Děkujeme za pěkný dotaz. Kyvadlo je velmi oblíbené mezi fyziky [1, 2], protože se na něm dá pěkně ukázat jeden ze základních principů moderní fyziky – zákon zachování energie. Představme si kyvadlo, které se kýve bez tření a ve vakuu, jinými slovy, nedochází k žádným ztrátám energie do okolí. Takové kyvadlo pak představuje systém, ve kterém se pravidelně mění kinetická energie (pohybová, Ekin v obrázku) na energii potenciální (polohovou, Epot v obrázku) a zpět. Jak k tomu dochází?
Když kyvadlo prochází místem, které se nachází svisle dolů pod jeho závěsem (poloha 2 na obrázku), tak se pohybuje s největší rychlostí. To je možné jen díky tomu, že veškerá energie kyvadla je v tomto místě uložená ve formě kinetické energie. Naopak v polohách 1 a 3 (jedna nalevo a jedna napravo od místa s nejvyšší rychlostí), kde dosáhne kyvadlo svojí maximální výchylky oproti poloze 2, se kyvadlo na kratičký okamžik nehýbe vůbec. To je tím, že veškerá energie je v tomto místě ve formě energie potenciální. Tím pádem nezbývá žádná energie pro pohyb. Současně to také znamená, že kyvadlo dosáhlo své nejvyšší polohy vůči podložce, nad kterou se kývá.
Ale jak krátký je tento kratičký okamžik? V našem případě ideálního kyvadla (žádný odpor vzduchu a pohyb bez tření) je tento okamžik nekonečně krátký. U reálného kyvadla bude záležet především na tření v závěsu a odporu vzduchu. Tyto efekty způsobí, že kyvadlo se zastaví na velmi krátkou, ale konečnou, chcete-li měřitelnou dobu. Přesnou hodnotu této doby zastavení reálného kyvadla je třeba určit měřením nebo velmi složitým výpočtem, který bude zahrnovat výše uvedené efekty.
Když si to shrneme, v rámci jednoho cyklu se kyvadlo dostane z jedné maximální výchylky, ve které se na okamžik nehýbe, přes nulovou výchylku svisle pod závěsem, ve které se pohybuje maximální rychlostí, do polohy o maximální výchylce, ale na druhé straně. Tedy v rámci jednoho cyklu existují dva body, ve kterých se na okamžik kyvadlo nepohybuje. Také platí, že při tomto cyklu se celková energie kyvadla přemění z čistě potenciální energie na čistě kinetickou energii a nakonec zpět na čistě potenciální energii. To znamená, že energie kyvadla mění svojí podobu, ale její celková hodnota se nemění, zachovává se, přesně tak, jak velí zákon zachování energie. V polohách 1 a 3 se kyvadlo opravdu na velmi krátký okamžik zastaví, jelikož kinetická energie se v těchto polohách rovná nule, tj. kyvadlo nekoná žádný pohyb. Ale jelikož tyto body jsou maxima potenciální energie, kyvadlo bude hledat cestu, jak tuto energii snížit, a proto se znovu dá do pohybu.
Pro Zeptej se vědce odpovídal Vítek
