Aplikace Newtonova prvního pohybového zákona

Teď, když víme něco o Newtonově prvním zákoně, zkusme si malý testík. Budu po tobě chtít rozhodnout, která z těchto tvrzení jsou pravdivá. První tvrzení říká: „Je-li souhrn všech sil působících na těleso nulový, jeho rychlost se nezmění.“ Zajímavé. Tvrzení číslo 2: „Nevyrovnaná síla působící na těleso vždy změní velikost jeho rychlosti.“ Také zajímavé tvrzení. Tvrzení číslo 3: „Pohybující se předměty v běžném životě zastavují, protože na ně působí nevyrovnané síly.“ Tvrzení 4: „Nevyrovnaná síla působící na těleso vždy změní směr jeho pohybu.“ Nechám tě o tom přemýšlet. Projděme jedno tvrzení po druhém. První tvrzení říká: „Je-li souhrn sil působících na těleso nulový, jeho rychlost se nezmění.“ To je naprosto pravdivé. Jde vlastně o jiný způsob, jak vyslovit Newtonův první zákon. Mám-li jakýkoli předmět pohybující se prostorem nějakou rychlostí, má tedy nějakou velikost rychlosti a směr a možná je hluboko ve vesmíru, můžeme proto předpokládat, že na něj nepůsobí žádná gravitace. Vždy tu budou nějaké drobounké síly, ale budeme je moci zanedbat. Nejsou tu žádné částečky, které by do něj narážely, je v úplném vesmírném vakuu. Tato věc poletí donekonečna. Její rychlost se nezmění. Nezmění se velikost ani směr rychlosti. To je naprostá pravda. Druhé tvrzení, „Nevyrovnaná síla působící na těleso vždy změní velikost jeho rychlosti.“ Klíčový je zde pojem „velikost rychlosti“. Kdybych tvrdil, že mění rychlost tělesa, byla by to pravda. Nevyrovnaná síla vždy nějak ovlivní rychlost tělesa. To by byla pravda. Jenže tady je „velikost rychlosti“. Nepočítá s jejím směrem. Abych ilustroval, proč je druhé tvrzení nepravdivé, můžeme si představit několik věcí. Pokud to hned nepochopíš, nevadí, uděláme další videa, která se zabývají dostředivým zrychlením a dostředivými silami. Představme si, že shlížíme dolů na brusliště. Vidíme bruslaře. Toto je jeho hlava. Jede tímto směrem. Představme si, že se v pravý okamžik chytí lana upevněného tady ke kolíku. Díváme se na to seshora, toto je lano. Co se stane teď? Bruslař pojede dál. Jeho směr se bude měnit. Dokud se bude držet provazu, bude bruslit dokola. Až se pustí, bude pokračovat tím směrem, kterým jel, když se pustil. Bude pokračovat tímto směrem. Zanedbáme-li tření, bude mít pořád stejnou velikost rychlosti. Síla směřující do kruhu, napětí lana táhnoucí bruslaře, pouze mění jeho směr pohybu. Nevyrovnaná síla nemusí nutně ovlivnit velikost rychlosti tělesa. Často se tak stane. V naší situaci ovlivnila jen bruslařův směr pohybu. Další podobná situace, která zase obsahuje dostředivé síly, je oběh satelitu nebo čehokoli jiného. Pokud je toto nějaká planeta a toto je jeden z jejích měsíců, důvod k tomu, aby ji obíhal, je tah gravitační síly, která jej nutí měnit směr, ale ne velikost jeho rychlosti. Je to přesně ta správná rychlost. Kdyby to byla jeho rychlost, nebýt planety, odletěl by tudy. Planeta tu však je a gravitačně působí. O gravitaci si budeme povídat později. Tato dostředivá gravitační síla zakřiví dráhu měsíce. Po nějakém čase se tento vektor rychlosti… Sečteš-li předchozí vektor rychlosti s tím, jak se změnil… Když trochu poodletí, jeho nový vektor rychlosti bude vypadat nějak takto. Má přesně takovou velikost rychlosti, aby gravitační síla působila vždy pod pravým úhlem k jeho trajektorii. Má přesně takovou rychlost, aby neodletěl do vesmíru, ani nespadl na zem. Časem to probereme mnohem detailněji. Jednoduchá odpověď je, že nevyrovnaná síla bude vždy působit na rychlost tělesa. Může to být velikost nebo směr rychlosti nebo obojí. Nemusí to však být obojí. Může to být jen velikost nebo jen směr. To je tedy nepravdivé tvrzení. Třetí tvrzení: „Pohybující se předměty v běžném životě zastavují, neboť na ně působí nevyrovnané síly.“ To je úplná pravda. Můžeme dát příklad. Vezmu-li jakýkoli předmět, například mou knihu, a pokusím se ji postrčit po stole, časem se zastaví vlivem nevyrovnané síly tření, vzájemné drhnutí obálky a povrchu stolu. Jsem-li v bazénu, tak i když v něm nejsou žádné proudy, pokud bych skrz vodu postrkoval nějaký předmět, ten by se časem zastavil vlivem odporu vody. Vznikla by nevyrovnaná síla působící proti pohybu předmětu. To by jej zpomalilo. Důvod, proč v každodenním životě nevidíme věci pohybující se donekonečna, je, že působí různé odporové a třecí síly skutečných prostředí a povrchů. Poslední tvrzení: „Nevyrovnaná síla působící na těleso vždy změní směr jeho pohybu.“ To je vlastně nejintuitivnější. Vždy se můžeme podívat na tuto situaci. Řekněme, že tu mám cihlu, pohybující se tímto směrem danou rychlostí 5 metrů za sekundu, Pokud stejným směrem zapůsobím nevyrovnanou silou… Toto je moje síla… Pokud budu působit ve stejném směru, urychlím cihlu tím samým směrem. Směr tedy nutně nezměním. I kdybych působil proti, možná ji zpomalím, ale nezměním nutně její směr. Směr bych mohl změnit, kdybych udělal něco takového, ale zase ne nutně. Změna směru tělesa není vždy absolutně nutná. Takže to není pravda. Nevyrovnaná síla působící na těleso nemusí vždycky změnit směr jeho pohybu. Může, jako třeba tady, ale ne vždy. Takže slovo „vždy“ dělá z tohoto tvrzení nepravdu.