online.muni.cz Přejít na hlavní obsah

Jak znovu nabýt ztracenou rovnováhu?

Foto: 123RF.

Jestliže se těžiště posune mimo místa, kde se nohy dotýkají země, hrozí člověku pád.Život nám někdy připraví situace, kdy musíme řešit ztrátu rovnováhy. Představme si třeba, že se z nějakého důvodu nakloníme příliš dopředu a najednou cítíme, že začínáme padat. Co se přitom stalo? Naše těžiště se posunulo do takové polohy, že už neleží nad místy, kde se naše nohy dotýkají země. (Přesněji řečeno neleží nad tzv. konvexním obalem těchto míst, viz obrázek). Tím nás gravitační síla, která působí v těžišti, začne shazovat a pokud nic nepodnikneme, spadneme. Jak lze takový začínající pád zastavit?

První, nejjednodušší možnost je posunout nohu dopředu, takže se těžiště opět ocitne nad spojnicí obou nohou. Problém ale nastane, pokud už není kam udělat krok – jako třeba na kraji útesu nebo při nahýbání se nad pultem se zajímavým zbožím. I v takové situaci se ale často ještě dá pádu zabránit. Jestliže rychle zakroužíme rukama dopředu (tj. ruce jdou horem dopředu a spodem dozadu), pád se zastaví. Na směru, kterým rukama točíme, přitom velmi záleží, a pokud zakroužíme nesprávným směrem, poletíme k zemi ještě rychleji než předtím. Pokud místo dopředu padáme dozadu, pak je třeba zakroužit rukama opačně než v předchozím případě, tedy dozadu.

Posunuté těžiště znamená vychýlení z rovnováhy.

Abychom pochopili, proč popsané otáčení rukama může zastavit pád, musíme se zamyslet nad tím, co se přitom děje s rukama a se zbytkem těla. Uvažujme opět popsanou situaci začínajícího pádu dopředu. Jestliže chceme podle výše uvedeného návodu roztočit ruce směrem dopředu, musíme na ně působit určitou silou. Protože ale jde o kruhový pohyb, který rukám udělujeme, a ne o posuvný, mluví fyzikové o momentu síly spíše než o síle. Na roztáčející se ruce tedy musí působit momentem síly trup, se kterým jediným jsou v kontaktu. Princip akce a reakce říká, že každá akce vyvolává stejně velkou reakci opačného směru. Jestliže tedy trup působí na ruce, aby je roztočil dopředu, působí podle tohoto zákona i ruce na trup a roztáčejí jej dozadu. A to je přesně to, co potřebujeme! Počínající pád dopředu je totiž vlastně otáčení vpřed kolem chodidel a každá síla, která působí proti tomuto otáčení, pád zpomalí nebo dokonce zastaví. A právě síla, kterou na náš trup působí naše ruce, má správný směr a může proto náš pád zastavit.

Každý se může snadno přesvědčit, že je skutečně mnohem snazší přejít zábradlí z roztaženýma rukama než s připaženýma.

Podobně je tomu s provazochodcem, který si při procházce po laně nese s sebou dlouhou tyč. Nemá ji na ozdobu, ale velice mu pomáhá při udržování rovnováhy. Když totiž provazochodec cítí, že začíná padat na jednu stranu, trošku tyčí zatočí na stejnou stranu. Podle zákona akce a reakce zatočí tyč artistou ve směru opačném, tedy právě v tom, kterým to potřebuje, aby zastavil svůj pád. Ze stejného důvodu děti (ale i dospělí), které se snaží přejít po zábradlí nebo po úzkém kmeni stromu, drží rozpažené ruce – jejich nakláněním dosahují podobného efektu jako provazochodec s tyčí. A každý se může snadno přesvědčit, že je skutečně mnohem snazší přejít zábradlí z roztaženýma rukama než s připaženýma. Je zajímavé, že téměř nikdo přitom tomuto principu udržování rovnováhy nerozumí nebo o něm alespoň v dané chvíli nepřemýšlí, ale přesto jej všichni podvědomě používají. Tak je to ale i s dalšími jevy z mechaniky každodenního života – s chůzí, během, jízdou na kole atd. O tom ale zase až někdy příště.

Autor působí na Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty MU.

Masarykova univerzita | Masaryk university