PODSTATA ZOTRVAČNOSTI
Newtonov zákon – zákon zotrvačnosti
Teleso zotrváva v pokoji alebo v rovnomernom priamočiarom pohybe,
pokiaľ nie je nútené vonkajšou silou tento stav zmeniť.
Ako dieťa, sa nositeľ Nobelovej ceny za fyziku, Richard Feynman pýtal svojho otca, prečo sa lopta vo vagóne jeho vláčika gúľa vždy dozadu, keď potiahne vláčik dopredu. A naopak, keď vláčik zastaví, lopta ide dopredu. Otec mu odpovedal, že príčinou je tendencia pohybujúcich vecí zostať v pohybe a stojacich zostať stáť. Táto tendencia sa volá zotrvačnosť. Otec ešte dodal, že nikto nevie, prečo je to tak. Spomienka Richarda Feynmana je dodnes na internete. Odpovede na otázku o podstate zotrvačnosti sa však nedočkal.
Poznanie vzťahu medzi tmavou hmotou a atómovou hmotou umožňuje po niekoľkých storočiach od čias Galilea vysvetlenie podstaty zotrvačnosti. V menu „Častice a jadra atómov“ je na základe zdravého rozumu odhalená úloha protónov a antiprotónov v jadre. Spojením s neutrónom tvoria dva typy deuterónov, ktoré nie je možné od seba rozoznať. To však nie je dôležité. Dôležité je emitované prúdenie druhej zložky tmavej hmoty v osi deuterónov, ktoré plní dve základné úlohy.
- Zamedzuje vzájomnej rotácii atómov pri prechode látky do tuhého skupenstva. Rozloženie deuterónov v jadre atómov určuje typ kryštalizácie látky.
- Hybnosť prúdenia v osi deuterónov kladie odpor proti zmene pohybového stavu telesa. Tento odpor poznáme ako zotrvačnosť.
Dôležitou informáciou z analýzy atómov deutéria je emitované prúdenie druhej zložky tmavej hmoty – zotrvačnej látky deuterónu. Dynamická hmotnosť (hybnosť) prúdenia zotrvačnej látky v osi deuterónu je približne 4000-krát väčšia ako dynamická hmotnosť prúdenia v osi elektrónu. Preto sa pri popise zotrvačnosti zameriame na vplyv hybnosti prúdenia v osi deuterónov na pohyb telesa.
Poznámka: Dynamickú hmotnosť prúdenia vody pri hasení požiarov je možné pozorovať, ak požiarnikovi z ruky vypadne hasiaca trubica. Na priloženom videu je možné sledovať pohyb hadice vplyvom nekontrolovaného hasenia požiaru. V atómoch je dynamická hmotnosť prúdenia v osi deuterónov v rovnováhe.
Priamočiary (translačný) pohyb
- Ak sa teleso pohybuje priamočiaro rovnomernou rýchlosťou (Δv = 0), potom sú sily prúdenia deuterónu pôsobiace proti sebe rovnaké. Dynamická hmotnosť telesa sa zachováva (obr. 1 vľavo). Poloha deuterónu vzhľadom k okoliu sa nemení. V materiáli telesa nerastie mechanické napätie.
- Ak sa teleso pohybuje priamočiaro zrýchlene (Δv > 0), potom nie sú sily prúdenia deuterónu pôsobiace proti sebe rovnaké (obr. 1 vpravo). Dynamická hmotnosť telesa rastie. Poloha deuterónu vzhľadom k okoliu sa mení. V materiáli telesa rastie mechanické napätie.
Po ukončení zmeny rýchlosti telesa sa ukončí aj asymetria prúdenia ale zmena pôsobenia silovej reakcie deuterónov telesa ostáva. Dosiahnuté mechanické napätie sa zachováva.
Poznámka: Pri prekročení limitnej rýchlosti telesa dochádza k prekročeniu medze pevnosti materiálu a k jeho deštrukcii. Napríklad, počas približovania kométy Shoemaker-Levy 9 ku planéte Jupiter v roku 1994 nastala deštrukcia kométy ešte pred jej dopadom.
