Rázostroj

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. +more Pro odstranění boční výchylky je závěs dvojitý. Často se rázostroj také využívá jako zajímavý doplněk kanceláře nebo pracovny.

Konstrukce

Jde o řadu kyvadel na dvojitém závěsu. Jako závaží těchto kyvadel se používají pravidelné koule (stejně velké a hmotné). +more Materiálem těchto závaží bývá kov, někdy také sklo nebo dřevo. Důraz je ovšem kladen především na tvrdost.

Fyzika rázostroje

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 srážkám - energie se při srážce nesmí přeměňovat v teplo ani v deformační energii. +more 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

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. +more Ostatní zúčastněné koule zůstanou bez pohnutí na svých místech.

Vysvětlení: Z druhého Newtonova zákona vyplývá, že hybnost izolované soustavy (rázostroje) zůstává v čase konstantní. +more 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

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)). +more 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

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

Kromě lineárně řazených závaží existují i složitější rázostroje plošné a například i kulečník je typickým představitelem tohoto typu zařízení - zde ovšem do hry vstupují i vektory.

Externí odkazy

Srážky a rotace, Rázostroj: https://web. archive. +moreorg/web/20070108010341/http://fyzweb. cuni. cz/dilna/krouzky/sr_rot/kap9. htm * Videopokusy, Rázostroj: [url=://web. archive. org/web/20070715145500/http://www. walter-fendt. de/ph14cz/ncradle_cz. htm.

[[Kategorie:Mechanika srážek, rozptylu a rozpadu]url=https://web. archive. +moreorg/web/20081207182631/http://kdfls1. troja. mff. cuni. cz/~jakub/videopokusy/CD1/POKUSY/RAZOSTROJ/INDEX. HTM]http://kdfls1. troja. mff. cuni. cz/…[/url] * Newtonova houpačka (Java):[/url]].