Kouzlo nebo trocha šikovnosti?

Zajímavý pokus s překvapivým průběhem. Představuji si, že byl objevený nějakým malým chlapcem, který se zlobil, že jeho bratr postavil hezčí a vyšší věž a tak ji chtěl pravítkem zbourat. A čím byl více rozzlobený, tím se mu to méně dařilo. Stavěli jste jako malí věže z kostek? Máte ty kostky ještě někde po ruce? Postavte věž a pak se pokuste z vaší stavby vybrat tu úplně nejspodnější kostku. Copak, nejde to? Teď ze mě hovoří vlastní zkušenost – samozřejmě že celá věž spadne. Chtělo by to nějaký trik. Možná jsou ty kostky příliš velké. Co takhle hrací kameny z dámy. Nebo desetikorunami? Postavte jich několik (asi tak deset) na sebe a pokuste se znovu vybrat ten - nebo tu – nejspodnější. Tady už jsem byl o něco úspěšnější, ale musel jsem si trochu pomoci nějakými udělátky. Jak se dařilo vám?

Jednou jsme se ale ve škole s debrujáry soutěžili ve stavění věží. Kdosi zavadil o pravítko, pravítko vylétlo k jedné z věží, narazilo do ní a představte si to překvapení – věž nespadla! Pravítko pouze vyrazilo nejspodnější kostičku, věž pokojně poklesla a zůstala dál stát. Co se dělo dál, to už nebylo náhodně postrčené pravítko, ale zcela úmyslně vystřelované kostičky. V úžasu jsme koukali, jak se věž postupně zmenšuje. Zkuste to také. Na stůl bez ubrusu postavte věž z dřevěných hracích kamenů z dámy. Vezměte do ruky pravítko nebo nějaký podobný plochý předmět a udeřte do dolního hracího kamene. Úder jej odrazí pryč, věž klesne a zůstane opravdu stát.  Bude to chtít asi trochu nácviku a praxe, ale po určité době se vám určitě podaří tímto způsobem rychle „vysekat“ všechny hrací kameny. Pokud vše zvládnete v patřičné rychlosti, je tento trik velmi působivý. Samozřejmě že je nutné se dotknout jen dolního kamene a že pravítko nebo předmět, který používáte, nesmí mít větší tloušťku než je tloušťka hracího kamene. Určitě sami přijdete na ten nejsprávnější způsob provádění pokusu a tak vám nebudu dávat žádné tipy jak na to.

Totéž vyzkoušejte s mincemi – třeba s kovovými desetikorunami. Poohlédněte se po něčem, co má menší tloušťku než pravítko. Máte? Tak pojďme na to. Postavte věž, uhoďte do dolní mince, mince ustřelí pryč a vy hned uhoďte do sloupečku mincí z druhé strany a vyrazte další minci a tak to pořád opakujte. Proč to tak funguje? Určitě jste vypozorovali, že všechny mince kromě té dolní nejeví dostatek ochoty se přemístit. Čím bude sloupeček mincí vyšší, tím bude také tato neochota mincí větší. Říká vám něco jméno Newton a místo slova neochota bychom snad měli raději použít pojem setrvačnost? Tak dál už si vše určitě dokážete vysvětlit sami.

Přetrhnou se vlasy nebo se zlomí tyčka?
Poproste jednu svoji kamarádku o několik dlouhých vlasů – přestože jí určitě nebudou chybět, musí s tím souhlasit! Postavte židle opěradly k sobě a připevněte na každé z nich jeden vlas. Opačné konec vlasů uvažte pevně k tenké tyči (můžete použít třeba špejli). Pokud máte problém získat dostatečně dlouhé vlasy, použijte velmi tenkou nit. Nakonec možná bude i lepší si tento trik natrénovat nejdříve právě s nití. Co se stane, jestliže silně udeříte doprostřed špejle hranou dlouhého pravítka?  Jestliže očekáváte přetržení vlasů, tak budete asi zklamáni. Vlasy vydrží, a pokud váš úder byl opravdu ostrý, zlomí se špejle. To by znamenalo, že vlasy jsou pevnější než dřevo! Jenže to vůbec není pravda. Ostatně tak končí většina našich pokusů – náš předpoklad se nepotvrdil. Proč se nepřetrhl vlas, ale zlomila tyč, by nám opět mohl vysvětlit pan Newton a jeho zákon setrvačnosti. Těleso má snahu setrvat v klidu, jestliže na ně nepůsobí žádná síla, nebo působící síly jsou v rovnováze. Špejle nemá chuť se pohybovat, to raději praskne.

