Středoškolská fyzika ve většině z nás bohužel nezanechala trvalejší stopy. Přesto bychom patrně nezaváhali, kdyby nám někdo položil otázku: Budou se dvě stejně nabité kovové koule přitahovat, nebo odpuzovat?
Vždy samozřejmě odpuzovat, řekneme asi všichni. Někteří by si patrně vzpomněli i na to, že souvislost mezi nábojem a silou působící mezi dvěma objekty s elektrickým nábojem popisuje takzvaný Coulombův zákon.
Což je správně. Ale rozhodné "odpuzovat" je špatná odpověď. Nebo spíše nepřesná. Když k sobě přiblížíte dvě koule se stejným nábojem, mohou se i přitahovat. Jak je to možné, přesně spočítal ve svém článku (dostupném zde) novozélandský matematik John Lekner. Podle něj se dvě koule se stejnou převládající hodnotou náboje budou na malou vzdálenost přitahovat, pokud mají různou velikost náboje.
Vezmi dvě nabité vodivé koule...
Na pohled překvapivý výsledek je pouze aplikací známých fyzikálních faktů. "K odvození výsledku byl použit Coulombův zákon," říká Karel Netočný z Fyzikálního ústavu Akademie věd. Jen aplikace jednoduchých fyzikálních zákonů může být v praxi komplikovanější, než by se mohlo zdát.
Dva body se stejnými náboji se budou vždy odpuzovat. Ovšem Lekner a potažmo i my jsme se ptali po dvou koulích, tedy předmětech větších než bod. U nich bude celý proces složitější. "Na větších vzdálenostech se vzájemně odpuzují, zcela podle běžné intuice," říká Karel Netočný. Pokud je totiž vzdálenost obou koulí mnohem vyšší než jejich rozměr, obě nabité koule se chovají téměř jako bodové náboje.
Když je k sobě (samozřejmě násilím) přiblížíte na dostatečně malou vzdálenost, náboje na obou předmětech na sebe budou vzájemně reagovat. Na povrchu se vytvoří oblasti s převládajícím jedním nábojem. Opačný náboj se vytratí na vzdálenější místa povrchu, protože ho odpuzuje převládající náboj druhého předmětu.
Popsat, jak to bude probíhat přesně, vyžaduje komplikovanou matematiku. Jak se ale dopočítal Lekner, výsledek bude vždy podobný. Náboje se přesunou tak, že na přivrácených stranách koulí vzniknou oblasti s opačným nábojem. A ty se samozřejmě začnou přitahovat. Protože jsou velmi blízko (jde o nejbližší body obou koulí), vzájemná přitažlivá síla těchto oblastí bude na malých vzdálenostech větší, než odpudivá síla oblastí se stejnými náboji. Ty jsou totiž od sebe dále a síla působící mezi dvěma náboji roste se zmenšující se vzdáleností. Přitažlivé síly tak převládnou nad odpudivými. A překvapivá fyzikální hříčka je na světě.
... a nepřibližuj je příliš!
Efekt se už v minulosti podařilo pozorovat. Lekner ve své práci cituje zápisky britského fyzika Williama Snow Harrise. Ten si v roce 1836 poznamenal, že při přibližování dvou nabitých disků odpudivá síla mezi nimi v jednom okamžiků zmizí a místo ní se objeví síla přitažlivá. Mimochodem, to je důkaz, že předpoklad platí i pro jiné vodivé předměty než jen koule. Lekner si je vybral, protože se matematicky snadno popisují.
Tento jev by opravdu mělo jít ověřit pokusem, myslí si fyzik Karel Netočný. Není to ovšem zcela jednoduché. "Hlavní potíž je v tom, že jak k sobě koule přibližujete, vzájemná přitažlivá síla narůstá velmi pomalu, takže efekt je stále slabý." Jinými slovy, předměty se k sobě musí dostat na opravdu malé vzdálenosti, a i tak nebude přitažlivá síla nijak velká (i když teoreticky na opravdu malé vzdálenosti bude velmi silná a teoreticky roste nad všechny meze).
Ale stačí málo a efekt zcela zmizí. Jak vyplývá i z Leknerových počtů, vzájemně se přitahují jenom předměty, které mají různě velký náboj. Jen na těch může dojít k nepravidelnému rozdělení náboje a vzniku přitažlivé síly. Pokud mají oba předměty náboj zcela shodný, tak se budou od začátku do konce odpuzovat. A právě shodou nábojů to nakonec dopadne (platí pro předměty identické velikosti).
Pokud totiž k sobě začnete přibližovat dvě nabité vodivé koule, dříve nebo později bude vzdálenost mezi nimi tak malá, že dojde k přeskočení nábojů mezi koulemi a potenciály se vyrovnají, říká Karel Netočný. A všechno bude, jak má být.
