V tomto článku sa ponoríme do fascinujúceho sveta fyziky a presnejšie sa pozrieme na to, koľko váži železná guľa a ako môžeme jej zdánlivú hmotnosť ovplyvniť pomocou silných neodýmových magnetov.
Čo je to železná guľa a ako ju zvážiť?
Bežná pétanque guľa, ktorá poslúžila ako základ nášho experimentu, má hmotnosť približne 700 gramov. V našom prípade guľa vážila okolo 720 g, čo ukázal údaj na kuchynskej váhe. Hmotnosť gule z nehrdzavejúcej ocele závisí od niekoľkých faktorov vrátane jej veľkosti, hustoty a tvaru. V je objem.π (pi) je približne 3,14159.r je polomer gule.
Guľa alebo presnejšie uzavretá guľa je množina všetkých bodov euklidovského priestoru, ktorých vzdialenosť od pevného bodu (t.j. od tzv. stredu gule) nie je väčšia ako pevné reálne kladné číslo (t.j. ako tzv. polomer gule). Uzavretá guľa je teda inými slovami priestorové teleso "ukončené" guľovou plochou.
Potrebná výbava na magnetický experiment
Na tento magnetický pokus budete potrebovať:
- 1 pétanque guľa
- 4 väčšie neodýmové kotúče (napr. KT-25-07-N)
- Kuchynská váha
- Ochranné rukavice
Magnetický pokus: Ako magnety ovplyvňujú hmotnosť
Jeden neodýmový magnet KT-25-07-N s priemerom 25 mm a výškou 7 mm má magnetickú silu približne 12 kg. Pri použití viacerých magnetov vedľa seba sa sila násobí. Najskôr sme sa pokúsili guľu na váhe roztočiť, ale takmer okamžite sa z váhy odkotúľala, pretože jej povrch nie je úplne hladký. Okrem toho by mala byť váha v 100% rovine.
Následne sme na pripravený držiak umiestnili 4 neodýmové kotúče tak, aby boli len pár centimetrov nad guľou. Namiesto držiaka môžete použiť napríklad niekoľko kníh položených na seba po oboch stranách váhy, na ne položiť oceľový profil a magnety prichytiť zospodu.
Výsledok: Guľa váži len polovicu alebo menej
Vďaka pôsobeniu magnetickej sily magnetov na oceľovú guľu sa už z váhy neodkotúľala - držala pekne uprostred, priamo pod magnetmi. Keď sme sa pokúsili magnety ku guli ešte viac priblížiť, došlo už k ich prichyteniu. Magnety sme totiž v držiaku nemali veľmi pevne uchytené. Nevadí - išlo nám najmä o demonštráciu pôsobenia magnetických a ďalších síl.
Po umiestnení magnetov nad guľu sa na váhe objavil nový údaj - 370 gramov. To je približne len polovica skutočnej hmotnosti pétanquovej gule. Ako je to možné? Magnety na guľu pôsobia a mierne ju nadvihujú, čím ju odľahčujú.
Znížené trenie a dlhšie otáčanie
Spolu s odľahčením sa počas otáčania gule výrazne znižuje jej trenie o sklenený povrch váhy. Výsledkom je, že sa guľa po roztočení okolo svojej osi dokáže otáčať niekoľkonásobne dlhšie. Počas ladenia vzdialenosti a zvolenej magnetickej sily či počtu použitých magnetov sa dá nájsť optimálna vzdialenosť, pri ktorej už dôjde k nadvihnutiu alebo takmer nadvihnutiu oceľového či iného feromagnetického predmetu z podložky, ale ešte nie k jeho prichyteniu na magnety. Zároveň dochádza k výraznému zníženiu trenia o podložku - až na takmer nulové hodnoty.
Levitácia železnej gule?
Po prekonaní gravitačných síl pomocou magnetickej sily sa oceľová guľa dokáže otáčať celé hodiny. Spomaľuje ju len odpor vzduchu, ktorý je však pri guľatom predmete počas rotácie veľmi malý. Ak by sme použili ešte viac magnetov alebo ich umiestnili na pevnejší držiak bližšie ku guli, mohla by dokonca levitovať vo vzduchu. Takýto pokus sa pokúsime uskutočniť nabudúce. Dovtedy si môžete vyskúšať aj ďalšie magnetické pokusy.
Tip: Hrávate pétanque? Hmotnosť gule z nehrdzavejúcej ocele závisí od jej veľkosti a hustoty.