Na koni po dálnici. Proč se v některých zemích jezdí vlevo a v jiných vpravo?

1 Pohyb a natřásání

Všechno je v pohybu. Můžete v klidu sedět ve svém křesle, ale k nehybnosti máte daleko. Nemám na mysli jen to, že vám buší srdce, krev koluje v žilách a v du chu si pohráváte s myšlenkou, kolik fascinujících věcí se dozvíte z téhle knížky. Abych to zkrátil, nemluvím o tom, že tělesně a duševně žijete. Mluvím o tom, že zatímco mírumilovně sedíte na místě, Země, kte rou máte pod nohama, se s vámi otáčí rychlostí 1600 kilometrů za hodi nu. (Skutečná rychlost záleží na tom, kde žijete. Viz strana 124.) Navíc vás matička Země vláčí rychlostí 107 000 kilometrů za hodinu kolem Slunce. Nemluvě o tom, že sluneční soustava a všechny hvězdy a galaxie ve vesmíru se neuvěřitelnou rychlostí ve všech směrech ženou od sebe. Dobře, to jste věděli. Možná jste ale neznali přesnou rychlost. Ale pořád ještě jsme neskončili. Tvoří vás molekuly. (Ano, dokonce i vás.) Všechny molekuly vi brují a poskakují ve snaze předehnat jedna druhou, tedy za předpo kladu, že se vaše tělesná teplota pohybuje někde nad absolutní nulou (viz strana 87). V pohybu je i většina atomů tvořících vaše moleku ly a také elektrony, které jsou součástí vašich molekul, a pohybují se i všechny ostatní elektrony, atomy a molekuly všeho ostatního ve ves míru. Do pohybu byly uvedeny před přibližně dvanácti miliardami let (viz strana 172) a od té doby se vrtí. 11

Co-Einstein-vypráv l-svému-holi i-Robert-L-Wolke.indd 11

30.4.2009 16:28:01

Co Einstein vyprávěl svému holiči

Tak co je vlastně pohyb? V této kapitole uvidíme, jak se všechno, od koní přes ženoucí se auta, zvukové vlny, kulky, letadla a satelity krouží cí kolem Země, pohybuje z jednoho místa na druhé.

Na koni po dálnici Proč se v některých zemích jezdí vlevo a v jiných vpravo? Souvisí to se skutečností, že většina lidí jsou praváci. Dávno předtím, než se objevily moderní střelné zbraně nebo zača la jezdit auta, lidé bojovali na koni a používali meč. Pravák nosí meč na levé straně, aby ho mohl pravou rukou pohotově tasit. Ale s dlouhou pochvou zavěšenou na levé straně můžete na koně nasednout jen tak, že přes jeho hřbet přehodíte pravou nohou. A pokud nehrajete ve filmu Mela Brookse a nechcete sedět na svém oři obráceně, musíte mít při na sedání jeho hlavu vlevo. Dodnes se koně cvičí tak, že se sedlají a nasedá se na ně z levé strany. Když už jste v sedle, držíte se na cestě na levé straně, protože pokud někdo pojede proti vám, bude vás míjet zprava. Když se z něho vyklube nepřítel, můžete pravou rukou tasit a okamžitě se s tím mizerou vypo řádat. Prozíraví jezdci se tedy drželi na levé straně cesty. Tento zvyk přijaly i kočáry, aby se vyhnuly kolizím s jezdci, a když se pak objevily kočáry bez koní, v některých zemích se tento zvyk udržel. Zvlášť v době, kdy na cestách soupeřily kočáry a auta. Tak proč lidé v USA a mnoha dalších zemích jezdí vpravo? Když meče uvolnily místo šípům a oštěpům a potřeba chránit si pra vé křídlo přestala být aktuální, zavládla v pravidlech silničního provozu změna. V mladších a na tradicích méně lpějících zemích se začalo jez dit vpravo vzhledem k převaze praváků, kteří se cítí lépe na pravé straně cesty. Levákům rychle došlo, že nemá smysl se s nimi dohadovat. 12


30.4.2009 16:28:01

Pohyb a natřásání

Byl jsem ale i v zemích, kde většina lidí zřejmě používá obě ruce stej ně, protože dávají přednost prostředku silnice.