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!

Deset proti jednomu

„Dva proti jednomu, to není fér!“ Tahle větička je dost často slyšet nejen při různých rozmíškách na školních chodbách. Také ve sportovních týmových soutěžích je situace dva na jednoho obvykle jednoznačnou výhodou. Obecně totiž platí, že dva jsou silnější než jeden.  A co teprve deset proti jednomu!

Deset proti jednomu – zvládnete přesilu?

Pokud máte po ruce dost spolužáků, proveďte následující pokus. V situaci „jednoho proti deseti“ tím „jedním“ budete vy. Nic se nebojte, bude to v pohodě. Opřete ruce o zeď a zaujměte pevný postoj – ruce jsou kolmé ke zdi a nohy rozkročené na šířku ramen. Svoje kamarády a spolužáky postavte za sebe. Nemusí jich být přesně deset, ale měli byste být všichni přiměřeně stejně silní – třeba postavit do řady tatínka by nebylo moc dobré. Ten co je za vámi se opře rukama o vaše ramena a zatlačí na ně a stejně tak to udělá ten další v řadě a další a další.  Každý tedy tlačí do ramen osoby před sebou. Takže vlastně všichni tlačí na vaše ramena!  No to je ale úžasné, protože vy vlastně držíte celou tu řadu – dokážete se ubránit silovému působení všech osob za sebou, aniž byste se zbortili!

V čem je finta? Musí tam nějaká být. Ubránit se desetinásobné silové přesile je přece nemožné. Žádná finta, ale přírodní zákony. Přesněji řečeno zákony fyzikální. Vy co jste se už ve škole setkali s těmi Newtonovými pohybovým, byste možná mohli podat vysvětlení sami. Žádná osoba nemůže předat více síly, než může použít sama. Takže každý člen řady (vyjma toho posledního) se připraví na tlak zezadu tím, že se opře o člena řady před sebou pouze tou silou, které je schopen a tím zároveň sníží efekt síly tlačící zezadu. Takže jediné co může dělat starosti vám jako prvnímu v řadě u zdi je připravit se na tlak člověka stojícího za vámi. A teď uvažujte – jestli se máte starat jen o tlak rukou člověka za vámi, může vám být úplně jedno, kolik lidí za vámi stojí. Takže zvládnete nejen deset lidí za vašimi zády ale klidně i dvacet, třicet, sto. Vše záleží jen na tom, kolik jich seženete. Zatímco ti za vámi budou hekat, rudnout a potit se, vy můžete být v klidu a vysmátí. Pokuste se shromáždit co nejvíc lidiček a uvidíte.

Vstát ze židle? Nemožné!

Posaďte se na židli. Rovná záda a celou svou plochou opřená o opěradlo židle. Nohy by měly být kolmo k zemi a chodidla se celou plochou dotýkat podlahy. My starší známe tuto pozici ze školy – museli jsme často při ní mít ještě ruce za zády. Vstát ze židle není žádný těžký úkol – jen si to zkuste. Překvapení? Vaše pozice vstát ze židle prostě neumožňuje. Nesmíte ji samozřejmě při zvedání se ze židle nijak měnit – předklánět se, přemisťovat nohy a chodidla. Posbírejte zbytky síly a vůle, použijte všechnu svoji energii. Nic vám to nebude platné. Za židle prostě nevstanete. Ale stačí jen abyste naklonili trup dopředu – a vida! už to jde. Pokud dostatečně posunete horní část vašeho těla nad chodidla, vstát ze židle nebude žádný problém. Jiný způsob, jak se s využitím vlastního těla sám postavit není.

Pokud se vám zdá motor automobilu komplikovaný, pak vězte, že stavba lidského těla je tisíckrát a možná že ještě vícekrát komplikovaná. Vždyť jen to, jak je „zkonstruován“ a jak funguje lidský sval,to je hotový zázrak techniky a aplikované mechaniky. I tak jednoduché úkony, jako je sednout na židli nebo z ní naopak vstát vyžaduje doslova týmovou spolupráci mnoha svalů a využití mnoha sil a samotné vyřešení těchto dvou pro nás zdánlivě jednoduchých úkolů je technologicky téměř neřešitelné.

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!

