Fyzika praků #2Smarter Every Day

Ahoj, vítejte u Smarter Every Day. Když se chcete něco dozvědět o nějakém oboru, musíte jít za experty. Proto jsem se vydal do Německa za Jörgem Spravem. Dnes se naučíme něco o fyzice praků, ale nejdřív si zastřílíme. Jste den ode dne chytřejší. Dnes jsme v Německu na 300 let staré farmě v malé vesnici.

Jörgu, co budeme dělat? Podíváme se, jak Tobias střílí. Tobias je světový rekordman ve střílení z ručního praku. Když vystřelí, projektil má energii větší než 100 joulů. Takže zkusíme rozbít tohle německé pivo. Dost jsme to natřásli. Snad to vyjde. Nádherná tmavě rudá barva. Vypadá to jako lebka.

To je drsné. Je to tmavě rudá. KDYŽ PROJEKTIL PŘESTANE ZRYCHLOVAT, GUMA SE ZVLNÍ. Nádhera. Placák. V Americe si plácáme. Placák, Jörgu. Pěkně. Guma je zajímavý materiál.

Tady máme graf. Když do soustavy chceme přidat energii, neboli zvýšit potenciální energii gumy, stačí ji natáhnout. To je jasné. Ale čím víc gumu natáhnete, tím těžší je ji natáhnout ještě více. Jak vidíte na siloměru, čím dál natahuji, tím je to těžší. Kdybych zakreslil potenciální energii závislou na natažení gumy, kvůli zvyšování síly to není rovná čára.

Je to nelineární křivka. Ale je toho víc. Když projektil pustím a začne akcelerovat, také to bude zakřivená funkce kvůli vlastnostem materiálu. Ale zajímavé je tohle. Když sečtete potenciální energii v gumě a kinetickou energii projektilu v jakýkoliv moment, vždy by se přibližně rovnaly celkové energii přidané do soustavy.

Ale je tu další vlastnost. Nechápal jsem ji, dokud jsem neviděl experiment. Když gumu natáhnete, zahřeje se. Ale když ji držíte nataženou a ona chladne, ztratí energii. To znamená, že potenciální energie soustavy bude klesat, takže váš projektil bude pomalejší, když guma zchladne.

Proč se to asi děje? - Jörgu, chceš to vysvětlit? - Ano. Tobiasovým rekordem bylo vystřelení 20 milimetrové koule rychlostí 83 metrů za sekundu. To je 115 joulů. Můžeš. To dělá tak, že natáhne a vystřelí okamžitě, bez jakékoliv prodlevy.

Takže guma pořád střílí plnou silou a neztrácí energii skrze hysterezi. Propána. Jak je to tlusté? Tohle je jehlan. Když se síla snaží rozkládá skrz materiál, vytvoří jehlan. Mám tady připnuté dvě gumičky a vidíte, že jedna z nich je čím dál tím užší. Kdybych tedy dal na každou závaží, ta nalevo by se natáhla více, protože tíze závaží odporuje méně materiálu, že?

Ano, dává to smysl. Takže když má prak buď užší nebo širší gumu, předpokládal bych, že ta širší bude projektil akcelerovat rychleji. Ale tak to vůbec není. Lidé, co střílejí z praku, to ví už dlouho, ale nemají důkaz. Takže jsme se s Jörgem chopili vysokorychlostní kamery.

Vystřelili jsme ze dvou praků, ten dole má zúženou gumu a ten nahoře ne. Horní prak zjevně akceleruje pomaleji než ten dolní. Mám jednoduchou teorii. Každý materiál má křivku napětí-deformace. Napětí je síla působící na plochu při natažení. Deformace je to, o kolik se prodlouží. Nejspíš v soustavě jde více energie do deformace.

Ve zkratce jsme byli na dvou kontinentech, naučili se dvě věci a mám pro vás dvě otázky. Dozvěděl jsem se, že potenciální energie se drží v gumě, ale rychle se mění na teplo. Pak také to, že u praků je ztenčená guma efektivnější pro přeměnu potenciální energie na kinetickou. Mám i bonus. V roce 1660 byl objeven Hookův zákon průžné deformace.

Zajímavé je tohle. Guma se nechová podle zákona pružné deformace. Pod video dám odkaz, kde si o tom můžete přečíst. V učebnicích jste se to nejspíš nedozvěděli. A mám tady i dvě otázky. Zaprvé, proč guma ztrácí energii, když chladne? Neboli guma vystřelí rychleji, když ji hned pustím. A zadruhé, proč je zúžená guma efektivnější?

Pomozte mi na to přijít. Já jsem Destin, děkuji za pozornost. Užijte si nepoužité záběry. Jörg tomu rozumí a chtěl jsem se dostat od povrchní vědomosti o pružnosti k hlubšímu poznání. Než se ale pustíme do fyziky praků... pojďme střílet. Zrovna jsem to zkazil.

Používáme méně reaktivní materiál, abychom něco vystřelili rychleji. Pojď dál. No pojď. Chtěl jsem se naučit... Bože. Nejdřív jsem myslel, že jsi padavka, takže se mi ulevilo, že nejsi.

Říkám to jen proto, že má zraněnou ruku a nemůže mi vrazit. Chtěl jsem tedy přejít od hlubšího poznání... Já se snad zabiju. Neumím mluvit. Zúžená guma se vychýlí méně. Ale zajímavé je, že... Koza. Zase. Chtěl jsem se poučit o pružnosti... Proto jsem se vydal do Německa za Jörgem Spravem.

Dnes se něco dozvíme o fyzice praků, ale nejdřív si zastřílíme. Jste den ode dne chytřejší. Konečně jsem to řekl správně! Když je slyšet bouřka.