Názov: Zákon zachovania energie a hybnosti.
Anotácia: Paradox pádu dvoch loptičiek, keď jedna z nich vyskočí vyššie ako bola počiatočná poloha

Pomôcky: dve loptičky – jedna pingpongová a druhá gumová veľmi pružná, 
kovová špajľa z kolesa bicykla 
kliešte, pilník
menší klinec – priemer menší ako priemer špajle 
sviečka, zápalky 
fixka 

Postup:  Pomocou kliešťov ustrihneme asi 20cm kúsok z špajle, tak aby jeden koniec bol so závitom. Do gumovej loptičky vyhĺbime pomocou klinca dierku. Dierka by mala byť taká hlboká aký dlhý je závit na špajli. Po vytiahnutí klinca sa dierka znova stiahne, to však nevadí. Špajľu zaskrutkujeme do otvoru. V prípade ak špajľa vypadáva môžeme ju prilepiť.

Na pingpongovú loptičku si urobíme fixkou dve značky symetrické cez stred loptičky. Druhý zvyšok špajle nahrejeme nad plameňom sviečky a vyrobíme si otvory v pingpongovej loptičke, podľa značiek. Otvory by mali byť čo najmenšie najmenšie ale aby špajľa nimi prechádzala bez väčšieho trenia.

Realizácia: Pingpongovú loptičku nasunieme na špajľu trčiacu z gumovej loptičky. Uchopíme takto vzniknutú sústavu za koniec špajle, jemne medzi dva prsty, tak aby špajľa mala zvislú polohu. Pustíme asi z výšky 1,5m. Pingpongová loptička sa po náraze na zem vysunie zo špajle a vyletí do výšky väčšej ako bola maximálna výška pádu. Pri vhodne zvolenej podložke, dokáže vyletieť aj do 3m výšky. 

Vysvetlenie:  
Veľmi jednoduché pre ZŠ: Pri pokuse môžeme pozorovať, že gumová loptička už nevyletí do výšky a teda skoro celá jej energia je využitá pingpongovou loptičkou. Hmotnosť pingpongovej loptičky je však menšia ako hmotnosť gumovej a teda táto energia stačí na vyskočenie do naozaj nečakanej výšky.
SŠ: Pokúsme sa odôvodniť túto výšku pomocou zákona zachovania energie (ZZE) a zákona zachovania hybnosti (ZZH). Zanedbáme rozmery loptičiek, predpokladáme, že gumová loptička je 7x ťažšia ako pingpongová loptička . Loptičky padajú z výšky h, to znamená, že na podložku dopadne gumová loptička rýchlosťou . Odrazí sa a ak zanedbáme straty energie tak poletí smerom hore rýchlosťou  , vtedy do nej narazí pingpongová loptička, letiaca smerom dole rýchlosťou . Napíšeme zákony zachovania. 

ZZE:   

celková potenciálna energia loptičiek na začiatku pohybu = kinetická energia gumovej loptičky + kinetická energia pingpongovej loptičky, po odraze od podložky 

ZZH:

hybnosť gumovej loptičky a hybnosť pingpongovej loptičky na začiatku zrážky = hybnosť na konci.  
Po vypočítaní tejto sústavy rovníc je počiatočná rýchlosť pingpongovej loptičky  . Čo znamená, že v ideálnom prípade by loptička vyletela do výšky, ktorá je 6,25-násobok pôvodnej výšky. samozrejme táto sústava má dve teoretické riešenia, jedno však zodpovedá prechodu loptičiek cez seba, čo v realite nie je možné. 
Pre šikovnejších žiakov môžeme zadať problém, že nepoznáme pomer hmotnosti loptičiek a teda by sme radi vypočítali všeobecnú závislosť rýchlosti pingpongovej loptičky od konštanty k a výšky h  ). 

Poznámky: 
Pozor na podložku, nie každá je totiž vhodná. Koberec napríklad utlmí žiadaný efekt skoro úplne. 
Loptičky treba púšťať z naozaj zvislej polohy, inak sa pingpongová loptička vôbec nedostane preč zo špajle. 
Analogickým pokusom je spadnutia otvorenej PET fľaše s vodou. Pri takomto páde a nasledujúcom náraze na zem sa často stane, že cez hrdlo fľaše vytryskne malý prúd vody do dosť veľkej výšky,.

Otázky: 

  1. Platí pri tomto pokuse zákon zachovania energie? Veď vidíme, že pingpongová loptička vyskočí do vyššej polohy v akej bola na začiatku pohybu. 
  2. Do akej výšky vyskočí pri tomto pokuse gumová loptička?
  3. Ako by sa pokus zmenil keby sme vymenili pingpongovú loptičku za inú, napr. gumovú?
  4. Aký je pomer hmotnosti pingpongovej a gumovej loptičky?

Odpovede:

  1. Samozrejme, že zákon platí :-). Pinpongová loptička vyskočila do väčšej výšky ako bola jej pôvodná preto, lebo prijala určitú energiu od spodnej gumovej loptičky, ktorá sa odrazila len veľmi málo.
  2. Porovnajte výpočet vo vysvetlení s praxou, polemizujte prečo je to tak.
  3. Gumová loptička je ťažšia ako pinpongová a teda vyletí do menšej výšky. Keďže tam nebude taký veľkí pomer medzi spodnou a vrchnou loptičkou, môže sa stať, že v dôsledku straty energie deformáciou a odporom vzduchu loptička nevyskočí do väčšej výšky ako bola jej pôvodná výška. 
  4. V mojom prípade to bol pomer hmotností 7, samozrejme to závisí od druhu loptičiek, ktoré použijete.

VIDEO