Ako rozlíšiť loď od člna

Foto Flickr/Official U.S. Navy Page

Na prvý pohľad sa zdá, že rozdiel medzi loďou a člnom je jasný. Lode sú veľké, člny sú malé. Nie je to však také jednoduché.

Kde presne by mala byť hranica medzi loďami a člnmi? Čo keď je plavidlo úzke, ale dlhé? Rozhoduje veľkosť posádky? Alebo to, koľko nákladu plavidlo uvezie? Na všetky tieto otázky sa dá odpovedať rôzne a definovať tento rozdiel je ťažšie, ako by sa dalo čakať. Jeden zo spôsobov ako rozlíšiť, o aký druh plavidla ide, ponúka fyzika. Stačí sa pozrieť, čo sa s ním deje pri zatáčaní. Člny sa nakláňajú dovnútra, lode, naopak, von zo zákruty.

Zatáčanie áut a lodí

Na zatáčanie sme zvyknutí skôr pri autách, kde mení smer pohybu vozidla trecia sila. Tá, keď ide všetko, ako to má byť, nedovolí autu vyjsť zo zákruty, ale pekne ho v nej drží ako na koľajniciach. Keď zatáčame na bicykli, zaklonením do zákruty bránime tomu, aby nás moment trecej sily prevrátil. Prípadne pri pohľade v neinerciálnej vzťažnej sústave, aby nás odstredivá sila nevyniesla von zo zákruty.

Foto Pixabay

Lode a člny zatáčajú na vodnej hladine úplne inak. Majú kormidlo, zvislú plochu v zadnej časti lode, ktorá je za normálnych okolností zarovnaná so smerom plavby a má minimálny efekt. Keď sa kormidlo natočí do jednej zo strán, prúdiaca voda naň začne pôsobiť silou, ktorá plavidlo trochu brzdí, ale vo vodorovnej rovine otáča do tej istej strany. A tak sa mení smer, ktorým je plavidlo natočené.
Toto otáčanie okolo zvislej osi sprevádza aj otáčanie okolo vodorovnej osi a sila pôsobiaca na kormidlo nakláňa plavidlo smerom do zákruty. Ako vidíme, ide o úplne iný dôvod, ako bolo natočenie bicykla.

Kĺzanie po hladine

Loď či čln sa pohybuje po vodnej hladine, nie po pevnej ceste, a preto do hry prichádza ešte ďalšia otáčajúca sila. Plavidlo nie je na hladine fixované do koľajníc. A keď sa otočí okolo zvislej osi, neznamená to, že sa hneď začne pohybovať otočeným smerom. Zotrvačnosťou pokračuje v pôvodnom smere a po hladine sa kĺže.

Naľavo – po natočení kormidla začne na plavidlo pôsobiť modrá sila, ktorá ho otočí. V strede – na otočené, ale ešte priamo sa pohybujúce plavidlo, začne pôsobiť zelená sila od vodnej hladiny. Napravo je zobrazenie týchto síl vo zvislej rovine (pohľad na plavidlo zozadu, čierna bodka zobrazuje polohu ťažiska). Zelená a modrá sila nakláňajú plavidlo opačným smerom – modrá do smeru, ktorým plavidlo zatáča, zelená opačným smerom.

Niečo podobné sa deje lyžiarom. Keď sa na svahu otočia, nejaký čas sa ešte kĺžu po snehu a až pôsobenie odlietavajúceho snehu zmení smer ich rýchlosti. To isté sa deje pri lodiach a člnoch. Loď sa kormidlom otočí, ale nejaký čas trvá, kým sa zmení smer jej pohybu. Pri tom sa loď kĺže po hladine a tento prúd vody zboku pôsobí na plavidlo a nakláňa ho.
A tu prichádza kľúčová myšlienka. Momenty síl od kormidla a otáčanie od tohto kĺzania pôsobia opačným smerom! Kým sila pôsobiaca na kormidlo nakláňa plavidlo smerom do zákruty, sila pôsobiaca na bočnú stranu ho nakláňa smerom von zo zákruty. Pre menšie plavidlá, ktoré nemajú veľký ponor a ktoré majú malú bočnú plochu, je moment sily od kormidla výrazne väčší. Môžeme ich charakterizovať ako člny a pri zatáčaní sa nakláňajú do zákruty. Pre veľké plavidlá je oveľa výraznejší otáčavý efekt prúdu vody pôsobiacej do boku, plavidlo sa nakloní opačným smerom, ako zatáča, a hovoríme im lode.
Tak sme si ukázali, aký je rozdiel medzi zatáčaním áut a lodí. A popritom sme našli dobrý spôsob, ako rozlíšiť čln od lode. Len si musíme počkať, keď bude plavidlo zatáčať.

Text a ilustrácia Juraj Tekel
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 6/2021. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre