Rázostroj

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Rázostroj s pěti koulemi

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.

Konstrukce[editovat | editovat zdroj]

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.

Fyzika rázostroje[editovat | editovat zdroj]

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 srážkámenergie se při srážce nesmí přeměňovat v teplo ani v deformační energii. Žádný rázostroj ve skutečnosti nepracuje beze ztráty (viz perpetuum mobile), ovšem může být v chodu velmi dlouhou dobu. Jedná se o téměř dokonale izolovanou soustavu, neboť při pohybu koulí je zanedbatelný odpor vzduchu i práce potřebná k ohnutí (deformaci) nití nebo vlasců, na kterých jsou koule zavěšeny.

Hybnost[editovat | editovat zdroj]

Základním pokusem je ukázka zákona zachování hybnosti – jedno z krajních 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 kouli, která má stejnou hmotnost jako první, je rychlostí v vymrštěna pryč.

Kinetická energie[editovat | editovat zdroj]

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 vychýlena dvě krajní kyvadla.

Vysvětlení: Kromě zákona zachování hybnosti platí i zákon zachování energie izolované soustavy. V okamžiku srážky především energie kinetické, která se rovná \frac{1}{2} m v^2.

Oba zákony zachování musí platit vždy a tedy při vychýlení dvou kyvadel:

2 m v = M V,
\frac{1}{2} 2m v^2 = \frac{1}{2} M V^2,

kde M je neznámá hmotnost, která by měla být odmrštěna a V rychlost tohoto odmrštění.

Z uvedené soustavy dvou rovnic plyne řešení:

V = v
M = 2 m

Historie rázostroje[editovat | editovat zdroj]

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.

Další podobná zařízení[editovat | editovat zdroj]

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.

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]