Jít na vyhledávání

Fyzikální poradna

Máš nějaký dotaz?

Pokud se chceš na něco zeptat, napiš nám e-mail s předmětem „Fyzikální poradna“ na adresu:

poradna@svetenergie.cz / nebo využij kontaktní formulář
20. 09. 2020
Autor

Odpovídá: Jaroslav Koreš

Ilustrační fotografie (Zdroj: ©  Menyhert / stock.adobe.com)

Proč jedno těleso natáhne pružinu více než druhé?

Dobrý den, řešíme s přáteli jednoduchý příklad, ve kterém jsou na pružinách zavěšena dvě různě hmotná tělesa. Otázka zní, proč jedno těleso natáhne pružinu více než druhé.
Předpokládá se odpověď, že je tomu proto, protože na hmotnější těleso působí Země větší gravitační silou. Dovoluji  si s tímto tvrzením nesouhlasit a dovolávám se několika postulátů.
1. Gravitační síla je, zjednodušeně řečeno, výsledkem vzájemné silové interakce například mezi Zemí a dalším tělesem, proto se nedá říco, že to Země působí různými gravitačními silami...
2. To jakou silou těleso, v našem případě Země, přitahuje jiná tělesa je odvislé od hmotnosti obou těles a jejich vzájemné vzdálenosti, kdybychom to chtěli vytrhnout z kontextu, pak bychom mohli tvrdit, že síla, s jakou Země k sbě "přitahuje" druhá tělesa je odvislá od hmotnosti Země..., Země přitahuje kilogramové závaží, a kilogramové závaží přitahuje Zemi, protože je ale Země nesrovnatelně hmotnější, je přitahováno závaží k Zemi, a my nepozorujeme, že by byla Země přitahována k závaží...
3. Země přitahuje závaží a závaží přitahuje, byť neznatelně, Zemi. Roli hraje hmotnost obou těles, která bývá zaměněna za tíhovou sílu, výslednici působení gravitační síly, setrvačné síly a případných dalších sil. 1 kg hmotné závaží má na Zemi i na Měsíci stále hmotnost jeden kg, nicméně bude na obou tělesech působit njinou tíhovou silou, v důsledku jiné výsledné, ze vzájemné interakce vzešlé, gravitační síly.
4. Země uděluje tělesům stejné gravitační zrychlení na kilogram hmotnosti (přitažlovost Země je téměř stejná u hladiny moře jako na vrcholu hory, pro zjednodušení tedy 10N na kg hmotnosti, důsledkem rozdílné hmotnosti "Zemí přitahovaných těles" je pak tíhová síla, s jakou tato tělesa působí na další tělesa.

Domnívám se tedy, že správnější odpovědí na výše uvedený poříklad je, že jedno tělerso natáhne pružinu více než druhé právě proto, protože na pružinu působí větší tíhovou silou.

Můžete mne, prosím, opravit a poučit, pokud se mýlím?

Za Vaši laskavou odpověď Vám, předem děkuji a jsem s úctou, Jan

Jane, dobrý den, děkuji za novou otázku do naší poradny.

Popravdě nemám moc, co bych na vašem dotazu opravil či dovysvětlil. Je pravda, že ve fyzice si často pomáháme zjednodušeními, ale nemělo by to být na úkor pochopení principu. Někomu může přijít vaše otázka a má odpověď jako slovíčkaření, ale je v ní ukryt smysl vzájemného silového působení.

Zkusím to tedy popsat, jak bych to vysvětlil já, myslím, že se budeme shodovat.

Je jasné, že natahování pružiny je způsobeno silou. Obecně se silami zabývají Newtonovy zákony, my budeme potřebovat 2. a 3.

Druhý Newtonův zákon popisuje to, že velikost síly, kterou působíme na těleso závisí na hmotnosti onoho tělesa a zrychlení, s jakým se pohybuje. Takže čím více chceme těleso zrychlit, tím silněji na něj musíme působit, stejně tak musíme působit větší silou, když je těleso těžší. Třetí Newtonův zákon popisuje vzájemné působení těles - k působení síly musejí být vždy dvě tělesa a síla, kterou působí jedno těleso na druhé je stejně velká, jako síla, kterou působí druhé těleso na první. Takže je správně, když tvrdíte, že Země je k závaží přitahována stejně velkou silou, jako závaží k zemi (3. NZ), ale závaží padá na Zem s mnohem větším zrychlením, než Země na závaží (2. NZ, Země bude směrem k závaží se zrychlením 0,000 000 000 000 000 000 000 000 1 m/s2, což je opravdu velmi malé číslo).

Protože na závaží na pružině působí tíhová síla (správně ji odlišujete od síly gravitační), těleso má snahu se pohybovat směrem k Zemi. A z 3. NZ vyplývá, že těleso působí na pružinu a ta působí stejně velkou silou na těleso. Prodloužení pružiny bude úměrné síle, která ji natahuje.  Mimochodem takto jsme došli k 1. NZ - v tuto chvíli je výsledná síla nulová a závaží, ani pružina se nebudou pohybovat.

Určitě popisovaný experiment nesouvisí přímo s hmotností tělesa - kdybychom dělali podobný experiment na Měsíci (stačilo by si jen stoupnout na váhu), tak bude prodloužení pružiny menší. A kdybychom si stoupli na váhu ve vesmírné stanici, tak by ukázala nulovou výchylku. Ale hmotnost je ve všech případech stejná.

Myslím, že jsme se tedy shodli, doufám, že přátelé ocení váš fyzikální přehled.

Vrátit se nahoru
detail