Asi to poznáte. Sedíte vo vlaku a pozeráte sa von oknom na susedný vlak. Vidíte, ako sa hýbe, ale nie ste si istí, či sa rozbehol váš vlak, alebo ten druhý. A potom to príde, pozriete sa na opačnú stranu na nástupište a je to jasné. Váš vlak stojí, hýbe sa ten druhý.
Toto sa potom zvykne sprevádzať slovami, že absolútny pokoj sa nedá zadefinovať a pohyb viete definovať iba vzhľadom na niečo iné. Pri pohľade na susedný vlak je pohyb jedného alebo druhého úplne rovnocenný. Vlaky sa navzájom hýbu, ale ktorý stojí a ktorý sa pohybuje vzhľadom na Zem, odhalí až pohľad na nástupište.
Inerciálne
Rovnaká otázka sa dá formulovať ešte inak. Predstavte si, že ste vo vagóne bez okien. Máte k dispozícii akékoľvek meracie prístroje, môžete robiť ľubovoľné experimenty, len sa nemôžete pozrieť mimo vagóna. Viete povedať, či vlak stojí, alebo sa pohybuje po koľajniciach? Ak si niečo pamätáte zo stredoškolskej fyziky, tak viete, že záporná odpoveď na túto otázku je dokonca fyzikálnym zákonom. Nedá sa to. Obe tieto sústavy sú inerciálne a všetky experimenty v nich dopadnú rovnako. A ani pohľad von oknom by vás úplne nezachránil. Vedeli by ste povedať, či sa vlak hýbe vzhľadom na jeho okolie, ale to je tak všetko. Okolie môže zasa vzhľadom na niečo iné stáť alebo sa pohybovať. A tak ďalej.
V inerciálnej sústave platia fyzikálne zákony tak, ako ich poznáme – napríklad telesá, na ktoré nepôsobí žiadna sila, zostávajú v rovnomernom priamočiarom pohybe alebo telesá, na ktoré pôsobí dostredivá sila, vykonávajú pohyb po kružnici.
Neinerciálne
Existujú však aj neinerciálne sústavy. V nich tieto zákony neplatia. Telesá sa dajú do pohybu, aj keď na ne nepôsobí žiadna sila, alebo sa pohybujú inak, ako by ste pri danej sile očakávali. Inak povedané z vagóna bez okien neviete zistiť, či stojíte, alebo sa pohybujete, ale viete prísť na to, či zrýchľujete. Takto sa dá určiť, že sústava spojená so Zemou nie je inerciálna.
Napríklad zoberiete závažie, zavesíte ho na šnúrku a necháte ho kmitať – experiment ako lusk. V inerciálnej sústave by takéto kyvadlo slušne kmitalo zo strany na stranu. So skutočnými kyvadlami na Zemi sa však deje niečo zvláštne – rovina, v ktorej kmitajú, sa pomaly otáča. Tento pohyb nie je výrazný a na jeho pozorovanie treba naozaj dlhý špagát, ale pozorovať sa dá. V inom experimente zasa odvážite to isté závažie na dvoch rôznych miestach na Zemi a zistíte, že môžete dostať iný výsledok. Aj napriek tomu, že ste zarátali všetky nehomogenity jej gravitačného poľa.
Otáčajúca sa Zem
Druhý Newtonov zákon – jednoduchý vzťah medzi silou a zrýchlením – na Zemi neplatí. Dá sa však zachrániť – doplnením niečoho, čomu hovoríme zotrvačné sily. No a ukazuje sa, že všetky problémy s neinerciálnosťou sústavy spojenej so Zemou sa dajú vyriešiť jednoducho tak, že doplníme zotrvačné sily, akoby sa naša planéta raz za deň otočila okolo svojej osi. To už je len malý krôčik k tomu, aby sme vyhlásili, že sa tak naozaj aj otáča.
Zrýchlenie sústavy má okrem problematickosti zákonov mechaniky ešte niekoľko ďalších dôsledkov. O tom však niekedy nabudúce. Na záver sa ešte vráťme späť k našim dvom vlakom z úvodu. Možno ste už prišli na to, že na otázku: Ktorý z dvoch vlakov sa začal pohybovať vzhľadom na Zem? sa dá odpovedať aj bez toho, aby sme sa pozerali na nástupište. Stačí zistiť, v ktorej zo sústav spojených s vlakmi sa udeje niečo zvláštne – napríklad sa nakloní hladina kávy vo vašej šálke. Tento vlak sa zrýchľoval a teda to bude ten, ktorý sa pohol bližšie k svojmu cieľu.
Juraj Tekel
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space. Vedátora môžete sledovať aj prostredníctvom bezplatnej mobilnej aplikácie.
