WEBVTT

00:00:00.668 --> 00:00:05.724
Pojďme si něco říct o jedné
velmi záhadné síle vesmíru.

00:00:05.724 --> 00:00:08.439
Vlastně, pro mě jsou všechny síly vesmíru

00:00:08.439 --> 00:00:10.366
docela záhadné :), tak teď si trochu

00:00:10.366 --> 00:00:12.420
popovídáme o náboji.

00:00:12.420 --> 00:00:14.674
Všichni jsme o náboji slyšeli.

00:00:14.674 --> 00:00:16.583
Například při dobíjení baterií.

00:00:16.583 --> 00:00:18.769
Tato částice má náboj.

00:00:18.769 --> 00:00:21.319
Ale když se nad tím zamyslíte, 
tak to, co náboj znamená,

00:00:21.319 --> 00:00:25.406
je vlastnost nazývaná náboj a víme,

00:00:25.406 --> 00:00:29.877
že pokud něco obsahuje kladný náboj...

00:00:29.877 --> 00:00:32.687
– a to, že říkáme kladný, je vlastně 
jen dohodnutá konvence,

00:00:32.687 --> 00:00:35.144
neznamená to, že protony 
mají plus nakreslené na zádech.

00:00:35.144 --> 00:00:36.551
Mohli bychom jim říkat záporné.

00:00:36.551 --> 00:00:38.469
Ale když má něco kladný náboj

00:00:38.469 --> 00:00:42.459
a když i něco dalšího má kladný náboj,

00:00:42.459 --> 00:00:44.986
pak se navzájem odpuzují.

00:00:44.986 --> 00:00:47.673
Také víme, že kdybych měl něco dalšího,

00:00:47.673 --> 00:00:51.236
jinou částici, 
která by měla záporný náboj,

00:00:51.236 --> 00:00:53.737
a znovu, slovo „záporný“ používáme pouze

00:00:53.737 --> 00:00:54.981
na základě obecné dohody.

00:00:54.981 --> 00:00:58.238
Mohli bychom to pojmenovat
modrý náboj a červený náboj,

00:00:58.238 --> 00:01:01.954
ale víme, že když má objekt opačný náboj,

00:01:01.954 --> 00:01:03.326
zde mu říkáme záporný,

00:01:03.326 --> 00:01:06.505
pak bude přitahován ke kladnému náboji.

00:01:06.505 --> 00:01:07.970
Co víme o náboji?

00:01:07.970 --> 00:01:10.510
Náboj je vlastnost, kterou mají částice,

00:01:10.510 --> 00:01:12.554
a pokud dáme dohromady dostatek částic,

00:01:12.554 --> 00:01:14.869
pak předměty mají tuto vlastnost také.

00:01:14.869 --> 00:01:16.887
Je to pouze vlastnost.

00:01:16.887 --> 00:01:19.193
A to je způsob, jak říct,

00:01:19.193 --> 00:01:20.774
že vlastně nevím, co to je.

00:01:20.774 --> 00:01:23.601
A upřímně, nikdo v podstatě neví,
co to je.

00:01:23.601 --> 00:01:26.639
Vlastně – v podstatě nikdo neví nic.

00:01:26.639 --> 00:01:30.238
Ale náboj je vlastnost částic a předmětů,
stejně jako hmotnost.

00:01:30.238 --> 00:01:33.002
Zamyslíte-li se nad tím,
hmotnost je také pouze vlastnost.

00:01:33.002 --> 00:01:35.817
A do určité míry se zdá
být reálnější než náboj,

00:01:35.817 --> 00:01:38.488
protože naše mozky

00:01:38.488 --> 00:01:42.555
dokážou snadněji pobrat co je hmotnost,

00:01:42.555 --> 00:01:46.209
nejspíše lépe chápeme hmotnost a objem,

00:01:46.209 --> 00:01:48.993
ale o tom budeme přemýšlet jindy.

00:01:48.993 --> 00:01:51.991
Náboj je více abstraktní, protože před tím,

00:01:51.991 --> 00:01:55.336
než jsme si začali třít
ebonitové tyče o vlasy,

00:01:55.336 --> 00:02:00.214
tak jsme se s ním moc nesetkali.
Pokud do nás neuhodil blesk.

