Dokáže se kužel kutálet do kopce?

Na první pohled to vypadá, jako by na něj gravitace přestala působit. Ve skutečnosti ji však dokonale poslouchá. Celý trik se ukrývá ve tvaru kužele, rozevírajících se kolejnicích a poloze jeho těžiště.

Dvojitý kužel na neobvyklé dráze

Dvojitý kužel tvoří dvě kuželové části spojené svými základnami. Když ho položíme na dvojici kolejnic, které se směrem vzhůru postupně rozestupují, začne se zdánlivě valit proti svahu.

Kolejnice sice stoupají, ale zároveň se od sebe vzdalují. Kužel se proto při pohybu opírá o stále širší části svého povrchu a jeho střed se mezi kolejnicemi postupně dostává níže.

Kužel tedy ve skutečnosti nestoupá. Zvedají se pouze místa, ve kterých se dotýká kolejnic. Jeho střed a spolu s ním i těžiště naopak klesají.

A právě proto se začne pohybovat směrem, který našim očím připadá jako cesta do kopce.

Rozhoduje těžiště

Těžiště si můžeme představit jako bod, do kterého je soustředěna hmotnost celého tělesa. U pravidelných a rovnoměrně hustých předmětů se obvykle nachází v jejich geometrickém středu. U některých těles ale může ležet i mimo samotný materiál, například u obruče nebo vhodně ohnutého drátu.

Působením gravitace se tělesa přirozeně snaží dostat do polohy, ve které je jejich těžiště co nejníže. V takové poloze mají také nejmenší tíhovou potenciální energii a bývají nejstabilnější.

Dvojitý kužel se chová úplně stejně. Přestože jeho dotykové body po kolejnicích stoupají, těžiště klesá. Kužel se tedy pohybuje přesně tím směrem, kterým ho gravitace vede.

Nejde o porušení fyzikálních zákonů. Jde pouze o situaci, ve které naše oči sledují něco jiného než gravitace.

Když oči nestačí

Podobné exponáty ukazují, že při posuzování pohybu nestačí vždy sledovat jen povrch, sklon dráhy nebo směr, kterým předmět míří.

Naše zkušenost nám napovídá, že cesta po stoupajících kolejnicích musí vést vzhůru. U dvojitého kužele ale rozhoduje prostor mezi nimi. Čím více se kolejnice rozevírají, tím hlouběji mezi ně může kužel klesnout.

Zdánlivý pohyb do kopce je tak ve skutečnosti pohybem těžiště dolů.

Právě těžiště přitom hraje důležitou roli i v běžném životě. Ovlivňuje stabilitu člověka, automobilu, jeřábu, lodi i vysokých staveb. Čím níže se těžiště nachází a čím lépe je umístěno nad opěrnou plochou, tím obtížněji se předmět převrátí.

Vydejte se s kuželem do kopce

U exponátu můžete na vlastní oči sledovat pohyb, který se zdá být nemožný. Stačí kužel položit na správné místo a nechat gravitaci, aby udělala zbytek.

Kužel se rozjede po stoupajících kolejnicích vzhůru, zatímco jeho těžiště bude nenápadně klesat.

To, co nejprve vypadá jako fyzikální záhada, má nakonec překvapivě jednoduché vysvětlení. Gravitace totiž stále táhne předmět dolů. Jen musíme vědět, který jeho bod při tom sledovat.