Bomba na kuchyňském stole

Internetem koluje mnoho lákavých návodů na zhotovení zábavné fyzikální hračky, dramaticky demonstrující přeměnu potenciální energie na kinetickou. Stačí zadat do vyhledávače termín „Stick Bomb“, čili v překladu „bomba z tyčinek“. Pro sestavení experimentální „bomby“ jsou nejvhodnější špachtle, které se prodávají v lékárně pod názvem Ústní lžička. Z prohnutých špachtlí lze vytvářet různé důmyslně propletené mřížky, které drží pohromadě silami pružnosti. Stačí však některou špachtli uvolnit a celá konstrukce se bleskurychle rozpadne – doslova exploduje.

Po prostudování několika návodů jsme se rozhodli sestavit a vyzkoušet dostatečně dlouhou řetězovou vazbu. Na instruktážních obrázcích a videích to vypadalo, že je proplétání špachtlí snadné. Ve skutečnosti se však prohnuté špachtle bránily dodržet pravidelné uspořádání, smekaly se ze správných poloh a vznikající řetězec byl připraven kdykoli se předčasně rozpadnout. Prostě úspěšné sestavení delšího řetězu bylo velmi nejisté. Došli jsme k názoru, že bude vhodné provést inovaci. Kromě špachtlí a šikovných prstů jsme použili i čtyři plastové svorky (obr. 1), což se osvědčilo, a sestavení řetězce je nyní spolehlivé a probíhá ráz na ráz.

Skládáme řetězec

V úvodu sestavíme první čtyři špachtle (obr. 2) a jejich spoje uchytíme svorkami (obr. 3). Tři volné konce pružně propojíme pátou špachtlí Z, která vytvoří začátek celého řetězce (obr. 4). Její konce uchytíme dvěma svorkami S₁, S₂, které ponecháme na místě až do dokončení celé sestavy (obr. 5). A nyní už zahájíme rutinní práci – prodlužování řetězce. Rukou přidržíme „poslední“ spoj, podsuneme další špachtli 2 a uchytíme ji svorkou B (obr. 6). V následujícím kroku rukou přidržíme poslední spoj, vložíme špachtli 1 a uchytíme ji přesunutou svorkou A. Podobně na opačné straně řetězce vložíme špachtli 2 a uchytíme ji přesunutou svorkou B (obr. 7). Tyto dvě operace opakujeme krok za krokem a prodlužujeme tak řetězec (obr. 8), až dosáhneme požadované délky (obr. 9). Řetězec zakončíme poslední špachtlí K a opatrně odstraníme všechny svorky na začátku i na konci (obr. 10, obr. 11). Výsledná konstrukce sice drží pohromadě, ale je značně labilní. Stačí malý vnější impulz a součásti se prudce rozletí na všechny strany (video Exploze).

Trocha fyziky na závěr

Bouřlivý rozpad řetězce demonstruje přeměny mechanické energie a zákon zachování energie. Vytrhneme-li špachtli K, potenciální energie pružnosti, ukrytá v prohnutých špachtlích, se postupně mění na kinetickou energii letících špachtlí. Efektní exploze „Stick Bomb“ však usnadní i pochopení vzniku a průběhu štěpné (řetězové) reakce v jaderném reaktoru (obr. 12). Potenciální energii pružnosti prohnutých špachtlí můžeme přirovnat k energii skryté v jádrech uranu ²³⁵U a vytržení špachtle K simuluje rozštěpení prvního jádra ²³⁵U pomalým neutronem. Letící špachtle představují fragmenty štěpení, jejichž kinetická energie vznikla z části uvolněné jaderné energie. V jaderném reaktoru se pak kinetická energie fragmentů mění na teplo využívané k výrobě páry pro pohon turbíny.

Video

Exploze (exploze.mp4), zdroj: autor. Video najdete na této stránce v rubrice Videofilmy.