00:02:00.214 --> 00:02:03.529
Náboj je vlastnost,
kterou mají částice či předměty,

00:02:03.529 --> 00:02:06.128
a víme, že existují dva typy náboje,

00:02:06.128 --> 00:02:12.129
kterým podle domluvy říkáme
kladné a záporné.

00:02:12.129 --> 00:02:22.322
Víme, že stejné náboje se odpuzují

00:02:22.322 --> 00:02:31.553
a opačné přitahují.

00:02:31.553 --> 00:02:33.352
Co s tím můžeme dělat?

00:02:33.352 --> 00:02:35.415
No, máme-li tuto vlastnost,

00:02:35.415 --> 00:02:39.922
pak je myslím užitečné ji změřit,

00:02:39.922 --> 00:02:42.869
a tak se dostáváme k jednotkám.

00:02:42.869 --> 00:02:46.752
Jednotka náboje se nazývá coulomb.

00:02:46.752 --> 00:02:49.434
Je pojmenována po vědci z 18. století,

00:02:49.434 --> 00:02:51.098
který si s nábojem hodně hrál.

00:02:51.098 --> 00:02:53.773
Můžete si o něm přečíst víc na Wikipedii.

00:02:53.773 --> 00:02:58.132
Jednotce říkáme coulomb
a má více definicí.

00:02:58.132 --> 00:03:03.547
Přemýšlejme ale o tom
v rámci elementárních částic,

00:03:03.547 --> 00:03:05.550
právě proto, že do určité míry

00:03:05.550 --> 00:03:09.512
– pokud se nebudeme pouštět 
do kvantové teorie a začínat s kvarky a tak –

00:03:09.512 --> 00:03:14.062
elementární náboj
je náboj protonu nebo neutronu.

00:03:14.062 --> 00:03:18.584
Budu se tím detailně zabývat později
u struktury atomu a tak,

00:03:18.584 --> 00:03:22.478
ale teď si nakreslíme malý příklad.

00:03:22.478 --> 00:03:24.938
Atom obvykle obsahuje neutrony,

00:03:24.938 --> 00:03:27.692
které nemají tuto vlastnost – náboj.

00:03:27.692 --> 00:03:31.000
Bude obsahovat protony,

00:03:31.000 --> 00:03:32.745
které mají kladný náboj.

00:03:32.745 --> 00:03:36.179
A znovu, je všeobecně dohodnuto,
že mu říkáme kladný.

00:03:36.185 --> 00:03:39.371
Mohli bychom mu říkat třeba červený náboj.

00:03:39.371 --> 00:03:41.500
A potom obsahuje
tyhle věci plovoucí okolo,

00:03:41.500 --> 00:03:48.995
které jsou mnohem, mnohem, mnohem 
lehčí než protony a neutrony v jádře atomu,

00:03:48.995 --> 00:03:51.378
a ty se jmenují elektrony.

00:03:51.378 --> 00:03:54.275
Ani není jasné,
jestli to jsou skutečné objekty.

00:03:54.275 --> 00:03:57.381
Jsou téměř energií,

00:03:57.381 --> 00:03:59.907
ale někdy bývá užitečné
si je představit jako objekty,

00:03:59.907 --> 00:04:02.495
někdy bývá užitečné
si je představit jako –

00:04:02.495 --> 00:04:03.584
no, ne objekty.

00:04:03.584 --> 00:04:05.698
A do toho se pustíme později.

00:04:05.698 --> 00:04:08.503
Elektrony mají záporný náboj.

00:04:08.503 --> 00:04:10.531
A základní jednotka náboje,

00:04:10.531 --> 00:04:13.649
alespoň pro naše současné potřeby, 
kdy nebereme v úvahu kvarky

00:04:13.649 --> 00:04:16.143
a další částice menší než atomy,

00:04:16.143 --> 00:04:18.758
je náboj elektronu nebo protonu.

00:04:18.758 --> 00:04:21.072
Ty mají přesně stejný náboj

00:04:21.072 --> 00:04:23.925
a tento základní náboj se značí e.

