Reťazová fontána

Tento jav je pomerne novodobý a opakovane sa objavoval v médiách aj na sociálnych sieťach. Prvá verejná zmienka pochádza z roku 2009, keď ho vedecký zabávač Steve Spangler demonštroval v televízii na guľôčkovej reťazi aj viskoelastických kvapalinách.

V roku 2012 sa stal súčasťou otvoreného problému na medzinárodnom kole Turnaja mladých fyzikov. O rok neskôr fenomén priblížil širokej verejnosti popularizátor vedy Steve Mould, ktorý ho predstavil na YouTube a následne aj v relácii BBC. Táto publicita zaujala akademikov Johna Bigginsa a Marka Warnera z Cambridgeskej univerzity, ktorí v roku 2014 publikovali vysvetlenie javu – nazvaného reťazová fontána alebo Mouldov efekt – v časopise Proceedings of the Royal Society.

Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.

Pomôcky

Dlhá guľôčková reťaz (minimálne 10 metrov), napríklad taká, aká sa používa na upevnenie zátky do vane, a sklená nádoba s rovnými okrajmi dostatočne veľká na jej uloženie. Nepovinnou, no vítanou pomôckou je kamera so spomaleným záznamom, keďže pokus prebieha veľmi rýchlo a až v spomalenom zábere vynikne jeho plná krása.

Postup

Guľôčkovú reťaz postupne ukladáme do sklenej nádoby bez potreby dodržiavať špeciálny postup. Dôležité je len, aby sa jednotlivé vrstvy nekrížili. Posledný úsek reťaze necháme voľne prečnievať cez okraj nádoby. Sklenú nádobu volíme najmä preto, aby sme mohli pozorovať správanie sa reťaze v jej vnútri. Nádobu umiestnime na okraj stola alebo inej vyvýšenej podložky. Voľný koniec reťaze jemne potiahneme tak, aby vlastnou váhou začal padať a postupne vyťahoval zvyšok reťaze z nádoby.

Pozorovanie

V prvom okamihu môžeme pozorovať, ako sa reťaz presýpa cez okraj pohára. Občas sa niektorá guľôčka jemne odrazí od okraja a poskočí, vždy však len nepatrne ponad jeho hranu, a to až do momentu, kým sa spodná časť reťaze nedotkne zeme. Vtedy sa správanie reťaze náhle zmení: nad okrajom nádoby sa vytvorí oblúk a reťaz sa ho väčšinu času ani nedotýka.

Veľkou výhodou tohto pokusu je jeho opakovateľnosť – môžeme ho skúšať znova a znova. Na lepšie pochopenie javu, ale aj pre zábavu, môžeme reťaz do pohára ukladať náhodne alebo usporiadane, napríklad do špirály. V takom prípade si všimneme, že každé prekríženie reťaze mierne mení výsledný efekt, no v spomalenom zábere sú aj tieto nedokonalosti fascinujúce.

Prirodzenou ambíciou experimentátora je dosiahnuť čo najvyššiu fontánu, preto sa oplatí umiestniť nádobu do väčšej výšky. Ak chceme, aby reťaz vytvorila fontánu už od samotného začiatku pohybu, stačí ju na začiatku pokusu potiahnuť smerom nadol rýchlejšie, než by padala pri voľnom páde.

Vysvetlenie

Z pozorovaní môžeme usúdiť, že výška fontány rastie s výškou, z ktorej reťaz padá. Na videách dostupných na internete možno vidieť fontánu vysokú až približne 1,4 metra pri reťazi spustenej z výšky asi 45 metrov. V takomto prípade fontána dokonca vzniká ešte skôr, než koniec reťaze dopadne na zem.

Vysvetlenie tohto javu súvisí s pružnosťou guľôčkovej reťaze a s jej interakciou s podložkami – jednak s dnom nádoby, ale aj so zemou.

Experiment, ktorý ukazuje, že rýchlosť pádu reťaze môže byť ovplyvnená tým, že reťaz dopadá na podložku, vám predstavíme v nasledujúcom príspevku. Rovnako ukážeme, že reťaz vyťahovaná z nádoby pôsobí tlakom na reťaz pod sebou, pričom reakčná sila ju následne vymršťuje von z nádoby.

Zatiaľ môžeme tento jav prijať ako fakt: vplyvom opísaného efektu má reťaz na okraji pohára nenulovú rýchlosť, a teda aj energiu, ktorú využije na vytrhnutie zvyšku reťaze z nádoby. Keďže reťaz má určitú tuhosť, vytvorí sa elegantný oblúk fontány, ktorý fascinuje všetkých experimentátorov.

Autorka článku: PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Foto a video Stanislav Griguš
Ak experiment vyskúšate, svoje realizácie môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.