Čtyřlístek Proč jsou křížení silnic a dálnic tak složitá, proč je tvoří nadjezdy a objezdy? Aby urychlily tok příspěvků od stavebních firem do pokladen volebních kampaní politiků. Promiňte. Umožňují nám zabočit doleva, aniž by nás smetla protijedoucí auta. Je to jen otázka geometrie. Když se začaly stavět mnohaproudé silnice a dálnice, stavaři museli vymyslet, jak umožnit přejíždět z jedné strany na druhou, aniž by bylo nutné zastavovat na semaforech na červenou. Protože v USA se jezdí vpravo, zabočit doprava není problém, prostě jen vjedete na výjezdo vou rampu. Ale odbočit doleva vyžaduje křížení s několika proudy pro tijedoucích aut. To ovšem může způsobit problémy, které si člověk rad ši nechce ani představit. Mimoúrovňová křižovatka vám umožní zabočit o 90 stupňů doleva tím, že zabočíte o 270 stupňů doprava. Představte si to. Celý kruh má 360 stupňů. Pokud zabočíte o ce lých 360 stupňů, vrátíte se zpátky do původního směru. Pokud se dvě dálnice kříží pod devadesátistupňovým úhlem, zabočit doleva znamená zabočit o 90 stupňů. Stejného výsledku ale dosáhnete, pokud zabočí te o tři devadesátistupňové úseky doprava. Je to stejné, jako když se ve městě setkáte se zákazem odbočení vlevo. Co uděláte? Zabočíte kolem nejbližšího bloku třikrát doprava. A přesně to dělají nadjezdy a podjez dy: vedou vás 270 stupňů kolem tří čtvrtin kruhu nad nebo pod proti jedoucím směrem. 13


30.4.2009 16:28:01


Dálniční křížení tak připomíná spíš čtyřlístek než trojlístek nebo dvojlístek, protože doprava se rozbíhá do čtyř různých směrů – napří klad na sever, východ, jih a západ – a z každého musí být možné zabo čit doleva. Doporučení pro čtenáře v Británii, Japonsku nebo dalších zemích, kde se jezdí vlevo: V předešlých odstavcích nahraďte slovo „levá“ slovem „pravá“ a naopak a vyjde vám to pravé. Tedy levé. Vždyť mi rozumíte.

Připravit, ke startu… Hop! Kdyby každý z obyvatel Číny vylezl na dvoumetrový žebřík a potom všichni naráz seskočili, mohlo by to posunout zemi na jinou oběžnou dráhu? Ne, ale asi by se výrazně zvedly příjmy podiatrům (lékařům specializo vaným na dolní končetiny). Asi každý by si za příklad zvolil Čínu, protože jako nejlidnatější země skýtá potenciál dvou a půl miliardy bolavých nohou. V úvahu připadají dvě otázky – tedy kromě té, proč lidé, kteří se na něco takového ptají, nemají na práci nic lepšího. (Dělám si legraci, je zábavné o podobných věcech uvažovat.) První otázka zní, jak silné by bylo to žuchnutí po dopadu, druhá – jestli existuje síla, která by doká zala změnit oběžnou dráhu Země. Spočítat množství energie z gravitačního pádu je snadné. (A neříkej te, že nepadají, protože Čína je na opačné polokouli, tedy vzhůru noha ma.) Předpokládejme, že v Číně žije 1,2 miliardy lidí, kteří váží průměr ně šedesát osm kilogramů. Kolektivně by při dopadu na zem působili silou 1,6 trilionů Joulů. (Joule je jednotkou energie, s tím se netrapte.) To je energie, která by vyvolala takové střední zemětřesení o síle kolem pátého stupně Richterovy škály. Taková zemětřesení přicházejí už mili ony let, aniž by posunula oběžnou dráhu Země. 14


30.4.2009 16:28:01


Energie žádného zemětřesení ani nohotřesení nemůže oběžnou drá hu Země ovlivnit, takže zemětřesení ani Číňané na žebřících nejsou podstatní. Planeta Země dál obíhá kolem Slunce, protože má určitou hybnost, což znamená, že má určitou hmotnost a rychlost, protože hyb nost je spojení hmotnosti a rychlosti. Naše planeta s sebou nese díky gravitaci i všechno to, co je na ní, tedy i poskakující Číňany nebo akro baty na trampolíně. Všichni představujeme jedno velké množství hmo ty a poskakování kohokoli na tom množství nic nezmění. Nemůže se změnit ani rychlost pohybu Země, protože všichni ti Číňané se pohy bují vesmírem stejnou rychlostí jako celá planeta. Všichni jsme na jed né obrovské propojené lodi. Nemůžete změnit rychlost auta, když pus títe stěrače, že ne? Nepodaří se vám ho zvednout, když tlačíte zevnitř na střechu. Můžeme to formulovat i pomocí Newtonova třetího pohybového zákona. Určitě jste ho už milionkrát slyšeli (a pokud to budu moct ně jak ovlivnit, ještě milionkrát uslyšíte). Je to zákon akce a reakce: Pokud jedno těleso působí na druhé určitou silou, pak druhé působí na první stejnou silou opačného směru. Pokud tlačíte na cihlovou stěnu, ona tla čí na vás. Pokud by tomu tak nebylo, prošla by vám ruka skrz. Když na zemský povrch dopadnou Číňané, stejnou silou, jen v opačném smě ru, působí Země na jejich chodidla. Takže: a) neexistuje čistá (nevyvá žená) síla, která by mohla ovlivnit pohyb naší planety a b) určitě je bu dou bolet nohy.