Obežný (rotačný) pohyb
- Pri konštantnej uhlovej rýchlosti rotačného pohybu telesa, spôsobuje neustála konštantná zmena smeru prúdenia v osi deuterónov konštantné pôsobenie momentovej reakcie a mechanického napätia. Výsledkom je konštantná momentová reakcia deuterónu, obr. 2. Mechanické napätie v materiáli sa nemení.
3. Pri zrýchlenej zmene uhlovej rýchlosti rotačného pohybu telesa, spôsobuje zrýchlená zmena smeru prúdenia v osi deuterónov zrýchlenú momentovú reakciu deuterónu. Počas rastu zmeny uhlovej rýchlosti rastie mechanické napätie v materiáli. Po ukončení premenlivej zmeny uhlovej rýchlosti a dosiahnutí konštantných otáčok telesa sa pôsobenie dosiahnutej momentovej reakcie deuterónov (mechanické napätie) zachováva.
Na základe uvedených tvrdení je možné konštatovať, že:
Podstatou zotrvačnosti telies je odpor deuterónov proti zmene ich dynamickej hmotnosti!
Poznámka: Teleso o hmotnosti jedného kilogramu obsahuje približne 3×1026 deuterónov. Tomu zodpovedá aj výsledný odpor telesa proti zmene jeho pohybového stavu.
Zotrvačné pole
Dôležitou súčasťou javu zotrvačnosti telies je ich zotrvačné pole. Každá častica, atóm a samozrejme aj teleso má vo svojom okolí zotrvačné pole, ktoré je výsledkom emitovania druhej zložky tmavej hmoty – zotrvačnej látky. Vplyv zotrvačného poľa telies na ich pohyb je na povrchu Zeme zanedbateľný. Príčinou sú relatívne nízke rýchlosti a malé rozmery telies. Toto však neplatí pre pohyb nebeských telies. Vplyv zotrvačného poľa planéty na jej rotáciu a obežnú dráhu je vysvetlený v menu Fyzika.
Ako to je s vplyvom zotrvačného (elektrického) poľa na pohyb častíc atómov a samotných atómov, necháme pre budúci výskum. Je potrebné zdôrazniť, že zotrvačná látka prúdi z atómov telesa do prostredia tmavej hmoty, ktoré obsahuje samotnú zotrvačnú látku.
Pohyb a tvar zotrvačného poľa
Analyzujme tvar zotrvačného telesa v okolí guľového telesa. Na obr. 9.3 vľavo je zobrazené zotrvačné pole telesa, ktoré je v kľude alebo koná rovnomerný priamočiary pohyb. V strede je zobrazené zotrvačné pole telesa, ktoré koná nerovnomerný priamočiary pohyb. Vpravo je zotrvačné pole telesa, ktoré obieha po kruhovej dráhe konštantnou rýchlosťou.
Tvar emitovaného prúdenia zotrvačnej látky guľového telesa závisí od toho, či ide o translačný alebo obežný (rotačný) pohyb. V prípade ak:
- Je teleso v kľude alebo koná rovnomerný priamočiary pohyb, je tvar zotrvačného poľa symetrický okolo stredu telesa, obr. 9.3 vľavo.
- Teleso koná nerovnomerný (zrýchlený) translačný pohyb; zotrvačné pole je deformované v smeru pohybu, obr. 9.3 v strede.
- Teleso koná rovnomerný obežný pohyb o polomere R, potom je zotrvačné pole deformované dostredivo smerom k pohybu, obr. 9.3 vpravo.
Emitovaný tok zotrvačnej látky z guľového telesa, ktoré sa pohybuje rovnomerne priamočiaro, je symetrický vzhľadom na jeho stred. Ak sa teleso pohybuje zrýchlene, potom je zotrvačné pole deformované proti smeru pohybu.
Experiment
Na povrchu Zeme je možné vplyv zotrvaného poľa telies pozorovať pri miešaní čaju v šálke. Ako zaujímavosť prezentujeme jednoduchý experiment, ktorý ilustruje vplyv zotrvačného poľa na pohyb malých teliesok v rotujúcej kvapaline.
