V tomto videu bych rád mluvil o Newtonově prvním pohybovém zákoně.
Toto je překlad úryvku Principií z latiny.
Zákon I tvrdí:
„Každé těleso setrvává v klidu, nebo rovnoměrném přímočarém pohybu,
není-li tento stav přinuceno změnit působením vnější síly.“
To vlastně říká, že pokud nějaká věc…
Každé těleso setrvává…
Všechno setrvá v klidu, nebo v pohybu konstantní rychlostí,
pokud nezapůsobí nějaká síla, která to změní.
Pokud na něj nepůsobí síla, zejména síla nevyrovnaná,
kterou vysvětlím za pár vteřin.
Máme-li něco v klidu, v úplném klidu,
To už známe.
Řekněme, že mám kámen.
Řekněme, že mám kámen ležící na trávníku.
Můžu ten kámen pozorovat.
Pokud s ním nikdo nic neudělá, je nepravděpodobné, že by se pohnul.
Pokud na kámen nezačne působit síla, zůstane na místě.
První část je tedy celkem jasná.
„Každé těleso setrvává v klidu…“
Druhou částí se nebudu zabývat.
„…není-li tento stav přinuceno změnit působením vnější síly.“
Je zřejmé, že kámen zůstane v klidu, pokud na něj nezačne působit síla,
pokud ho někdo neodtlačí nebo nesvalí.
Druhá část zákona je už méně zřejmá.
„Každé těleso setrvává v klidu, nebo rovnoměrném přímočarém pohybu,
není-li tento stav přinuceno změnit působením vnější síly.“
To je Newtonův první zákon.
Tady bych mohl trochu odbočit, protože toto je Newton.
Mluvíme-li o Newtonově prvním zákoně, proč tu mám velký obraz tohoto pána?
Důvodem je,
že Newtonův první zákon je vlastně jen přeformulace zákona setrvačnosti.
Tento pán, další z titánů civilizace, není nikdo jiný než Galileo Galilei.
Ten byl prvním, kdo formuloval zákon setrvačnosti.
Newton ho jenom převyprávěl a přibalil ke svým ostatním zákonům.
Udělal však mnoho, mnoho jiných věcí.
Ocenění za Newtonův první zákon správně patří Gaglileovi.
Proto jsem ho vyobrazil tak velkého.
Byl jsem uprostřed myšlenky.
Je jasné, že je-li něco v klidu,
v klidu to i zůstane, pokud s tím nějaká síla něco neudělá.
V některých situacích se dočtete, že je to síla nevyrovnaná.
Nevyrovnaná znamená…
Někdy mohou na těleso působit dvě síly a vzájemně se vyrovnat.
Například bych mohl zatlačit určitou silou na tuto stranu kamene.
Pokud zatlačíš na tuto stranu kamene přesně stejně velkou silou,
kámen se nepohne.
Pohnul by se jedině kdyby na jedné straně byla síla mnohem větší než na druhé,
takže by se navzájem nevyrovnaly.
Kdybys měl tunu…
Možná je kámen špatný příklad.
Vezměme si led, tím se snadněji pohybuje.
Toto je led.
Pak mám na tom ledu další kus ledu.
Už je jasné, že nepůsobí-li na něj síla, led se nehýbe.
Co se stane,
když zatlačím na led určitou silou na této straně
a ty zároveň zatlačíš na tamtu stranu přesně stejně velkou silou?
Led se pořád nebude hýbat.
To by šlo o vyrovnanou sílu.
Jediný způsob, jak změnit klidový stav, je nevyrovnaná síla.
Pokud přidáme trochu síly na této straně,
aby překompenzovala sílu tlačící sem,
pak se kus ledu dá do pohybu, začne zrychlovat tamtím směrem.
Myslím, že to je zřejmé.
Věc v klidu zůstane v klidu, pokud na ni nezapůsobí nevyrovnaná síla.
Méně očividná je myšlenka,
že se něco pohybuje rovnoměrně přímočaře,
což je jiný způsob jak říct, že to má konstantní rychlost.
Newton říká,
že věc s konstantní rychlostí si ji ponechá nekonečně dlouho,
pokud na to nezačne působit nevyrovnaná síla.
To už není tak jasné.
Protože vše, co lidé znají…
I kdybych roztlačil tento kus ledu, tak i ten se časem zastaví.