Vyskočit… Teď! Stojím ve výtahu a ten padá šachtou dolů. Mohu výskokem v posledním okamžiku zamezit nárazu? No jasně. Netuším, kolikrát tahle otázka napadla ty, kteří mají ve výta hu strach, kolikrát na ni odpovídal nějaký váš známý fyzik. Odpovědět 15


30.4.2009 16:28:01


na ni jedním slovem je jednoduché. Ne. Ale pokud o tom problému uvažujeme, vyvstává celá řada zajímavých otázek. Nejdřív rychlá odpověď: Vaším cílem je přistát na dně šachty le hounce jako pírko, bez patrné dopadové rychlosti, je to tak? To ovšem znamená, že byste museli vyrovnat rychlost výtahu stejně rychlým po hybem opačným směrem. Výtah (s vámi) padá rychlostí 80 kilometrů v hodině. Dokážete vyskočit směrem vzhůru rychlostí, která by se tomu alespoň blížila? Nejlepší basketbalisté vyskočí rychlostí přibližně 8 kilo metrů v hodině. Konec rychlé odpovědi. Uvažujme o chvíli těsně předtím, než vašemu výtahu prasklo lano. Sir Isaac Newton (1642–1727) si v sedmnáctém století, dlouho před vynálezem výtahu, uvědomil, že pokud nějaké těleso vyvine určitou sílu proti jinému tělesu, to těleso vyvine stejnou sílu proti němu. Dnes je to známé jako třetí Newtonův pohybový zákon. Pokud stojíte na podla ze výtahu a gravitace (síla číslo jedna) vás táhne dolů, podlaha vás stej nou silou tlačí nahoru (síla číslo dvě). Díky tomu gravitace nezvítězí a nestáhne vás dolů do šachy. Stejné je to i s kabinou výtahu, v tomto případě je to lano, na němž je kabina zavěšená, které působí proti tíži působící kabiny. Takže vy ani kabina se neřítíte šachtou dolů. Oba se pohybujete nahoru nebo dolů rychlostí ovládanou pomalými otáčkami motoru, který ovlivňuje odvíjení nebo navíjení lana z bubnu. Jakmile se lano přetrhne, přestane působit směrem nahoru jeho síla i tlak podlahy kabiny, takže kabina i vy jste vystaveni přitažlivosti a pa dáte. Najednou se cítíte bez tíže, letíte, protože síla, kterou podlaha ob vykle působí proti vám, je pryč. Ale po blaženém okamžiku vznášení se vás zmocní gravitace a vy se i s kabinou řítíte dolů. Šťouralův koutek Ještě k té chvíli „beztíže“ v okamžiku, kdy výtah začne padat. Je jasné, že vaše hmotnost se nikam neztratila, zemská přitažlivost na vás půso bí jako obvykle a právě síle té přitažlivosti říkáme váha (viz strana 23). 16


30.4.2009 16:28:01


To, co jste ztratili, je pocit tíže. Nemáte pocit tíže, protože nestojíte na váze ani na podlaze, na niž působíte silou, a ona stejnou sílu vyvíjí pro ti vašim chodidlům. Celá tahle debata o padajících výtazích je samozřejmě jen hypotetic ká, protože lana výtahů se netrhají. A i kdyby k tomu došlo, výtah je vy bavený bezpečnostním zařízením, které by kabině umožnilo spadnout jen o pár centimetrů. Ale jak dokládá zájem o horskou dráhu, někteří lidé si v pohrávání s hrozící katastrofou libují. Pokud náhodou patříte mezi fanoušky horské dráhy, pocit vznášení, jaký prožíváte při přehoupnutí přes vrchol, je přesně to, co byste zaži li v padající kabině výtahu. Říká se tomu volný pád (viz strana 34). Stav beztíže znají i kosmonauti z kosmické lodi (viz strana 32).

