Matematické Fórum

↑ alpus:
Ze tvých úvah bych řekl, že v tom guláš nemáš. Řekněme, že mám inerciální soustavu a v ní odtřeďující pračku. Prádlo je namáčknuté na vnitřní stěnu bubnu. Proč?

1. Z pohledu inerciální soustavy by se prádlo mělo pohybovat rovnoměrně přímočaře, a buben mu stojí v cestě. Proto jsou trvale v kontaktu a navzájem na sebe silově působí. Buben na prádlo působí silou, které říkáme dostředivá, směřuje dovnitř a vysvětluje zakřivení trajektorie prádla. Protože tu na sebe působí dvě tělesa, existuje tu ještě reakční síla, kterou působí prádlo na buben. Této síle se bohužel někdy říká odstředivá.

2. Z pohledu bubnu se nic netočí. Prádlo je přesto namáčknuté na stěnu a narozdíl od předchozího případu není naprosto jasné proč. Proto se zavádí nepravá síla (napravá proto, že není jasný její původce), které se bohužel říká také odstředivá a která odpovídá tomu, co v té soustavě pozorujeme. Tato síla tedy tlačí prádlo ven.

Obě síly se samozřejmě pletou, protože se označují stejným slovem a také se stejně počítají.

Pokud jde o ten povrch Země. Země není inerciální soustava, proto na ní můžeme používat pojem odstředivá síla (v tom druhém smyslu). Odstředivá síla je ovšem velmi slabá, takže někdo jiný by to mohl zanedbat a řekl by, že si odchylek od neinerciality stejně nevšimne. Navíc ale po složení odstředivé a gravitační síly už nikdo nerozhodne, která síla byla která, takže když jednou zavedeš tíhovou sílu, tak jsi do ní efekt odstředivé síly už zahrnul - v podstatě tedy stále počítáš v neinerciální soustavě, ale odstředivá síla tam nevystupuje explicitně. Výsledná soustava bude stále vykazovat neinerciální chování (zejména Coriolisovu sílu) - toho si můžeš a nemusíš všimnout.
Krátce řečeno: soustavu spojenou s povrchem Země můžeme považovat za inerciální, odchylky jsou velmi malé. Pokud chceme, odstředivou sílu navíc můžeme promítnout do proměnného tíhového zrychlení - kdyby Země nerotovala, také by nebylo všude stejné, tak ať tam máme jen jednu měnící se sílu, ne dvě. Přijdeme tak jen o odchylky vyšších řádů, kterých bychom si stejně možná nevšimli.

To je alespoň můj pohled na věc.

↑ alpus:
Pokud se ptáš, jestli tě bude někdo nutit říkat té síle odstředivá, tak nebude. Říkej jí, jak chceš. Ale někdy se to slovo prostě používá, tak je dobré o tom vědět.

On je ještě taky pro většinu lidí problém se smířit s faktem, že některé věci (jako třeba ty zdánlivé síly) prostě závisejí na volbě souřadné soustavy. Koukáš na rotující buben v pračce - a jedna část mozku ti říká, že buben se točí, takže je v něm odstředivá síla, a druhá část mozku na to pořád kouká ze židle, na které sedíš chce tam tu odstředivou sílu vidět taky.

Jenže tak to nejde. Nejlepší když se nad tím zamyslíš trochu jiným způsobem.

Shodou okolností se stalo, že se několik fyziků ocitlo v uzavřených kulatých (= válcovitých) místnostech někde ve vesmíru, místostech, která nemají žádná okna, takže nikdo se nemůže dívat ven...mohou jen provádět svoje experimenty a pozorovat co se děje.

První z fyziků měl velkou kliku - v jeho soustavě se vše chová přesně tak, jak se to učil ve škole. Věci se hezky volně vznášejí v prostoru, nikam nepadají ani nelétají, pokud se něco umístí někde v prostoru, tak už to tam zůstane. Když hodí balónek, ten se pohybuje po přímce konstantní rychlostí (náš fyzik rozumí trochu i matematice, takže ví, co je to přímka - jako že to je třeba nejkratší spojnice dvou bodů v jeho souřadné soustavě).


