3 Hlava, koleno, zem…

... zapikanej jsem, říkali jsme jako malí při rozpočítávání. Když jsem přemýšlel nad tím, jak vysvětlit základní pojmy, bez kterých se neobejdeme, totiž pojem napětí a proudu, tak mě napadlo právě toto říkadlo.

Pohodlně se usaďte, na chvíli si odpočineme od sestavování konstrukcí, beztak to byla příliš velká nálož novinek. Teď zapojíme místo diody vlastní hlavu...

Schválně, jak vysoko nad zemí je vaše hlava, když stojíte? U sebe to vím celkem přesně, jsou to dva metry. Koleno 60 centimetrů. Zem je od země přesně nula centimetrů – to jen pro pořádek. Když vezmu vajíčko a upustím ho na koberec – ne, prosím, tento pokus nemusíte nutně dělat, jen si to představte – z výšky svého kolene, tak vydrží. Když ho pustím z výšky svojí hlavy na tentýž koberec, rozkřápne se. Jak to, že totéž vejce puštěné z různých výšek dopadne pokaždé jinak?

Odpověď je: „To je přeci jasné!“ No dobře, jasné to je, ale nějaké vysvětlení by tu být mohlo. Je zde, a jmenuje se „potenciální energie“ (též „polohová“). V našem případě je to potenciální energie v gravitačním poli Země. Tato energie je tím vyšší, čím výš nad zemí předmět, v našem případě vejce, je (samozřejmě s omezeními, protože v dostatečně velké vzdálenosti už bude gravitační síla, která to vajíčko přitahuje, tak malá, že nebude mít na vejce podstatný vliv). Dokud držím vejce v ruce, má potenciální energii. Jakmile ho upustím, začne se tato potenciální energie přeměňovat v energii kinetickou, pohybovou, a vajíčko bude padat k zemi. Čím níž vejce bude, tím vyšší bude jeho kinetická energie – a podle zákona o zachování energie bude součet kinetické a potenciální energie konstantní. Jakmile vejce doputuje k zemi, bude jeho potenciální energie nulová a kinetická bude rovna té původní potenciální. A tato kinetická energie se v okamžiku dopadu na zem opět přemění v jinou energii a vykoná práci (v našem případě destrukci skořápky).

Výška nad zemí tedy určuje potenciální energii – pozice „hlava“ má vyšší než pozice „koleno“, a pozice „koleno“ má vyšší než pozice „zem“. Pozice „zem“ má potenciální energii nulovou. Když vejce leží na zemi, nemá kam padat a nemá tedy nic, co by se proměnilo v kinetickou energii. Tohle všechno je empiricky pochopitelné, úplně jasné a každý si to dokážeme představit.

Proč v knížce o elektřině vysvětluju padání vajec na zem, navíc tak zdlouhavě? Protože nám to poslouží jako dobrá analogie s elektřinou. Všimněte si, že potenciální energie se neměří „sama od sebe“, vždycky se měří „mezi dvěma body“. Třeba mezi zemí a předmětem nad ní. Stejně tak se neříká, že „Sněžka je sto kilometrů daleko“ – je to úplně prázdné sdělení, pokud neřekneme odkud je to těch sto kilometrů.