Všetci poznáme sústredenie kryštálov cukru alebo zrniečok čaju v strede šálky pri miešaní. Na príčiny tohto javu existuje niekoľko vysvetlení. Ako prvý ho správne vysvetlil Albert Einstein ešte v roku 1926.
V jednoduchom experimente s guličkami o rôznej hustote prezentujem vplyv hustoty guličiek na ich pohyb v rotujúcej tekutine.
Pre rotačný pohyb sme použili bežný gramofón, na ktorom je umiestnená nádoba s vodou. V rotujúcej nádobe sa nachádzajú guličky s rôznou hustotou. Štyri sklenené guličky s hustotou 2,4 g/cm³ a dve gélové guličky s hustotou 1,15 g/cm³. Všetky guličky sú namaľované na modro, pretože v rotujúcej vode by ich nebolo dobre vidieť.
V nádobe sa teda nachádzajú guličky s rôznou hustotou. Všetky sú namaľované na modro, pretože vo vode by ich nebolo dobre vidieť. Pred zapnutím gramofónu sú guličky náhodne rozložené na dne nádoby. Po zapnutí gramofónu sa všetky guličky dostali na obvod rotujúcej nádoby. Počas plynulého znižovania otáčok nádoby sa gélové guličky pohybujú smerom do jej stredu. Po zastavení rotácie nádoby ostávajú sklenené guličky na okraji nádoby. Aká je príčina rozdielneho pohybu sklenených a gélových guličiek?
Rôzna hustota guličiek znamená rozdiel v intenzite ich zotrvačného poľa. Z modelu tmavej hmoty vyplýva, že časť absorbovanej energie prúdenia gravitačnej látky sa využíva na pohyb atómov a ich častíc.
Žiaľ, v experimente nie sú použité guličky rovnakej hmotnosti. Preto nie je možné experiment jednoznačne kvalifikovať. Napriek tomu ho uvádzame. Budem rád, ak mi zašlete svoj názor na vysvetlenie uvedeného experimentu, prípadne realizujete experiment s guličkami rovnakej hmotnosti a rôznej hustoty. Napríklad použitím dutých sklenených guličiek.
Prúdové pohony
V technickej praxi poznáme plynové prúdové pohony a vodné prúdové pohony. V atmosfére sú to lietadlá a rakety. Vo vode sú to napríklad vodné skútre. Na základe poznania podstaty javu zotrvačnosti bude možné navrhnúť aj zotrvačné prúdové pohony. Budú založené na prúdení zotrvačnej látky.
Prirodzeným zotrvačným prúdovým pohonom je permanentný magnet. Jeho nevýhodou je malý výkon.
Poznámka: Prúdenie zotrvačnej látky permanentných magnetov je výsledkom zoradenia osí voľných elektrónov magnetu do jedného smeru.
Na to, aby prúdenie zotrvačnej látky umožnilo pohyb vozidla, musíme zabezpečiť vysokú rýchlosť prúdenia. Predpokladáme, že na tomto princípe pohonu sú založené tzv. Lietajúce taniere. Ich existencia síce nie je potvrdená, ale sme presvedčení, že je reálna.
Obrovskou výhodou vozidiel s pohonom založeným na prúdení zotrvačnej látky je skutočnosť, že na posádku nebude pôsobiť zotrvačná sila!!!
Treba si uvedomiť, že preťaženie pilotov pri lietaní označované písmenom „g“ nespôsobuje gravitácia, ale zotrvačnosť. Vplyvom zmeny vzájomnej polohy deuterónov dochádza k rastu mechanického napätia v bunkách človeka a tým ku narušeniu fyziologických procesov. Výsledkom nadmerného preťaženia je strata vedomia.
Zotrvačné pole v okolí vozidla s pohonom založeným na prúdení zotrvačnej látky bude vzhľadom na posádku vozidla neutrálne. Na posádku nebude pri zmene smeru jazdy alebo rýchlosti vozidla pôsobiť preťaženie „g“.
Toto poznanie umožní vývoj pohonov na lietanie nielen ku planétam,
ale aj ku hviezdam v relatívne krátkom čase.