Velké svaly nejsou všechno

Když se chystáme zvednout nějaký předmět, nejdříve jej „osaháme“ očima a zasadíme si ho do vlastních životních zkušeností – odhadneme jeho hmotnost a naše smysly upozorní svaly, jak velké úsilí budou muset ke zvednutí předmětu vynaložit. Tuhle proceduru děláme běžně, bez přemýšlení a docela nevědomky. Občas se nám ale náš odhad nevydaří a pak jsou naše svaly docela překvapeny a my s nimi. Někdy taková mýlka může být i docela zábavná. Jo jo, chybovat je lidské…

Ruka má zpoždění
Vezměte si dvě naprosto stejné neprůhledné nádoby s víčkem (dobře poslouží třeba i PET lahve, jejichž stěny „zneprůhledníte“ barvou nebo olepením neprůhlednou lepicí páskou. Jednu z nich naplňte něčím těžkým (písek, štěrk, šroubky, …) a obě nádoby uzavřete víčkem. Postavte je na stůl vedle sebe a požádejte kamaráda, aniž byste ho předtím na rozdíl v náplni nádob upozornili, aby obě současně (každou jednou rukou) zvedl na váš signál nad hlavu. Úkol nevypadá vůbec složitě a kamarád si určitě bude jistý, jak pohodlně váš úkol splní. „To nic není,“ řekne možná. Tak jo, uvidíme. Dejte mu domluvený signál - „tlesk!“  - ale víte co? Zkuste nejdříve odhadnout, jak pokus dopadne? Podle mých zkušeností ruka s prázdnou nádobou vystřelí nahoru a druhá ruka zvedající plnou nádobu tu první hodně těžce stíhá. Pokud se umíte bavit maličkostmi, tak právě jednu z nich se vám teď podařilo připravit.

Není silák jako silák
Možná jste někdy v cirkuse viděli svalnaté siláky, kteří zvedají na první pohled přetěžké činky, mají přitom vypoulené oči a jejich hekání se rozléhá po celém šapitó. Působivá demonstrace vzpírání a síly. Co myslíte – dokázali byste takovou těžkou činku také zvednout? Já myslím, že určitě ano. Jedno podobné klaunské cirkusové číslo jsem kdysi viděl. Do manéže přinesli čtyři cirkusoví zřízenci už napohled přetěžkou činku. Silákovi se ji po vysilujícím boji podařilo zvednout nad hlavu. A pak přišel klaun možná o víc jak polovinu menší – pokud měl nějaké svaly, tak si na něm hrály na schovávanou – a tu stejnou činku vzal jednou rukou, ledabyle si ji hodil přes rameno a utekl s ní z manéže!
Dokázali byste zahrát takové představení? Domluvte se s kamarády a zahrajte si na zvedání těžkého předmětu. Vezměte třeba polštář a tvařte se, že je ukrutně těžký až k nezvednutí. Vyberte mezi sebou „největšího siláka“. Máte-li možnost, nahrajte si své „vzpírání“ na video a určitě se při promítání svých siláckých kousků dobře zasmějete.

Pokořený vzpěrač
Tak tohle bude skutečně ohromující pokus! K jeho uskutečnění budete muset sehnat mezi svými kamarády opravdového siláka. Vezměte nějakou těžkou knihu a ovažte ji provazem asi 150 cm dlouhým. Svého siláka požádejte, aby uchopil do každé ruky jeden konec provazu a natáhl ho tak silně, jak jen dokáže. Jeho úkolem bude napnout provaz tak, aby oba jeho konce vytvořily vodorovnou přímku.

Klidně se s kamarádem vsaďte, protože bez ohledu na velikost jeho svalů je naprosto nemožné, aby se mu úkol podařilo splnit. Může se při napínání provázku šklebit, jak chce, nic mu to nebude platné. Nakonec vyzkoušejte si to třeba na tatínkovi… Pokud jste se ve škole učili skládat síly různého směru, možná byste smutnému a pokořenému silákovi dokázali vysvětlit, že nesplnění úkolu není jeho chyba, ale že na vině jsou přírodní zákony. To spíš dokáže provázek přetrhnout, než aby jej dostal do přímky. Pozor, pokus je nebezpečný! Použijte silnější provázek a silák nechť si navlékne rukavice. Síly, které působí na silákovy ruce, by mu mohly zranit prsty.

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!

 

 

Síla nemusí být vždy vidět

Zavěste knihu, polštář nebo nějakou krabici na dva provázky svisle dolů. Úkol je snadný – rozkývat tento visící předmět a přitom se ho nedotknout přímo ani zprostředkovaně (to znamená třeba tyčí). A když říkám rozkývat, tak opravdu myslím rozkývat. Pořádně rozkývat a ne jen tak lehce rozhoupat ze strany na stranu. Zdá se vám to nemožné?

