nebudou pohybovat stejnou rychlostí.Při srážce dvou stejných dokonale nepružných předmětů,např.sněhových koulí,tedy očekáváme,že jejich rychlosti po srážce si budou rovny a v důsledku zachování impulsu se budou rovnat polovičí rychlosti v.
Vlastnosti
[editovat]To,že jediná síla ve fyzice stačí k zachování impulsu a umožňuje porovnávat hmoty bez měření síly je zajímavé.V živé přírodě je zase zajímavé,že k rozpoznání mnohých zvířat stačí jediná jejich vlastnost.Např.lev má hřívu,zebra má pruhy.žirafa má dlohý krk.Ale nejzajímavější je,že plameňák stojí na jedné noze.Mluvili o to v pořadu Meteor na ČRo 2 8.7.2017.Jena z teorií byla ta,že plameňák stáním na jedné noze šetří energii.Ukázala se jako správná.
Němečtí vědci si dali přivézt dva uhynulé,zmražené pelikány.Z bedny jim vyčnívaly dlouhé nohy.Když ty plameňáky pozvedly za obě nohy tak se nic nedělo.Když ale plameňáka pozvedly za jednu nohu,tak se z ní stala pevná tyč.Ale pružná jako stanová tyčka.Kloub v té noze prostě zaklapnul.Mechanismus toho zaklapnutí se zkoumá.Uvažuj se ,že by tak mohli stát i roboti z důvodu šetření energií.Pro pelikána stání na takto pevné noze je prostě snazší.Příroda je geniální inženýr.Ať je to příroda živá či neživá.Jediná síla umožňující zachování impulsu zjednodušuje porovnávání hmot.A stání pelikána na jedné noze zase od něj vyžaduje menší úsilí.
Závěr
[editovat]Dokonale pružnými rázy lze porovnávat hmoty bez měření síly.A u dokonale nepružných rázů se zase předměty pohybují vůči sobě tak dlouho dokud nepřestane tento relativní pohyb a nezačnou se pohybovat stejně rychle.