1. Mrkvičkový kompas vzorové riešenie

Kľúčom k vyriešeniu tejto záhady je pozrieť sa na obsah hrnca, teda v našom prípade vodu, makroskopickým pohľadom. Častice kvapalín sú medzi sebou pútané slabšími silami ako častice tuhých telies. Prejavom toho je, že nemajú usporiadané polohy a môžu sa relatívne voľne pohybovať v celom objeme kvapalného telesa, ktoré tým pádom nemá stály tvar, ale prispôsobuje sa tvaru nádoby. Interakcie častíc kvapalín predstavujú vzájomné zrážky a trenie, s čím zase súvisí to, ako veľmi sú kvapaliny schopné tiecť. Čím väčšie trenie, tým kvapaliny pomalšie tečú (hovoríme, že sú viskóznejšie).

Zjavne sa musíme pozrieť na to, ako sa prejavuje interakcia hrnca s kvapalinou a následne kvapaliny s mrkvičkami pri otáčavom, resp. priamočiarom pohybe hrnca.

Majme hrniec na jednom mieste a pootočme ním. Častice kvapaliny, ako sme už spomínali, nie sú pevne viazané medzi sebou a zjavne ani o stenu hrnca. Teda jediná vec, čo sa udeje, je to, že vrstva častíc pri stene hrnca sa pootočí v smere pohybu – účinkom vzájomného trenia steny hrnca a okrajových častíc kvapaliny. Steny hrnca so sebou nejakú časť kvapaliny „strhnú“. Tento pohyb je však z druhej strany brzdený vnútornejšími vrstvami kvapaliny, ktoré sa tiež trú o tie vonkajšie. Voda, na rozdiel od napríklad medu, má malú viskozitu, takže táto interakcia bude smerom do stredu hrnca relatívne rýchlo slabnúť. Na častice kvapaliny v strede hrnca potom už prakticky nemá čo pôsobiť a ani tie nemajú ako pôsobiť na mrkvičky. Mrkvičky sa nehýbu.

Teraz majme hrniec na jednom mieste a posuňme ho priamočiaro jedným smerom. Čo sa udeje s kvapalinou? Môžeme si najprv uviesť taký zmenšený príklad, že keď šťuchneme do kvapky vody, tá sa nám rozpľasne, ale ak šťuchneme do kovovej guľôčky, celá sa posunie. V kvapke sa teda pohla tá skupina častíc, na ktorú sme pôsobili, plus tie, na ktoré mali tieto častice v rámci kvapalného telesa priamy dosah, či už im stáli v ceste a stali sa tak obeťou vzájomných zrážok, alebo stáli príliš blízko a boli strhnuté vnútorným trením v kvapaline. Kovová guľôčka sa pohla celá kvôli charakteru väzieb medzi jej časticami, ktoré sú pevné a častice sú pravidelne usporiadané v mriežkach, takže sa silová interakcia prenáša do celého telesa.

Keď posunieme hrniec, na rozdiel od našej vyššie spomínanej kvapky, zapôsobíme na celú vrstvu častíc, ktorá sa nachádza pri prednej časti hrnca. Táto vrstva potom naráža do ďalšej, tá zas do ďalšej a tak ďalej. Pri tomto pohybe si môžeme všimnúť aj zotrvačnosť, najprv sa nám kvapalina nahromadí v prednej časti hrnca a keď pohyb zastavíme, vlna sa presunie dozadu. Takýmto spôsobom teda rozhýbeme celú kvapalinu a teda aj mrkvičky, na ktoré v tomto prípade má čo pôsobiť.

Celé toto vysvetlenie ale platí len vďaka tomu, že mrkvičky majú veľmi podobnú hustotu ako voda. Keby sme miesto mrkvičiek mali v polievke napríklad kovové guľôčky, pri prudšom pohybe by ich zotrvačnosť nútila stáť na mieste, takže by sa nahrnuli k zadnej strane hrnca. Opačným prípadom je to, kebyže máme v zrýchľujúcom aute (vagóne, čomkoľvek, čo sa vám páči) héliový balónik. Hélium má nižšiu hustotu ako okolitý vzduch, takže keď auto zrýchľuje, skôr sa dozadu natlačí „ťažší“ vzduch a balónik bude naopak cestovať dopredu. Naše mrkvičky majú teda o dôvod viac zostávať na mieste.