ZÁKON AKCE A REAKCE. Běžkyně působí na zem ve vodorovném směru akcí (modrá), zem působí naopak na ni reakcí (červená).

Transkript

1 Určitě už jste slyšeli nějaké rodiče tvrdit, že facka, kterou dali svému dítěti, je bolí více než potrestaného potomka. Kromě psychické bolesti (kterou měřit neumíme) je na tom tvrzení něco pravdy i z čistě fyzikálního hlediska.

2 Zkuste dlaní mírně bouchnout třeba do stěny. Určitě pocítíte, že zatímco působíte při úderu na zeď, ta vám to oplácí a působí na vás.

3 Běžkyně působí na zem ve vodorovném směru akcí (modrá), zem působí naopak na ni reakcí (červená).

4 Nyní si určitě vzpomenete na řadu příkladů, kdy působíte na něco silou a naopak to, na co působíte, působí zpětně na vás. Už jen když v klidu stojíte, působíte silou na zem a zem naopak tlačí na vaše chodidla.

5 Při šplhání po laně taháte za lano směrem dolů a lano vás na oplátku vytahuje nahoru. Také chodit můžete díky tomu, že "odstrkujete nohama zem dozadu" a zem vám to oplácí tím, že vás postrkuje dopředu (pokud na náledí kvůli malému tření začnete prokluzovat - "přestanete odstrkovat zem" - nepohnete se z místa).

6 Vlastně ve všech příkladech silového působení, které si dokážete vymyslet, byste vždy měli najít takové vzájemné působení: Jestliže jedno těleso působí na druhé určitou silou (říkáme jí akce), pak také druhé těleso zároveň působí na první silou, které říkáme reakce

7 Platí to dokonce pro úplně všechny síly, i ty, co působí na dálku, jako třeba gravitace: Slunce přitahuje obíhající Zemi, ale obráceně také Země přitahuje Slunce (jako každé jiné hmotné těleso).

8 Ještě si rozmyslete a vyzkoušejte, co platí pro akci a reakci. Jak je to s jejich směry? Postavte se před zeď a zatlačte do ní rukama. Zeď vás přitom odstrčí reakcí zpátky - na opačnou stranu. Snadno si rozmyslíte, že i ve všech ostatních případech má síla reakce vždy opačný směr než síla akce.

9 A jak je to s velikostmi akce a reakce? Zahákněte proti sobě dva siloměry, jeden podržte na místě a za druhý zatáhněte. Oba siloměry ukážou stejně velkou sílu. To znamená, že akce, kterou působí první siloměr na druhý, má stejnou velikost jako reakce, kterou působí druhý siloměr na první.

10 Také to, že akce a reakce mají stejnou velikost, platí ve všech případech. Tedy například i člověk přitahuje Zemi stejně velkou silou, jako Země přitahuje člověka! Rozdíl je pouze v tom, že Země je mnohem těžší, a proto při seskoku z bedny pozorujeme, jak člověk padá k Zemi a to, že Země ve skutečnosti také trošinku padá k člověku, vůbec nepostřehneme (síla, která přitáhla člověka, s těžkou Zemí skoro vůbec nepohne).

11 O působení akce a reakce je potřeba říct ještě jednu zdánlivě samozřejmou skutečnost. Reakce vzniká jen tehdy, působí-li nějaká akce. Jakmile akce přestane působit, zanikne také reakce. To se obvykle formuluje tak, že akce a reakce současně vznikají a zanikají.

12 Pokud by tomu tak nebylo, mohlo by docházet ke kuriózním situacím. Například bychom se odrazili od země (působíme na ni krátkou dobu akcí), země by na nás působila delší dobu reakcí a neustále by nás strkala nahoru tak, že bychom letěly jako raketa.

13 Protože mají akce a reakce stejnou velikost a opačný směr, mohli bychom říct, že se vzájemně odečtou - jejich součet je nula. Ale pozor! To co jsme si říkali o součtu sil, platí pro síly působící na nějaký stejný předmět. V případě akce a reakce však každá síla působí na něco jiného: Když se opíráme o zeď, působí naše síla akce na zeď, kdežto reakce zdi působí na nás. Takové dvě síly proto nemá smysl sčítat.

