Článek
Když šlápnete na plyn, auto zrychlí a zatlačí řidiče do sedačky. Ale co se bude dít s balónkem, který visí na provázku ze stropu? A co s balónkem, který je napuštěný héliem a je přivázaný k podlaze?
Pojďte si svůj odhad vyzkoušet:
Jak se vám předpověď podařila? Hodně lidí netipne správně odpověď ani u jednoho z balónků, ale možná vám právě přítomnost druhého balónku mohla napovědět. Nebo váš mozek ještě více zmátla…
Prázdninové mozkolamy: hravý seriál Seznam Zpráv
Baví vás přemýšlet? A co takhle smát se tomu, jaké chyby lidský mozek dělá? Každou prázdninovou sobotu si vyzkoušíte svůj důvtip v seriálu Letní mozkolamy.
Necháte se nachytat? Nevadí, jste v dobré společnosti. Důležité je, zda se z toho dokážeme poučit a pochopit lépe, jak funguje náš svět i náš mozek.
Podívejte se na již vydané mozkolamy:
Nejste v tom sami. Jde o opravdu neintuitivní úlohu. Naštěstí už víme, co dělat, když se setkáme s něčím neintuitivním. Rozebereme to na prvočinitele a pak to experimentálně ověříme. Pojďme na to.
Co se ve skutečnosti stane
Co se ve zrychlujícím autě skutečně stane? Napřed se podíváme, jak se věci mají v autě, které stojí:
- žlutý balónek (vzduch) – visí ze stropu, působí na něj gravitace, která jej táhne dolů, a provázek jej drží, aby nespadl k zemi
- zelený balónek (helium) – stoupá ke stropu, protože je lehčí než okolní vzduch, hlavní síla na něj působící tedy není gravitace, ale tlak okolního vzduchu, který jej tlačí vzhůru
Každý balónek je tedy tam, kde je, kvůli jiným silám. Rozdíl je v tom, že jeden je lehčí než vzduch a druhý těžší než vzduch. Takže když se auto rozjede, každý se vydá jiným směrem.
Proč je výsledek takto „podivný“ a na první pohled nesmyslný? Musíme se podívat na výslednice sil.
Setrvačnost tlačí vše dozadu
Napřed jednodušší z obou balónků – žlutý, naplněný vzduchem. Ten se vydá dozadu, protože na něj působí setrvačnost. Jinými slovy, když auto zrychluje, všechno v autě, co není připevněné, je taženo dozadu. Plynulé zrychlení je z pohledu věcí v autě podobné gravitační síle. Čím výraznější je zrychlení, tím silnější je tato síla působící proti směru pohybu auta.
Balónek naplněný vzduchem se tedy nakloní směrem dozadu. To není tak těžké pochopit. Těžší je to s balónkem zeleným, naplněným héliem…
Heliový balónek v tom plave
Když se všechno v autě vlivem gravitace vydalo dozadu, týká se to nejen věcí viditelných (řidič a pasažéři zatlačení do sedaček, naklonění visícího balónku), ale i věcí neviditelných. Konkrétně vzduchu. Na Zemi máme vlivem gravitace hustší vzduch u hladiny moře a řidší vzduch (nižší tlak) ve vyšších polohách. Vzpomeňme si, že akcelerace působí podobně jako gravitace.
Takže zrychlení auta způsobí v jeho kabině (pokud je uzavřená) změnu rozložení vzduchu. V zadní části auta se nahustí a vznikne tam nepatrně vyšší tlak, zatímco v přední části bude vzduch nepatrně řidší a tlak nižší.
Tento nepatrný rozdíl ale nemůže ujít našemu héliovému balónku. Ten totiž „plave“ v okolním vzduchu, helium je totiž lehčí než okolní vzduch. Balónek je tedy ve stojícím autě vytlačován směrem vzhůru. A směr, kterým jej vzduch nadnáší, přímo vyplývá z hustoty vzduchu. Jinými slovy, jakmile je v nějaké části auta vyšší tlak, tento plovoucí balónek je tlačen tímto směrem.
Sami si to můžete vyzkoušet, aniž byste k tomu potřebovali auto a héliem naplněný balónek. Stačí naplnit zavařovací sklenici vodou a nahoře nechat malou bublinu. Poté sklenici držte vodorovně a urychlete ji jedním směrem.
Všimněte si, že bublina se posune ve směru zrychlení. Je to proto, že „plave“ na hladině a hladina se vlivem zrychlení posunula, dalo by se říci, naklonila.
Kdybych to neviděl na vlastní oči…
Tuto hádanku jsem poprvé slyšel ve variantě s jen jedním, héliem naplněným balónkem. A můj první instinkt byl chybný. Čekal jsem, že héliový balónek pojede dozadu, jako všechno ve zrychlujícím autě.
Přečetl jsem si vysvětlení, proč byl můj odhad špatný. Héliový balónek se vznáší, nevisí, a tedy hlavní síla, která na něj působí, je tlak okolního vzduchu. Když se tedy okolní vzduch „naštosuje“ v zadní části zrychlujícího auta, zvýší se tam tlak, a plovoucí balónek se tak začne přesouvat ve směru jízdy.
Proč nám mozek nabídl špatnou představu?
Hádanka se mi líbí i proto, že různí lidé mají různé fyzikální intuice, a proto dojdou ke zcela odlišným výsledkům. Intuice nejsou špatné, naopak. Náš mozek si vytváří intuitivní představu světa, protože jinak bychom se nemohli ve světě pohybovat. Čas od času ale stojí za to si připomenout, že to je pouze intuice.
Při odhadování, co se po zrychlení stane, tak do hry vstupují i kognitivní omyly. Naše myšlenkové zkratky, které nám usnadňují chápání světa. A někdy nám napoví špatně…
Varianta se dvěma balónky, kde každý je naplněn jiným plynem, mě tak nezastihla zcela nepřipraveného. I tak pro mě ale bylo překvapivé, když jsem sledoval video s experimentem. To, že se každý balónek vydá jiným směrem, je prostě těžko uvěřitelné, i když si člověk přečte, čím je to fyzikálně způsobené.
Na rozdíl od předchozí hádanky s letadlem na běžícím pásu naštěstí tahle není až tak těžká na ověření. Pokud byste to zkoušeli, důrazně varuji: zachovejte bezpečnost svou i ostatních. Především to znamená: věnujte se naplno řízení, nepřehánějte to s rychlostí a zvolte bezpečné místo mimo veřejnou komunikaci.
Nebo – a to je určitě bezpečnější varianta – to vůbec nezkoušejte s autem a spokojte se s experimentem v uzavřeném vlakovém kupé.
Je to každopádně poučný a užitečný zážitek, sledovat, jak se svět chová jinak, než bychom si představovali. Připomíná nám to, že v hlavě máme různé nápady a zjednodušené modely. Ale definitivním důkazem je experimentální ověření.