00:04:23.925 --> 00:04:26.659
A upřímně, nevím, jestli e znamená

00:04:26.659 --> 00:04:29.230
elementární, nebo elektron.

00:04:29.230 --> 00:04:32.527
Ale vlastně e se rovná náboji protonu,

00:04:32.527 --> 00:04:39.238
takže to je pravděpodobně zkratka 
pro elementární náboj protonu.

00:04:39.238 --> 00:04:43.743
A náboj elektronu je záporný,

00:04:43.743 --> 00:04:51.244
takže minus e je náboj elektronu.

00:04:51.244 --> 00:04:55.140
Ale pokud bychom se nezajímali o znaménko,

00:04:55.140 --> 00:04:57.209
potom by velikosti obou byly stejné.

00:04:57.209 --> 00:04:59.387
Tak, to jsou pro nás základy.

00:04:59.387 --> 00:05:01.538
V rámci toho, do jaké hloubky
fyziku rozebíráme.

00:05:01.538 --> 00:05:03.697
Elementární náboj.

00:05:03.697 --> 00:05:07.690
Základní jednotkou náboje
je právě náboj protonu nebo neutronu.

00:05:07.694 --> 00:05:09.449
V jakém vztahu je k tomuto coulomb?

00:05:09.449 --> 00:05:13.733
Coulomb, který zkracujeme C, se rovná

00:05:13.733 --> 00:05:16.406
– a to je opět obecně dohodnuté číslo,

00:05:16.406 --> 00:05:21.676
ale když se začneme zabývat elektřinou,
uvidíme, proč byl coulomb takto definován –

00:05:21.676 --> 00:05:29.506
coulomb je 6,24 x 10^18 e.

00:05:29.506 --> 00:05:35.885
Nebo můžete říct, že se rovná
6,24 x 10^18 krát náboj elektronu,

00:05:35.885 --> 00:05:37.748
vlastně krát náboj protonu,

00:05:37.748 --> 00:05:40.853
a samozřejmě, co se týká velikosti.

00:05:40.853 --> 00:05:43.999
Protože když řeknu pouze coulomb,
neurčuji směr.

00:05:43.999 --> 00:05:49.282
Když se na to podíváte z druhé strany,
řeknete si, že elementární náboj se rovná

00:05:49.282 --> 00:05:51.018
– přinejmenším jeho velikost –

00:05:51.018 --> 00:05:56.734
1,6 x 10^-19 coulombů.

00:05:56.734 --> 00:05:57.954
Dobrá tedy.

00:05:57.954 --> 00:06:01.491
Je užitečné si toto číslo zapamatovat,

00:06:01.491 --> 00:06:04.776
ale vždy ho můžete
nějakým způsobem dohledat.

00:06:04.776 --> 00:06:05.975
Co s tím uděláme?

00:06:05.975 --> 00:06:08.725
Tyto objekty mají vlastnost
nazývanou náboj.

00:06:08.725 --> 00:06:10.308
Stejné náboje se odpuzují,

00:06:10.308 --> 00:06:11.601
opačné se přitahují

00:06:11.601 --> 00:06:16.119
Pokud máme dost
takových protonů pohromadě,

00:06:16.119 --> 00:06:18.243
pak má celý předmět náboj.

00:06:18.243 --> 00:06:22.368
Máme-li více protonů než elektronů,
pak je náboj kladný.

00:06:22.368 --> 00:06:25.675
Máme-li více elektronů než protonů,
je náboj záporný.

00:06:25.675 --> 00:06:28.475
A víme, že jsme definovali
jednotku náboje,

00:06:28.475 --> 00:06:32.524
ta se jmenuje coulomb
a je násobkem elementárního náboje.

00:06:32.524 --> 00:06:35.304
Zkusme si s tím pohrát a uvidíme,
zda umíme náboj změřit.

00:06:38.957 --> 00:06:42.980
Jako součást úvodní definice
– snad tomu tak můžeme říkat –,

00:06:42.980 --> 00:06:45.875
co náboj je, jsem říkal,

00:06:45.875 --> 00:06:48.594
že stejné náboje se odpuzují, že ano?

00:06:48.594 --> 00:06:53.774
Stejné náboje se odpuzují, oba tyto náboje
jsou kladné, budou se odpuzovat.