14

15 Zákon akce a reakce, který stručně říká, že dvě tělesa na sebe vzájemně působí stejně velkými silami opačného směru, které zároveň vznikají a zanikají, tedy vlastně vůbec se skládáním sil nesouvisí a je to samostatná a důležitá vlastnost všech sil.

16 Autíčko na balónkový pohon Dneska je tu výrobek, který funguje na principu zákona akce a reakce. Pomůcky: balónek, nůžky, karton (z krabice), brčko, fixy nebo pastelky, špejle, krabička od filmu, 4 víčka od plastových lahví, vteřinové lepidlo, kružítko, izolepa

17 Postup: Z kartonu vystřihneme libovolný útvar aerodynamického tvaru a z horní strany jej pomalujeme. Ze spodní strany přilepíme izolepou dva kousky brček zhruba do jedné a dvou třetin útvaru tak, aby obrazec mírně přesahovala.

18 Brčky provlékneme kusy špejlí tak, aby o centimetr na každé straně vyčnívaly z brček. Na konce špejlí přiděláme kolečka z víček od limonád tak, že do středu víčka vyvrtáme kružítkem otvor na tloušťku špejle. Shora přilepíme na konec autíčka vteřinovým lepidlem krabičku od filmu bez víčka, v jejímž dně jsme udělali otvor.

19 Dno s otvorem musí být na konci autíčka. Na otevřenou část krabičky navlékneme nafukovací balónek a otvorem ve dně krabičky jej nafoukneme. Potom již položíme autíčko na zem a ucpaný otvor uvolníme.

20

21 Vysvětlení: Z balónku otvorem uniká vzduch a pohání autíčko na principu zákona akce a reakce opačným směrem.

22 Na vzpěrače, který drží v klidu činku, působí tíha činky. Tíhu označíme jako akci. Svaly vzpěrače vyvolávají opačnou sílu, tzv. reakci. Akce a reakce jsou stejně velké síly. Působí ve stejné přímce, mají však opačný směr.

23 Působí vždy současně a jakmile zanikne jedna síla, mizí i druhá. Akce působí na jedno těleso, reakce na druhé. Uvedené poznatky můžeme shrnout do třetího Newtonova pohybového zákona.

24 Tajemná baňka Pomůcky: Plechovka, na kterou jsou připájeny trysky (viz obrázek). Použití: Plechovku naplníme zčásti předehřátou vodou (např. pomocí varné konvice) a zahříváme nad kahanem. Uvolňuje se pára, která uniká tryskami z plechovky. Na základě zákona akce a reakce (příp. zákona zachování hybnosti) se plechovka roztočí.

25

26 Toto zařízení bylo známo již ve starém Egyptě a jeho vynález se připisuje Heronu Alexandrijskému (2. stol. př. n. l.). Jde o Heronovu parní baňku, která byla jedním z prvních reaktivních motorů.

27 Reaktivní (tryskový) motor motor, pracující na principu zákona akce a reakce. Síla, kterou reaktivní motor vyvíjí, se nazývá tah. Je úměrná množství a rychlosti média, které motor opouští. Aby tato rychlost byla co největší, je reaktivní motor vybaven vhodně tvarovanou tryskou. Princip je znám už od starověku, kdy byl malý kotel ohříván nad ohništěm a pára z něj byla vedena trubkami do kulové nádoby s tryskami, kulová nádoba pak rotovala kolem trubek.

28

29 MODEL REAKTIVNÍHO MOTORU Pomůcky: Plastová láhev ( 2 litry), uzávěr s auto ventilkem, čepička k ventilku, hustilka, lehký dětský vozík (hračka), gumičky Příprava: Plastovou láhev dobře uzavřeme uzávěrem, ve kterém je zabudován auto ventilek. Pomocí hustilky nahustíme láhev vzduchem na tlak asi 0,4 MPa. Láhev upevníme gumičkami na lehce pohyblivý dětský vozík.

30

31 Provedení: Vozík s upevněnou láhví položíme na volnou podlahu a čepičkou uvolníme rychle ventilek. Vozík se rozjede opačným směrem, než je směr unikajícího vzduchu z láhve. Pokus několikrát opakujeme. Vysvětlení: Vyplývá ze zákona zachování hybnosti.