Nebude klouzat navěky,
i kdybychom předpokládali, že ledové pole nemá konce,
ten kus ledu časem zastaví.
Nebo pokud hodím tenisový míček.
I ten se časem zastaví.
Nebo pokud hodím bowlingovou koulí, nebo vůbec čímkoli.
Naše lidská zkušenost říká, že všechno se časem zastaví.
Je tedy velice neintuitivní říkat, že nějaký pohyb bude nekonečný.
Všechno v lidském světě říká,
že pokud se má něco dál pohybovat, musí se do toho dodávat síla,
musí se dodávat energie, aby to pokračovalo.
Auto nepojede věčně,
pokud motor nebude spotřebovávat palivo a energii.
Takže o čem to mluví?
V každém z těchto příkladů…
Myslím, že tito pánové přišli na něco úžasně prozíravého.
Všechny tyto věci by mohly pokračovat donekonečna.
Míč by se koulel dál, kus ledu by klouzal dál,
jenže na ně působí nevyrovnané síly, které je zastavují.
V případě ledu,
i když tu není mnoho tření, nějaké tu přeci je.
Tím pádem třecí síla působí proti směru pohybu ledu.
Tření vzniká na úrovni atomů,
když se podíváš na molekuly vody v mřížkách kostky ledu a ledové plochy,
narážejí a zadrhávají se o sebe.
I když je obojí hladké, jsou tu nerovnosti.
Narážejí a zadrhávají se.
Maličko se zahřívají.
Vesměs působí proti pohybu.
Vzniká třecí síla, proto věci zastavují.
Není to jen třecí síla, dále máme odpor vzduchu.
Kus ledu bude narážet do všelijakých částic vzduchu.
Nejdřív to nebude znát, ale časem se to projeví.
To samé u míče hozeného do vzduchu.
Je zřejmé, že časem dopadne na zem kvůli gravitaci.
To je jedna z působících sil.
Jakmile dopadne na zem, nekutálí se donekonečna,
a to kvůli tření, zejména je-li na zemi tráva.
Tráva ho zastaví.
Bude zpomalovat, i když je ve vzduchu.
Nebude mít konstantní rychlost,
protože tyto částečky vzduchu do něj budou narážet a působit silou,
která jej zpomalí.
V čem byli tito pánové obzvlášť geniální bylo,
že si představili skutečnost bez gravitace a odporu vzduchu,
které by věci zpomalovaly.
Představili si, že v té realitě by věci prostě setrvávaly v pohybu.
Galileo v tom asi byl dobrý, protože studoval pohyby planet.
Pravděpodobně se domníval, že tam venku není žádný vzduch.
A že možná v důsledku toho planety udržují svůj oběh.
Měl bych říkat „velikost rychlosti“, protože směr rychlosti se mění,
ale velikost rychlosti neklesne,
protože ve vesmíru není nic, co by je zpomalilo.
Každopádně doufám, že tě to fascinuje stejně jako mě.
Určitým způsobem je to zřejmé,
ale jiným způsobem to vůbec zřejmé není.
Zejména ta část o rovnoměrném přímočarém pohybu.
Jen aby bylo jasno, pokud by nebyla gravitace ani vzduch
a hodil bys míček,
ten by letěl tím samým směrem navěky,
dokud by na něj nezapůsobila nevyrovnaná síla.
Jiný pohled na věc je,
a to běžně vidíš kolem sebe,
když jsem v letadle, které se pohybuje konstantní rychlostí,
a nejsou žádné turbulence.
Sedím tady v letadle.
Letí konstantní rychlostí, hladce, bez turbulencí.
Nedokážu určit, zda se letadlo pohybuje, aniž bych vyhlédnul ven.
Předpokládejme, že letadlo nemá okna.
Letí konstantní rychlostí a nejsou žádné turbulence.
Řekněme, že nic neslyším. Neslyším ani motory.
Neexistuje způsob, kterým bych vycítil, že se letadlo pohybuje.
Neboť z hlediska mojí vztažné soustavy vypadá úplně stejně,
jako by bylo v klidu na zemi.
To je další způsob, jak o tom přemýšlet.
Je vlastně celkem intuitivní,
že klid a rovnoměrný přímočarý pohyb jsou si velmi podobné.
Že nedokážeme určit, zda jsme v jednom nebo druhém.