Druhý z fyziků už takové štěstí neměl. Věci v jeho soustavě se nevzdášejí volně v prostoru, nýbrž mají tendenci padat stále stejným směrem - nazval si ho jako "dolů" protože ve škole věci taky padaly směrem dolů, žejo...po nějaké době bádání zjistí, že Newtonův zákon, tak jak se ho učil ve škole, by skoro fungoval, jen je nutné ke známým silám působícím na těleso přidat ještě jednu, která míří tím jeho směrem "dolů" - a jejíž velikost si stanovil experimentálně. Netuší ovšem, co je příčinou téhle síly - ale protože má spoustu fantazie, napadlo ho, že jeho pokoj (soustava) by se mohla "ve skutečnosti" pohybovat zrychleným pohybem směrem opačným k tomu "dolů" - což by vysvětlovalo tu záhadnou sílu.


Třetí fyzik dopadl ještě  hůře - v jeho soustavě věci nezůstávají stát na místě, ani nepadají "dolů" ale kupí se u obvodové stěny jeho pokoje. Když si vezme závaží, pověsí si ho na pružinu a chodí s ním po pokoji, tak zjistí, že závaží táhne pružinu vždy směrem od středu jeho pokoje. A to tím více, čím více je od středu vzdálen. Nenapadne ho nic lepšího, než předpokládat, že na závaží působí v jeho soustavě opět nějaká záhadná síla. A protože závaží je vždy taženo od středu jeho místnosti, nazve ji přirozeně jako "odstředivá síla". Tím jeho trápení ovšem nekončí...když vezme balónek a hodí jej přes pokoj, balónek vůbec neletí rovně. Dokonce neletí ani tak, jako by na něj působila ta odstředivá síla. Letí po úplně záhadné křivce. Teprve po měsících experimentování a počítání ho napadne, že na letící předmět musí krom odstředivé síly působit ještě další síla - která závisí i na rychlosti toho letícího předmětu. Dnes ji známe jako Coriolisovu sílu a na své záhadnosti dosud nic neztratila.


Chudák čtvrtý fyzik má soustavu ještě horší - přibyla mu tam ještě i Eulerova síla. Dalšímu se všechny ty síly v čase i mění.


Všichni fyzikové však nakonec dojdou k zajímavému objevu - když si ve svém pokoji umístí do prostoru 3 malá tělíska, tak aby se navzájem nepohybovala (ale nebyla přitom nijak spojená) - a s touto trojicí tělísek spojí pomocnou vztažnou soustavu - tak v této soustavě žádné z těch záhadných sil, co působí v jejich místnostech nepotřebují. Soustava spojená s volně padajícími tělísky je dokonale inerciální.

Proto se také rozhodli, že těm záhadným silám působících v jejich místnostech budou říkat "zdánlivé" - protože mají možnost se jich zbavit tím, že si udělají novou soustavu, spojenou s volně padajícími tělísky. To, že jsou ty síly zdánlivé ovšem neznamená, že neexistují. Pro fyzika číslo 2 jsou reálné dost na to, aby si mohl v klidu na vařiči udělat oběd a nalít si do sklenice pívo, zatímco fyzik č. 1 v inerciální soustavě má smůlu, a pívo musí pít přímo z lahve, jinak se mu rozletí do prostoru.

alpus napsal(a):

↑ LukasM:
Děkuji Vám moc za vysvětlení.Ještě se Vás zeptám, k bodu 1 u té pračky. Píšete, že se jí někdy bohužel říká odstředivá. Kdybych jí takto nazývat nechtěl, vzhledem k tomu, že jde o inerciální vztažnou soustavu, mohu říci, že prádlo působí na stěnu stejně velkou silou opačného směru, která se ovšem nenazývá odstředivá, jelikož odstředivá setrvačná síla souvisí s neinerciálním systémem?

Můžeš to nazývat "reakční síla" nebo to nemusíš nazývat vůbec nijak - není z toho žádný velký užitek.


Ještě něco není jasné ?