K prírodovednému bádaniu už odpradávna patrí pozorovanie. Keď pozorujeme nejaký zaujímavý jav, potom by sme ho radi zopakovali. Na internete môžeme nájsť viacero videí s chodiacim maliarskym rebríkom. Ako ho však môžeme napodobniť a podrobne preštudovať?
Ponúkame vám jednoduchý experiment, kde si môžeme tento jav pozrieť nespočetne veľakrát a na jeho realizáciu potrebujeme len jednoduché pomôcky.
Pomôcky
Kancelársky papier A4, nožnice, pastelky, naklonená rovina – lavica, kúsok kartónu, doska
Postup
Najskôr si potrebujeme pripraviť papier v tvare štvorca. Štvorec vytvoríme tak, že preložíme papier krátkou hranou presne na dlhú hranu a prečnievajúci papier odstrihneme nožnicami. Takto pripravený štvorec prehneme v obidvoch uhlopriečkach a zložíme do trojuholníka. Potom ďalším zložením vytvoríme štyri oporné nožičky panáčika. Založením koncov vytvoríme chodidlá. Nakoniec si môžeme panáčika vyfarbiť fixkami, aby sme dotvorili celkový vzhľad.
Realizácia
Postavme panáčika na naklonenú rovinu. Ak sa nezačal pohybovať, podložku nakloníme trochu viac, prípadne do podložky opatrne udrieme alebo do panáčika jemne fúkneme. Ak sa prevrátil bez toho, aby začal kráčať, znížime naklonenie roviny, poprípade uvoľníme zloženie papiera tak, aby mal nožičky ďalej od seba. Ak panáčik stále padá, zväčšíme mu chodidlá. Ak sa panáčik po naklonenej rovine šmýka bez prepletania nožičiek, musíme zmeniť trenie medzi panáčikom a podložkou. Najlepšie je zmeniť povrch naklonenej roviny, napríklad papierom či kúskom kartónu.
Pozorovanie
Panáčik sa začne pohybovať smerom dole po naklonenej rovine tak, že prepletá nožičkami. Rýchlosť panáčika závisí od naklonenia roviny, ako aj od toho, ako má nožičky ďaleko od seba či po akom povrchu kráča.
Vysvetlenie
Asi každý pozná paradox štyroch nôh. Na to, aby okrúhly stôl stál pevne, potrebuje len tri oporné body, teda tri nohy. Prečo sú teda stoly takmer vždy navrhnuté so štyrmi nohami a nie s tromi? Stabilita podložky je definovaná obvodom čiar medzi podpornými bodmi. Umiestnenie bremien na povrchu stola mimo túto oblasť môže spôsobiť nestabilitu. Trojnohý stôl má menej plochy, ktorú označujeme za stabilnú, ako štvornohý stôl. Jedinou výhodou trojnohého stola je, že sa nekýva. Čo keby sme mali päť, šesť a viac nôh? Jedno a dvojnohé stoly majú oblasť stability takmer nulovú (ak to neoklameme hrúbkou nôh). Trojnohý stôl je najjednoduchší stabilný stôl. Preto sú napríklad aj statívy pre fotoaparáty trojnohé. Štvornohý stôl výrazne zvyšuje stabilnú plochu. Ale päť a šesť nôh poskytuje len malý nárast stabilnej plochy v porovnaní s rastúcou potrebou nastavenia rovnakej dĺžky nôh. Aj keď sa teda budeme veľmi snažiť, takmer vždy bude mať panáčik jednu nohu kratšiu, a teda bude stáť len na troch nohách a nie na štyroch. A keby sme sa aj trafili a panáčik by mal ideálne poskladané rovnako dlhé nohy, akú máme istotu, že podložka je dokonale rovná? Panáčik teda stojí na začiatku len na troch nohách. Pôsobí na neho tiažová sila, ktorá ho posunie jemne smerom dole, teda aj jemne sa nakloní nabok. Predná noha, ktorá bola vo vzduchu, sa jemne predsunie pred druhú prednú nohu, panáčik sa nakloní a dopadne na vysunutú nohu. Tým sa do vzduchu dostane zadná noha, pričom panáčik sa už začal pohybovať smerom dole. Následne zadná noha, ktorá je na podložke, zaostane pozadu a zadná noha, ktorá je vo vzduchu, sa trochu posunie dole. Panáčik sa preklopí, dopadne na predsunutú zadnú nohu a do vzduchu sa dostane predná noha. Takýmto spôsobom vzniká dojem, že kráča.
Na záver
V dokonalom svete by panáčik stál na štyroch rovnako dlhých nohách na dokonalo rovnej podložke a nehýbal sa. My však, našťastie, žijeme v nedokonalom svete krásneho chaotického pohybu.
Kľúčové slová pre Google
walking ladder, walking paper horses
PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Foto Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu: sona.gazakova@fmph.uniba.sk