-
V tomto videu bych rád mluvil
o Newtonově prvním pohybovém zákoně.
-
Toto je překlad úryvku Principií z latiny.
-
Zákon I tvrdí:
-
„Každé těleso setrvává v klidu,
nebo rovnoměrném přímočarém pohybu,
-
není-li tento stav přinuceno
změnit působením vnější síly.“
-
To vlastně říká, že pokud nějaká věc…
-
Každé těleso setrvává…
-
Všechno setrvá v klidu,
nebo v pohybu konstantní rychlostí,
-
pokud nezapůsobí nějaká síla,
která to změní.
-
Pokud na něj nepůsobí síla,
zejména síla nevyrovnaná,
-
kterou vysvětlím za pár vteřin.
-
Máme-li něco v klidu,
v úplném klidu,
-
To už známe.
-
Řekněme,
že mám kámen.
-
Řekněme,
že mám kámen ležící na trávníku.
-
Můžu ten kámen pozorovat.
-
Pokud s ním nikdo nic neudělá,
je nepravděpodobné, že by se pohnul.
-
Pokud na kámen nezačne působit síla,
zůstane na místě.
-
První část je tedy celkem jasná.
-
„Každé těleso setrvává v klidu…“
-
Druhou částí se nebudu zabývat.
-
„…není-li tento stav přinuceno
změnit působením vnější síly.“
-
Je zřejmé, že kámen zůstane v klidu,
pokud na něj nezačne působit síla,
-
pokud ho někdo neodtlačí nebo nesvalí.
-
Druhá část zákona je už méně zřejmá.
-
„Každé těleso setrvává v klidu,
nebo rovnoměrném přímočarém pohybu,
-
není-li tento stav přinuceno
změnit působením vnější síly.“
-
To je Newtonův první zákon.
-
Tady bych mohl trochu odbočit,
protože toto je Newton.
-
Mluvíme-li o Newtonově prvním zákoně,
proč tu mám velký obraz tohoto pána?
-
Důvodem je,
-
že Newtonův první zákon je vlastně
jen přeformulace zákona setrvačnosti.
-
Tento pán, další z titánů civilizace,
není nikdo jiný než Galileo Galilei.
-
Ten byl prvním,
kdo formuloval zákon setrvačnosti.
-
Newton ho jenom převyprávěl
a přibalil ke svým ostatním zákonům.
-
Udělal však mnoho,
mnoho jiných věcí.
-
Ocenění za Newtonův první zákon
správně patří Gaglileovi.
-
Proto jsem ho vyobrazil tak velkého.
-
Byl jsem uprostřed myšlenky.
-
Je jasné,
že je-li něco v klidu,
-
v klidu to i zůstane,
pokud s tím nějaká síla něco neudělá.
-
V některých situacích se dočtete,
že je to síla nevyrovnaná.
-
Nevyrovnaná znamená…
-
Někdy mohou na těleso působit dvě síly
a vzájemně se vyrovnat.
-
Například bych mohl zatlačit určitou
silou na tuto stranu kamene.
-
Pokud zatlačíš na tuto stranu kamene
přesně stejně velkou silou,
-
kámen se nepohne.
-
Pohnul by se jedině kdyby na jedné straně
byla síla mnohem větší než na druhé,
-
takže by se navzájem nevyrovnaly.
-
Kdybys měl tunu…
-
Možná je kámen špatný příklad.
-
Vezměme si led,
tím se snadněji pohybuje.
-
Toto je led.
-
Pak mám na tom ledu
další kus ledu.
-
Už je jasné, že nepůsobí-li na něj síla,
led se nehýbe.
-
Co se stane,
-
když zatlačím na led
určitou silou na této straně
-
a ty zároveň zatlačíš na tamtu stranu
přesně stejně velkou silou?
-
Led se pořád nebude hýbat.
-
To by šlo o vyrovnanou sílu.
-
Jediný způsob, jak změnit klidový stav,
je nevyrovnaná síla.
-
Pokud přidáme trochu síly
na této straně,
-
aby překompenzovala
sílu tlačící sem,
-
pak se kus ledu dá do pohybu,
začne zrychlovat tamtím směrem.
-
Myslím, že to je zřejmé.
-
Věc v klidu zůstane v klidu,
pokud na ni nezapůsobí nevyrovnaná síla.
-
Méně očividná je myšlenka,
-
že se něco pohybuje
rovnoměrně přímočaře,
-
což je jiný způsob jak říct,
že to má konstantní rychlost.
-
Newton říká,
-
že věc s konstantní rychlostí
si ji ponechá nekonečně dlouho,
-
pokud na to nezačne působit
nevyrovnaná síla.
-
To už není tak jasné.
-
Protože vše, co lidé znají…
-
I kdybych roztlačil tento kus ledu,
tak i ten se časem zastaví.
