Foukej foukej větříčku, ale ne moc

Dnes budeme zkoumat chování proudícího vzduchu. Proudící vzduch dokáže udělat pěknou paseku, ať už letíte v letadle, nebo jdete po ulici. Ale přestože se k nám velmi často chová velice nevhodně, lidé jeho sílu a energii dokáží využívat.

Zborcený most

Vystřihněte z papíru obdélník , položte jej přes dvě knihy. Dokážete fouknutím shodit tento obdélník z knih? Vypadá to snadno. Zkuste to. Budete možná překvapeni, jak je to obtížné. Ve skutečnosti se vám to pravděpodobně nepodaří, bez ohledu, jak silně fouknete. Dokonce pokud fouknete silně pod papír, prohne se směrem dolů. Zdá se to zcela nemožné, ale uvidíte sami. S čím vším musí konstruktéři mostů počítat při jejich projektování - vždyť jak vidět vítr profukující pod mostem by mohl být dost nebezpečný.

Pohybující se vzduch

Podržte proužek papíru před ústy, papírek nechť visí volně dolů. Foukněte pod papír. Papír stoupá – no to není žádné překvapení. Vzduch tlačí do papíru a zvedá ho. Tímto způsobem létají třeba papíroví draci. Nyní foukněte NAD papírový proužek. Co myslíte – jak se bude chovat teď? Vyzkoušejte – opět stoupá! Jak je to možné. Zázrak Kelyšová, zázrak! Uvažujte se mnou: papír se může logicky zvednout, jen když na jeho spodní část působí větší tlak, než na horní. Vzhledem k tomu, že tlak pod papírem není žádným způsobem měněný, musí foukaný vzduch způsobit snížení tlaku nad horní částí papíru.

Je to asi 250 let co vědec jménem Bernoulli objevil důležité pravidlo, které bylo později použito při konstrukci křídel. Podle tohoto pravidla je v místech, kde proudí kapalina nebo plyn vyšší rychlostí menší tlak. Jak se tento princip uplatní u pokusu s papírem a dvěma knihami? Při fouknutí pod papír se v tomto prostoru sníží tlak vzduchu. Na horní část papíru působí tedy vzduch větší silou a papír se proto prohne směrem dolů.

Experimentujte sami

Postavte na stůl láhev a za ní hořící svíčku (pozor  ne PETláhev, ta je hořlavá!). Foukněte proti láhvi a svíčka za lahví zhasne. Nevěříte? Sfouknout svíčku za lahví je opravdu snadné… Kdybyste použili třeba dřevěný kvádr, svíčka by vesele plápolala a vy byste se ufoukali. Holt kvádr nemá ten správný – říkáme aerodynamický – tvar.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. Ale hlavně se u pokusů dobře bavte.

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!

Proč nepadáme nahoru?

Už se vám podařilo někdy něco shodit ze stolu? Určitě ano. A tak otázka, kam onen shozený předmět spadl, se vám bude zdát asi hodně divná.  Všechny předměty přece padají na zem. Kapky deště. Listí ze stromu. Voda v řece také teče shora dolů. Samé jasné věci. Ale proč to tak je? Co je to za kouzlo, díky kterému vše padá k zemi? Je to gravitační síla, které také říkáme zemská přitažlivost. Přitažlivost působí na všechno, co je na povrchu Země i v jeho blízkém okolí. Díky přitažlivosti má Země atmosféru. Její „vinou“ obíhá Měsíc kolem dokola tak pravidelně, až to udivuje. Gravitační síla je vlastní každé planetě, každému tělesu ve vesmíru.

Zkoušíme pády
Proč padají všechny předměty dolů, to by se dalo z úvodních řádků vyčíst. Ale padají všechny předměty stejně rychle? Dříve se lidé domnívali, že rychlost pádu tělesa závisí na jeho hmotnosti. A mnozí mezi námi se tak domnívají dodnes, i když slavný Galileo Galilei tento mýtus vyvrátil už na přelomu 16. a 17. století.  V sérii pokusů, při kterých nechával z věže v Pise padat k zemi tělesa o různé hmotnosti, zjistil, že bez ohledu na jejich hmotnost, dopadnout na zem za stejnou dobu. Není vůbec složité podobný pokus zopakovat. Připravte si dva stejné listy papíru a jeden z nich zmačkejte. Oba mají stejnou hmotnost, takže pokud je vypustíte z ruky ve stejný okamžik, měly by také ve stejný okamžik dopadnout na zem. Jak je to ve skutečnosti? Dokážete si zdánlivě paradoxní výsledek pokusu vysvětlit? Vyzkoušejte ještě jednu variantu téhož pokusu. Vezměte si dvě hrací karty a jednu z nich podržte vodorovně nad zemí a druhou podržte svisle. Karta, kterou pustíte přední stranou otočenou k zemi, padá pomaleji, než karta puštěná kolmo.

Kdyby kolem nás nebyl vzduch, všechny předměty by padaly dolů stejnou rychlostí. Vzduch však pád předmětů brzdí a to víc, čím větší je povrch předmětu. Karta puštěná přední stranou k zemi se „opírá“ o vzduch pod sebou, kdežto karta puštěná kolmo vzduch pod sebou „rozřízne“.  Teď snadno vysvětlíte, jak funguje padák. Gravitační síla sice přitahuje padák k zemi, ale pod kupolí padáku se hromadí vzduch, který jej brzdí a zpomaluje jeho pád. 

Důsledky pádu
Pozorujte pád tenisového míčku ze stejné výšky na různé druhy povrchu. Počítejte, kolikrát a do jaké výšky se odrazí. Velice dobře se odrazí od betonu nebo dřeva. Od písku se neodrazí, zato v něm vytvoří jamku. Čím větší bude výška, ze které míček vypustíte, tím hlubší bude v písku vytvořený důlek. Síla balonku je v okamžiku dotyku s podložkou využita částečně k odrazu a částečně k deformaci balonku i povrchu, od něhož se odráží. Pevný povrch se deformuje velmi málo, a proto se balonek od betonu odrazí do větší výšky. Pískový povrch není pevný. Drobná zrníčka  písku zachytí energii balonku a využijí ji k tomu, aby se uvedly do pohybu. Čím výše je balonek, tím větší má rychlost a tím je také větší energie, která odsouvá písek. Účinek dopadu tedy závisí na rychlosti pádu tělesa, na jeho materiálu a povrchu.

V roce 1891 byl v Arizoně v USA objevený kráter, který je největším kráterem na naší planetě, vytvořeným meteoritem. Kráter vznikl asi před 50 tisíci lety a meteorit, který jej vytvořil, měl průměr asi 70 metrů a letěl vesmírem rychlostí 20 km za sekundu. Při dopadu vytvořil na povrchu Země díru a průměru 1200 metrů a hloubce 175 metrů.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte, ale hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby - i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy!