Fyzika praků #2

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.