-
Nebude klouzat navěky,
-
i kdybychom předpokládali,
že ledové pole nemá konce,
-
ten kus ledu časem zastaví.
-
Nebo pokud hodím tenisový míček.
-
I ten se časem zastaví.
-
Nebo pokud hodím bowlingovou koulí,
nebo vůbec čímkoli.
-
Naše lidská zkušenost říká,
že všechno se časem zastaví.
-
Je tedy velice neintuitivní říkat,
že nějaký pohyb bude nekonečný.
-
Všechno v lidském světě říká,
-
že pokud se má něco dál pohybovat,
musí se do toho dodávat síla,
-
musí se dodávat energie,
aby to pokračovalo.
-
Auto nepojede věčně,
-
pokud motor nebude
spotřebovávat palivo a energii.
-
Takže o čem to mluví?
-
V každém z těchto příkladů…
-
Myslím, že tito pánové přišli
na něco úžasně prozíravého.
-
Všechny tyto věci by mohly
pokračovat donekonečna.
-
Míč by se koulel dál,
kus ledu by klouzal dál,
-
jenže na ně působí nevyrovnané síly,
které je zastavují.
-
V případě ledu,
-
i když tu není mnoho tření,
nějaké tu přeci je.
-
Tím pádem třecí síla působí
proti směru pohybu ledu.
-
Tření vzniká na úrovni atomů,
-
když se podíváš na molekuly vody
v mřížkách kostky ledu a ledové plochy,
-
narážejí a zadrhávají se o sebe.
-
I když je obojí hladké,
jsou tu nerovnosti.
-
Narážejí a zadrhávají se.
-
Maličko se zahřívají.
-
Vesměs působí proti pohybu.
-
Vzniká třecí síla,
proto věci zastavují.
-
Není to jen třecí síla,
dále máme odpor vzduchu.
-
Kus ledu bude narážet
do všelijakých částic vzduchu.
-
Nejdřív to nebude znát,
ale časem se to projeví.
-
To samé u míče hozeného do vzduchu.
-
Je zřejmé, že časem dopadne
na zem kvůli gravitaci.
-
To je jedna z působících sil.
-
Jakmile dopadne na zem,
nekutálí se donekonečna,
-
a to kvůli tření,
zejména je-li na zemi tráva.
-
Tráva ho zastaví.
-
Bude zpomalovat,
i když je ve vzduchu.
-
Nebude mít konstantní rychlost,
-
protože tyto částečky vzduchu
do něj budou narážet a působit silou,
-
která jej zpomalí.
-
V čem byli tito pánové
obzvlášť geniální bylo,
-
že si představili skutečnost
bez gravitace a odporu vzduchu,
-
které by věci zpomalovaly.
-
Představili si, že v té realitě by věci
prostě setrvávaly v pohybu.
-
Galileo v tom asi byl dobrý,
protože studoval pohyby planet.
-
Pravděpodobně se domníval,
že tam venku není žádný vzduch.
-
A že možná v důsledku toho
planety udržují svůj oběh.
-
Měl bych říkat „velikost rychlosti“,
protože směr rychlosti se mění,
-
ale velikost rychlosti neklesne,
-
protože ve vesmíru není nic,
co by je zpomalilo.
-
Každopádně doufám,
že tě to fascinuje stejně jako mě.
-
Určitým způsobem je to zřejmé,
-
ale jiným způsobem
to vůbec zřejmé není.
-
Zejména ta část
o rovnoměrném přímočarém pohybu.
-
Jen aby bylo jasno,
pokud by nebyla gravitace ani vzduch
-
a hodil bys míček,
-
ten by letěl tím samým směrem navěky,
-
dokud by na něj nezapůsobila
nevyrovnaná síla.
-
Jiný pohled na věc je,
-
a to běžně vidíš kolem sebe,
-
když jsem v letadle,
které se pohybuje konstantní rychlostí,
-
a nejsou žádné turbulence.
-
Sedím tady v letadle.
-
Letí konstantní rychlostí,
hladce, bez turbulencí.
-
Nedokážu určit, zda se letadlo pohybuje,
aniž bych vyhlédnul ven.
-
Předpokládejme,
že letadlo nemá okna.
-
Letí konstantní rychlostí
a nejsou žádné turbulence.
-
Řekněme, že nic neslyším.
Neslyším ani motory.
-
Neexistuje způsob, kterým bych vycítil,
že se letadlo pohybuje.
-
Neboť z hlediska mojí vztažné soustavy
vypadá úplně stejně,
-
jako by bylo v klidu na zemi.
-
To je další způsob,
jak o tom přemýšlet.
-
Je vlastně celkem intuitivní,
-
že klid a rovnoměrný přímočarý
pohyb jsou si velmi podobné.
-
Že nedokážeme určit,
zda jsme v jednom nebo druhém.