00:06:53.782 --> 00:06:57.095
A opačné náboje,
je-li tento záporný, tento kladný,

00:06:57.095 --> 00:06:59.352
se budou navzájem přitahovat.

00:06:59.352 --> 00:07:02.820
Takže podle definice, pokud se
na základě tohoto vlivu pohybují,

00:07:02.820 --> 00:07:05.747
pak tyto dvě částice 
se budou zrychlovat směrem od sebe.

00:07:05.747 --> 00:07:09.015
Tyto dvě částice budou zrychlovat
směrem k sobě.

00:07:09.017 --> 00:07:12.687
Náboj mezi těmito dvěma částicemi,
neboli náboj v každé z těchto částic,

00:07:12.687 --> 00:07:15.649
musí vytvářet nějaký typ síly, je to tak?

00:07:15.649 --> 00:07:17.118
Pokud není vytvářena žádná síla,

00:07:17.118 --> 00:07:20.151
pak by se neodpuzovaly
nebo nepřitahovaly navzájem.

00:07:20.151 --> 00:07:22.369
A tady se dostáváme ke Coulombovu zákonu.

00:07:22.369 --> 00:07:26.098
Ten je důvodem, proč byla
jednotka náboje pojmenována právě po něm.

00:07:26.098 --> 00:07:32.406
Coulomb přišel na to,
že síla mezi dvěma náboji se rovná

00:07:32.406 --> 00:07:34.600
– a tady budeme mluvit
o vektorové velikosti,

00:07:34.600 --> 00:07:37.931
a za cca 30 sekund vám řeknu,
jak to je se směrem –

00:07:37.931 --> 00:07:41.446
se rovná nějaké konstantě násobené

00:07:41.446 --> 00:07:46.163
prvním nábojem krát druhý náboj

00:07:46.163 --> 00:07:50.078
děleno vzdáleností mezi nimi na druhou.

00:07:50.078 --> 00:07:53.591
A to je prima, protože to vypadá
velmi podobně jako...

00:07:53.591 --> 00:07:57.166
Říkáme-li tomuto síla, elektrická síla,

00:07:57.166 --> 00:08:00.530
pak to vypadá obdobně
jako Newtonův gravitační zákon.

00:08:00.530 --> 00:08:03.056
Napíšu ho tady.

00:08:03.056 --> 00:08:08.624
Dvě tělesa na sebe působí silou, 
která se rovná gravitační konstantě

00:08:08.624 --> 00:08:15.816
krát m1 krát m2
děleno čtvercem jejich vzdálenosti.

00:08:15.817 --> 00:08:17.705
Zatím jsme probrali dva typy sil,

00:08:17.705 --> 00:08:20.529
gravitaci a nyní probíráme 
elektrickou sílu.

00:08:20.529 --> 00:08:23.056
A rozšíříme si ji později
na elektromagnetickou sílu.

00:08:23.056 --> 00:08:26.764
Zdá se, že se na vzdálenosti
závisí velmi podobně

00:08:26.764 --> 00:08:29.979
a obě tyto síly působí i ve vakuu.

00:08:29.979 --> 00:08:34.613
Takže nevadí, pokud nemáte vzduch,
pokud nemáte žádnou látku mezi částicemi,

00:08:34.613 --> 00:08:37.297
nějakým způsobem stejně
navzájem komunikují,

00:08:37.297 --> 00:08:39.231
a to považuji za něco úžasného.

00:08:39.231 --> 00:08:41.462
I když nic mezi dvěma částicemi není,

00:08:41.462 --> 00:08:46.284
tak stejně tato částice ví,
že tato druhá je zde i naopak,

00:08:46.284 --> 00:08:49.183
a začnou se pohybovat bez jakékoliv...

00:08:49.183 --> 00:08:51.172
Nejsou spojené žádným drátem,

00:08:51.172 --> 00:08:54.121
nikdo jim neříká: „Poslouchej,
tamhle je částice, začni se hýbat.“

00:08:54.121 --> 00:08:55.889
Nevím, zda vám to taky přijde úžasné,

00:08:55.889 --> 00:08:57.550
ale přemýšlejte o tom a třeba bude.