Ojeté pneumatiky Když se u auta ojedou pneumatiky, kam z nich zmizí guma? Ogumuje se – ale kvůli tomu se to guma nejmenuje (viz strana 211) – a ze silnice se pak v podobě jemného prachu rozfouká všude kolem. Něco smyje déšť a odplaví do kanálů, něco se s deštěm snese na zem. Nakonec se guma dostane do půdy a oceánů jako součást Země, z níž vzešla. Stejně jako všechno ostatní se i ojeté pneumatiky v prach obrátí. Máme pocit, že pneumatiky automobilu se hladce točí na silnici, ne uvažujeme o tom, že se otírají a guma se z nich odírá. To by bylo mož né jen v případě, že by neexistoval mezi povrchem vozovky a pneuma tikou žádný odpor. Jenomže to by pak pneumatiky neměly přilnavost a vy byste nikam nedojeli. Na takové pneumatiky byste mohli dostat nevídanou záruku, nikdy by se neojely. Mezi každými dvěma povrchy, kde se jeden pohybuje po druhém – dokonce i u silnice a pneumatiky –, vždycky existuje určitá míra přilna 17


30.4.2009 16:28:02


vosti. Říká se tomu tření. Dochází k němu i při pohybu pneumatik po silnici, přestože tření při otáčivém pohybu je daleko menší než při po suvném. Pokud je to nutné, dokážete auto uvést do pohybu tak, že ho tlačíte. Ale zkuste to do strany. Tření spotřebovává část pohybové energie a převádí ji na teplo. Po kud by se část pohybové energie nepřeměňovala na teplo vzniklé tře ním, auto by mohlo jet nekonečně dlouhou dobu, aniž by zpomali lo, pohyb by trval věčně. Protože se část energie, třeba i malá, vždycky mění na teplo, každé zařízení, které se prohlašovalo za perpetuum mo bile, bylo podvod, i když měl jeho vynálezce ty nejčistší úmysly. ZKUSTE SI TO Pokud si myslíte, že tření pneumatiky o povrch silnice nevytváří teplo, sáhněte si na pneumatiky před jízdou a třeba po hodině jízdy na dálnici. Většina tepla, které ucítíte, vzniká třením pneumatiky o povrch vozovky, část ale vzniká i při neustálém rozpínání a smršťování gumy (viz strana 213). Vraťme se ještě k ubývání vašich pneumatik. Kdykoli dochází mezi dvěma povrchy ke tření, jeden z nich „odevzdává“ některé své moleku ly, zanechává je na tom druhém. Měkká pneumatika nemá proti tvrdém povrchu silnice šanci, takže je to guma, co se po malých částečkách po stupně odděluje. Pokud by se vozovky dělaly z materiálu měkčího než guma, odíraly by se místo pneumatik ony. Naše civilizace usoudila, že je daleko snazší, když budou řidiči měnit pneumatiky, než aby vlády neustále měnily po vrch silnic. Můžete se zeptat, proč se tedy pořád proplétáme objížďkami kvůli opravám na silnicích. Bohužel vám mohu zodpovědět jen technic ké dotazy, nikoli ty související s politikou. Kvílející pneumatiky ve filmových honičkách jsou také výsledkem tření. Pneumatika se v tu chvíli na vozovce netočí, spíš klouže. V mik 18


30.4.2009 16:28:02


roskopickém měřítku vidíme, že pneumatika tisíckrát během sekundy střídavě klouže a zastavuje se, tak vznikají vibrace, které mají frekvenci skřípání a kvílení. Je snadné pochopit, že při všem tom odírání pneu matik o povrch silnice se uvolní spousta gumy. Při tření ale vzniká ta kové teplo, že část gumy se taví a vpíjí se do povrchu silnice v podobě černých stop po smyku.

Neptali jste se, ale… Proč jsou pneumatiky závodních aut hladké? Člověk by si myslel, že potřebují veškerý tah, jaký mohou vyvinout. Právě proto jsou tak hladké. Obyčejné pneumatiky mají povrch naruše ný drážkami, tím ztrácejí na přilnavosti. Drážky slouží k odvádění vody a bláta. Závodní auta ale soutěží většinou v dobrém počasí, takže drážky nejsou potřeba. Představovaly by naopak ztrátu plochy, která umožňu je lepší ovládání vozu v zatáčkách a účinnější brzdění. Aby byla přilna vost ještě vyšší, jsou pneumatiky daleko širší než ty u běžných osobních vozů. Vyrábějí se také z měkčího materiálu, který se odírá jako blázen. Myslíte si, že vaše pneumatiky moc nevydrží? A proč myslíte, že závod níci pořád staví v boxech a mění gumy?

19


30.4.2009 16:28:02

Na koni po dálnici. Proč se v některých zemích jezdí vlevo a v jiných vpravo?

Recommend Documents