2. júna 2020
volny pad

Beztiažový pád

Čo by ste povedali o človeku, ktorý za svoju najšťastnejšiu myšlienku označí predstavu robotníka padajúceho zo strechy? Neuveríte, ale jeden takýto človek dokonca dostal Nobelovu cenu, aj keď za trochu inú myšlienku. Volal sa Albert Einstein.

Odpor vzduchu bežne kazí srandu. Ak by neexistoval, tak by napríklad pierka padali rovnako rýchlo ako kamene. Parašutisti by tak mali počas pádu unikátnu možnosť vychutnať si beztiažový stav. Tutovo by už nič zaujímavejšie nazažili! 

Keď sme sa učili, že pri voľnom páde dochádza k beztiažovému stavu, nevzbudio to veľké emócie, nemáme s tým skúsenosť. Kým skok z malej výšky je veľmi krátky, pri páde z veľkej výšky prichádza k slovo odpor vzduchu a pád prestáva byť voľný. 

Existuje však jednoduchý experiment, ktorý ukáže, že pri voľnom páde naozaj nie je cítiť gravitáciu. Zoberte si flašu a spravte do nej niekde dole dierku. Naplníte ju vodou a voda začne vytekať. 

Čím je vo fľaške viac vody, tým rýchlejšie zdola vyteká. Hydrostatický tlak je daný súčinom troch parametrov: výška, hustota tekutiny a gravitačné zrýchlenie (P = h × ρ × g). Čím väčšia výška, tým silnejší tlak, tým silnejší výtok. Ako voda postupne vyteká, výška klesá, cícerok slabne.

Čo sa však stane, ak fľaša začne padať? Podľa poučky by nemala cítiť gravitáciu Zeme. To znamá, že g = 0 a tým pádom je nulový aj tlak, P = h × ρ × 0 = 0. Vo výsledku z fľašky prestane vytekať voda. 

Pri voľnom páde efektívne prestáva fľaša cítiť gravitáciu, či vypne vytekanie vody. Všimnite si, že fľaša padá rovnako rýchlo, ako voda, čo z nej práve vytiekla. Bez odporu vzduchu, ktorý sa v tomto prípade ešte nestihol prejaviť, padajú všetky telesá rovnako rýchlo.

Toto uvedomenie nasmerovalo Einsteina k princípu ekvivalencie, ktorý hovorí, že gravitácia je neodlíšiteľná od zotrvačnej sily pri zrýchlení. To viedlo ku geniálnej myšlienke: nie je gravitácia len prejav zrýchlenia? Na tom postavil svoju formuláciu zakriveného časopriestoru, všeobecnú teóriu relativity, našu zatiaľ najlepšiu teóriu gravitácie.

[Samuel]

PS: Úplne rovnako cítia beztiažový pád astronauti na obežnej dráhe. 
PS2: Dovolil som si pri fyzikálnych veličinách nepísať jednotky. Nula je totiž nula nezávisle od jednotiek.

Pridaj komentár