Říká se, že nic není nemožné! Zdá se, že v tom případě máme malý problém a nezbývá nám než se ho nějak pokusit řešit. Nebude to až tak obtížné. Stačí probudit pár mozkových buněk a… zapojit váš dech! Řekl bych, že mi moc nevěříte. Možná jste i zakroutili hlavou. Prostým fouknutím rozkývat předmět? Dokonce nebudete muset ani nijak moc silně foukat. Finta je v tom, že budete foukat ve správný okamžik. Takže pojďte na to. Foukněte proti knize (nebo proti tomu, co jste zavěsili). Kniha se trochu pohne ve směru fouknutí a pak se zhoupne zpět. Zhoupnutí knihy nebude nijak výrazně pozorovatelné. Předpokládám, že v tuto chvíli věříte možnosti rozhoupat (nebo snad rozfoukat?) knihu ještě méně. Už jste někdy pozorovali, jak se houpající objekt chová? Zkuste knihu rozhoupat rukou a chvíli ji pozorujte. Nejrychleji se pohybuje při průchodu nejnižším bodem, uprostřed svého zhoupnutí. Pak zpomaluje, dokud nedosáhne nevyššího bodu své dráhy. Tam se na zlomek vteřiny zastaví a pokračuje v pohybu zpět směrem dolů a pak zase na opačnou stranu. A tohoto okamžiku právě musíme využít. Stoupněte si kolmo k houpající se knize a v okamžiku, kdy je v nejvyšším bodě  nejblíže vašemu obličeji a dává se na cestu zpátky, do ní opět foukněte. Počkejte si, až se k vám zase vrátí a foukněte zas a znovu. Opakovaným foukáním, téměř bezvýznamnou silou dokážete knihu rozhoupat překvapivě hodně. Jen je třeba najít ten správný – řekněme kritický – okamžik, kdy nejvýhodněji využijeme sílu fouknutí. To je celé tajemství.  Pokud jste se někdy houpali na houpačce, asi víte, jak to myslím. Podobným způsobem – náklonem horní části těla ve směru houpání a nohou ve směru opačném – dokážete zrychlovat pohyb houpačky.

Houpající se kniha, stejně jako každé houpající se těleso, má přesně určenou dobu, po kterou trvá její zhoupnutí. Tato doba závisí na délce provázku, na kterém je zavěšená a na velikosti síly, kterou ji rozhoupáváme. Jestliže počet fouknutí je stejný jako počet zhoupnutí, je síla vašeho dechu využitá maximálně. Odborně se tomuto jevu říká rezonance a vyskytuje se v rozmanitých situacích. Kmitají třeba mostní konstrukce. Možná jste zaslechli něco o tom, že vojáci přecházející přes most nesmí pochodovat a musí jej přejít normálním krokem, aby nedošlo v důsledku rezonance kroků a kmitání mostu k jeho narušení. Ve skutečnosti je tato skutečnost pouhý mýtus, protože podle mnoha provedených experimentů je počet zhoupnutí mostu za sekundu (tzv. kmitočet) daleko menší než kmitočet vojenského pochodového kroku. Podobný jev můžete velmi silně ucítit, když přebíháte řeku po kmeni stromu nebo dřevěné desce. V tomto případě je už pravděpodobnost zlomení desky velmi velká. Kdysi jsme ve škole nacvičovali přenos zraněného na primitivních nosítkách, vytvořených ze dvou dřevěných tyčí a deky. Při odnášení „zraněného“ se kmitání nosítek dostalo do rezonance s kroky „záchranářů“ a nosítka praskla.

Pokud vás zajímá, čím se dá doba jednoho zhoupnutí tělesa (říká se jí doba kmitu) ovlivnit, připevněte provázek na zárubeň dveří, na provázek zavěste nějaké závaží (třeba přilepte tenisový míček) a rozhoupejte. Změřte dobu deseti kmitů, poté zkraťte provázek na polovinu a opět změřte dobu deseti kmitů. Co jste zjistili? A co když při stejné délce provázku vychýlíte provázek se závažím více? Bude kmitat stejně rychle, rychleji, nebo pomaleji?

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!

