Zderzak Łągiewki – „Rozstrzygający eksperyment”

W komentarzach pod innym wpisem o zderzaku Łągiewki poproszono mnie o wyjaśnienie tego fragmentu filmu:

Najpierw puszczany jest wózek ze zderzakiem Łągiewki. Urządzenie działa jak klasyczny zderzak – wydłuża drogę hamowania. Równie dobrze mógłby to być amortyzator hydrauliczny, tylko że w amortyzatorze energia zderzenia jest rozpraszana w cieczy, natomiast tutaj jest ona przekazywana obrotowemu elementowi mechanicznemu. Nie ma w tym nic, czego nie opisywałaby klasyczna fizyka. Wózek zderza się ze ścianą za pośrednictwem zderzaka. Zderzak wsuwając się obraca element obrotowy (jest to tutaj chyba walec obracany za pomocą zębatki). Zatem część energii zostaje w ten sposób przekazana obrotowemu walcowi. Zderzak wsuwa sie do końca, ale ponieważ wózek wciąż jeszcze ma pewną prędkość, to odbija się od ściany (na skutek sprężystości materiału ściany oraz wózka) i jedzie kawałek w przeciwnym kierunku. Na wózku leży blaszka. Podczas hamowania wózka bezwładność pcha blaszkę nieco do przodu, póki nie zatrzyma się ona na skutek tarcia o wózek. Blaszka przesuwa się o niewielką odległość, tak że nie spada z wózka.

Następnie puszczany jest wózek, gdzie zamiast zderzaka znajduje się sprężynka o takie długości, jak wcześniej zderzak. Wózek zderza się ze ścianą za pośrednictwem sprężyny. Im bliżej znajduje się ściany, tym wolniej jedzie, a sprężyna coraz mocniej się zaciska. W końcu sprężyna odbija wózek – zaczyna on jechać w przeciwnym kierunku, ale szybciej niż w przypadku ze zderzakiem. Blaszka na skutek bezwładności spada z wózka.

Nie bardzo wiadomo, co autorzy filmu chcą udowodnić tym eksperymentem.

No bo dlaczego blaszka w pierwszym przypadku nie spada, a w drugim spada? Zderzak wywiera mniej więcej stałą siłę hamującą (ergo utrata prędkości jest stała na całej drodze hamowania), natomiast sprężyna wywiera siłę proporcjonalną do jej odkształcenia (czyli utrata prędkości jest tym większa, im bliżej ściany). W obu przypadkach największa siła jest wywarta na wózek w momencie odbicia od ściany – wtedy zmiana pędu w jednostce czasu jest największa – bo pęd zmienia zwrot na przeciwny. Ale w przypadku zderzaka, do chwili zderzenia ze ścianą duża część energii już została przekazana obrotowemu walcowi, dlatego wózek słabo odbija się od ściany i blaszka odczuwa małą siłę bezwładności. Natomiast w przypadku sprężyny, energia jest akumulowana właśnie w tej sprężynie – dlatego po maksymalnym ściśnięciu sprężyna oddaje tę energię i wypycha wózek w przeciwną stronę. Dlatego wózek odbija się mocniej, blaszka odczuwa większą siłę bezwładności i w efekcie spada z wózka.

Błąd tutaj polega na porównywaniu dwóch różnych efektów – zderzak pochłania energię i jej nie oddaje (zostaje ona w kręcącym się walcu), natomiast sprężyna gromadzi energię, po czym ją oddaje wózkowi. W dodatku w przypadku zderzaka siła hamująca jest stała, więc blaszka odczuwa stałą siłę bezwładności na całej drodze hamowania, a w przypadku sprężyny siła hamująca zwiększa się wraz ze zbliżaniem do ściany, więc blaszka odczuwa coraz większą siłę bezwładności.

Gdyby autorzy chcieli zaprezentować wiarygodne porównanie, to powinni porównać zderzak Łągiewki z np. amortyzatorem hydraulicznym o takiej samej długości i stawiającym taki sam opór przy ściskaniu, co zderzak. Zgodnie z zasadami znanej nam fizyki, wówczas w obu przypadkach blaszka powinna zachować się tak samo. Jeśli natomiast jest prawdą to, co twierdzi pan Łągiewka, że jego zderzak w tajemniczy sposób dodatkowo redukuje siłę bezwładności (w co osobiście wątpię), to byłoby widać różnicę: na wózku wyposażonym w zderzak blaszka przesunęłaby się mniej, niż na wózku z amortyzatorem. Ten film jednak tego nie dowodzi.



Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s