00:08:57.550 --> 00:08:58.794
A je to jako gravitace.

00:08:58.794 --> 00:09:00.402
Tyto objekty nejsou nijak spojeny.

00:09:00.402 --> 00:09:02.579
Mohou být ve vakuu,
ale nějak jsou si vědomi,

00:09:02.579 --> 00:09:04.162
že další částice je tam.

00:09:04.162 --> 00:09:07.717
A až se začneme učit
o speciální relativitě a podobně,

00:09:07.717 --> 00:09:10.603
naučíme se, že tam nic není,

00:09:10.603 --> 00:09:13.201
ale možná, že hmota
nějakým způsobem tvaruje vesmír.

00:09:13.201 --> 00:09:17.123
A možná se to děje
také u elektrických nábojů.

00:09:17.135 --> 00:09:20.117
Ale vše, co se učíme v tomto okamžiku,
je, že máme tyto náboje,

00:09:20.117 --> 00:09:23.091
a to, že na sebe navzájem působí silou,

00:09:23.091 --> 00:09:30.438
která je úměrná násobku nábojů
děleno čtvercem jejich vzdálenosti.

00:09:30.438 --> 00:09:36.301
A tato konstanta – vždycky na ni zapomenu...

00:09:36.301 --> 00:09:37.603
Co to je?

00:09:37.603 --> 00:09:42.520
Myslím že 6 – vždycky zapomínám,
kolik je tahle konstanta.

00:09:42.520 --> 00:09:45.891
Je to 9 x 10^9.

00:09:45.891 --> 00:09:48.466
Zaokrouhleno, samozřejmě.

00:09:48.466 --> 00:09:51.353
Bylo by úžasné, kdyby to bylo přesně 9.

00:09:51.353 --> 00:10:03.401
9x10^9. A jednotky jsou
newton x metr^2 / coulomb^2.

00:10:03.401 --> 00:10:06.559
A proč právě tyto jednotky?

00:10:06.559 --> 00:10:11.219
No, protože ve finále dostáváme
coulomb krát coulomb,

00:10:11.219 --> 00:10:14.113
takže máme coulomb na druhou
děleno metrem na druhou

00:10:14.113 --> 00:10:16.458
a chceme to v newtonech,

00:10:16.458 --> 00:10:19.205
tak to vykrátíme coulomb na druhou
přemístěním do jmenovatele.

00:10:19.205 --> 00:10:22.107
Chceme se zbavit metru na druhou
umístěním do čitatele.

00:10:22.107 --> 00:10:24.259
A pak zbývají newtony,
abychom dostali sílu.

00:10:24.259 --> 00:10:26.139
A odtud právě jednotky pocházejí.

00:10:26.139 --> 00:10:30.778
Toto máme, teď vypočítejme sílu
mezi dvěma částicemi.

00:10:30.778 --> 00:10:33.199
Řekněme, že mám...

00:10:33.199 --> 00:10:37.819
Strávil jsem 10 minut rozsáhlým výkladem,
ale samotné příklady,

00:10:37.819 --> 00:10:40.508
se kterými se setkáte ve fyzice ve škole,
jsou často jasné,

00:10:40.508 --> 00:10:43.331
když jde o Coulombův zákon.

00:10:43.331 --> 00:10:47.222
Máme kladný...

00:10:47.222 --> 00:10:55.799
Máme částici tady, která má kladný náboj plus

00:10:55.799 --> 00:10:59.089
– vymýšlím vhodné číslo –

00:10:59.089 --> 00:11:07.426
plus 5 krát 10 na mínus třetí coulombů,
to je kladný náboj.

00:11:07.426 --> 00:11:11.685
A pak zde máme záporný náboj,
řekněme že... teď nevím.

00:11:11.685 --> 00:11:14.424
Jak daleko je udělám?

00:11:14.424 --> 00:11:18.371
Řekněme, že jsou
od sebe vzdáleny půl metru.

00:11:18.371 --> 00:11:32.928
A pak zde mám záporný náboj, 
který je minus 10 x 10^-2 coulombů.

00:11:32.928 --> 00:11:35.177
Jaká je síla mezi těmito dvěma částicemi?