Pár slov o Newtonovi a jeho zákonech

Už jste slyšeli jméno Newton? Pokud mě paměť neklame, tak všichni ti, co absolvovali první stupeň základní školy, se museli se slavným anglickým fyzikem setkat. Samozřejmě pouze obrazně, protože Isaac Newton se narodil před téměř 370 lety.

Z našich učebnic fyziky známe historku o Newtonovi a jablku, které mu při odpočinku spadlo na hlavu, a díky tomu pak objevil gravitační zákon. Tento průběh události vyvrátil sám Newton ve svých memoárech. Při pozorování úplňku si všiml jablka na stromě a napadlo ho, že síla, díky které se Měsíc udržuje na oběžné dráze kolem Země, by mohla být totožná se silou způsobující pád jablka na Zem.  „Proč by mělo jablko padat vždy kolmo k Zemi? Proč ne šikmo nebo vzhůru? Ale bez výjimky ke středu Země? Důvodem jistě je, že jej Země táhne. Ve hmotě musí být přitažlivá síla“. Tolik Newtonova slova jak je citoval jeho životopisec William Stukeley.

Pravda, představa jablka trefujícího spícího génia přímo do čela je jistě zábavnější. Útěchou nám může být skutečnost, že ona jabloň skutečně existovala. Dokonce známe i o jakou odrůdu se jednalo – byl to druh jabloně známý jako Květ Kentu. Strom byl vyvrácen větrem v roce 1820.

Zeptejte se rodičů, co je napadne, když uslyší jméno Newton? Můžu hádat? Buď je napadne příběh s jablkem, nebo začnou mluvit o setrvačnosti, nebo o akci a reakci. Newton svá pozorování přírodních dějů zformulovat do tří slavných zákonů: o síle, o setrvačnosti a o akci a reakci. Všechny tři nás denně provázejí životem, aniž to tušíme či vnímáme, ale rozhodně nemůžeme nepozorovat. Chcete zvednout těžkou tašku z podlahy? Musíte víc zabrat – zákon síly. Zakopli jste a padáte na zem? Proč se tak stalo vám vysvětlí  zákon setrvačnosti. Stiskněte kamarádovi ruku – stisk cítíte oba dva a právě jste v praxi uplatnili zákon akce a reakce. Newtonovými závěry o silách by nám mohly pomoci vysvětlit i dva dnešní pokusy.

Jednoduchý výtah
Roztočte provázek, na jehož konci je uvázaný předmět. Když provázek pustíte, tak předmět i s provázkem odletí. Předmět má totiž snahu setrvávat v přirozeném pohybu, kterému jste bránili držením provázku. Čím otáčíte rychleji, tím větší silou musíte provázek držet. Přemáháte přitom sílu, které se říká odstředivá. To je stejná síla, která auto vytláčí ven ze zatáčky, díky této síle Země nenarazí do Slunce nebo třeba Měsíc nespadne na Zemi. K sestrojení výtahu budete potřebovat asi 10 – 20 cm dlouhou trubičku (možná když rozmontujete propisku…), provázek dlouhý asi 60 cm a dvě gumy rozdílné hmotnosti. Vložte provázek do trubičky (důležité je aby se provázek v trubičce mohl volně pohybovat). Na opačné konce provázku přivažte gumy (těžší guma je přivázána na tom konci provázku, který visí z trubičky dolů). Podaří se vám těžší gumu zvednout, aniž byste se dotkli provázku? Jednoduchý, ale efektní trik. Držte trubičku svisle a začněte s ní kroužit tak, aby se „horní“ lehčí gumička roztočila. Pokud ji dostatečně roztočíte, velká guma se začne rychle zvedat. Když jsem naposledy předváděl tento pokus, podařilo se mi ze stolu sestřelit skleničky. Tak buďte opatrní.

Roztočený kelímek
Kelímek od jogurtu uvažte na provázek. Do kelímku nalijte trochu vody a kolo roztočte ve svislém směru (tak jak se točí ruské kolo na pouti – nahoru, dolů, nahoru, dolů, …). Pokud si myslíte, že se voda vylije, až bude kelímek dnem vzhůru, možná budete překvapeni. Nebo také ne – to když se vám pokus nepovede. Tahle varianta je při prvních pokusech pravděpodobnější. Proto vše nejdříve vyzkoušejte s kelímkem, do něhož dejte například pár hrášků. Postupně hrášky přidávejte a až když vám vše půjde, experimentujte s vodou. Vůbec nejlepší ale bude, když se budete pokoušet obelstít Newtonovu gravitační sílu někde na volném prostranství.

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!