00:11:35.177 --> 00:11:42.032
Když dosadíme do Coulombova zákona, 
dostaneme sílu elektřiny.

00:11:42.032 --> 00:11:44.355
Elektrickou sílu,

00:11:44.355 --> 00:11:46.462
ne sílu elektřiny, to jsme ještě nedělali.

00:11:46.462 --> 00:11:49.100
Elektrostatická síla
mezi těmito dvěma částicemi

00:11:49.100 --> 00:11:55.605
se rovná konstantě 9 x 10^-9

00:11:55.605 --> 00:12:01.222
x první náboj, tj. 5 x 10^-3,

00:12:01.222 --> 00:12:09.257
x druhý náboj – udělám to jinou barvou –
krát minus 10 x 10^-2

00:12:09.257 --> 00:12:11.460
– to jsem jen přepsal,
i když to asi nevidíte –

00:12:11.460 --> 00:12:15.408
děleno čtvercem vzdálenosti, tedy 0,5^2.

00:12:15.408 --> 00:12:17.374
Jen jsme dosadili do vzorečku.

00:12:17.374 --> 00:12:18.927
A to je – podívejme se na to.

00:12:18.927 --> 00:12:21.272
Takže, 9 x 0,5 x 10.

00:12:21.272 --> 00:12:23.584
Udělám desítky zvlášť.

00:12:23.584 --> 00:12:24.937
To je krát minus 10.

00:12:24.937 --> 00:12:32.880
Toto je 0,5 (správně 5) x minus 10
je -5, krát 9 se rovná -45 (správně -450),

00:12:32.880 --> 00:12:37.236
pak 10^(9-3), tak to je 10^6,

00:12:37.236 --> 00:12:43.398
pak -2, tedy 10^4 – krát 10^4.

00:12:43.398 --> 00:12:46.109
Děleno – a kolik je 0,5^2?

00:12:46.109 --> 00:12:49.001
To je 0,25, že?

00:12:49.001 --> 00:12:50.882
A to se rovná čemu?

00:12:50.882 --> 00:12:53.333
4 x toto nahoře, 160, plus,

00:12:53.333 --> 00:13:05.343
to se rovná -180 x 10^4 newtonů
(správně -1800 x 10^4 newtonů).

00:13:05.344 --> 00:13:07.344
A může se to zdát jako velké číslo,

00:13:07.344 --> 00:13:10.592
ale tyto náboje, 
které jsem zadal, jsou docela velké.

00:13:10.592 --> 00:13:14.849
A snad získáte představu o tom, 
co je velký a co malý náboj, později.

00:13:14.849 --> 00:13:16.823
Toto jsou poměrně velké náboje,

00:13:16.823 --> 00:13:22.074
a proto je poměrně velká i síla působící 
mezi těmito dvěma částicemi.

00:13:22.074 --> 00:13:24.557
Dostali jsme záporné číslo. Co to znamená?

00:13:24.557 --> 00:13:28.073
Víme, že opačné částice se přitahují,

00:13:28.073 --> 00:13:29.760
v podstatě podle definice.

00:13:29.760 --> 00:13:32.194
V tomto případě jsme měli
kladný a záporný náboj,

00:13:32.194 --> 00:13:37.000
takže končíme-li zápornou silou,
když použijeme Coulombův zákon,

00:13:37.000 --> 00:13:44.482
tak to znamená, že síla bude přitahovat
tyto částice k sobě nejkratším směrem.

00:13:44.482 --> 00:13:47.635
Myslím tím, že je nenutí 
pohybovat se po křivce. To dává smysl.

00:13:47.635 --> 00:13:49.573
Kladné číslo by znamenalo,

00:13:49.573 --> 00:13:51.870
že síla by částice odpuzovala.

00:13:51.870 --> 00:13:53.843
A pokud vás to někdy zmate,
zamyslete se:

00:13:53.843 --> 00:13:55.839
Jsou-li obě záporné nebo kladné,
odpuzují se.

00:13:55.839 --> 00:13:58.057
Jsou-li opačné, budou se přitahovat.

00:13:58.057 --> 00:14:01.100
Uvidíme se v příštím videu.