Fyzikální poradna

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Gymnázium Jana Valeriána Jirsíka České Budějovice

12. 01. 2018

Neutronová hvězda

Dobrý den potřebuju pomoc :( Jaké hybnosti by musela dosáhnout Země, při obíhání neutronové hvězdy o dvojnásobné hmotnosti Slunce, aby se stala umělou družicí středu Mléčné dráhy? Aleš

Ahoj Aleši,

asi tě zklamu, ale tato odpovědna není vedena s cílem řešit domácí či jiné úkoly a také není cílem počítat příklady. Mohu tě ale navést.

Pokud má těleso obíhat v gravitačním poli jiného tělesa, musí se rovnat odstředivá síla, kterou by jsme na obíhajícím tělese pociťovali stejně velká, jako síla gravitační, která těleso přitahuje k druhému tělesu.

Z této rovnosti jsi schopen vypočítat rychlost, jakou by v tvém případu musela Země obíhat kolem neutronové hvězdy.

A hybnost pak spočítáš jednoduše – součinem hmotnosti Země a její rychlosti.

Jediné co potřebuješ je zjistit potřebné hodnoty.

 

 

2

Autor

Jaroslav Koreš

11. 01. 2018

Mohl by nafukovací balónek naplněný héliem odletět do vesmíru?

Dobrý den, naše devítiletá dcera za mnou přišla s dotazem, zda by nafukovací balónek naplněný héliem mohl odletět do vesmíru. Samozřejmě za předpokladu, že si odmyslíme, že by praskl tlakem. Probírali jsme to v širší rodině a manžel tvrdí, že to není možné, protože by balónek musel překonat kosmickou rychlost, na což nemá dostatečnou rychlost. Můžete nám, prosím, pomoci, řešíme to již delší dobu :-) Moc děkuji, Helena Šmudlová

Dobrý den Heleno,

děkujeme za zvídavý dotaz, jsem rád že mohu pomoci při řešení celorodinného problému.

Jednoduše lze říci, že balónek neodletí, ale v tomto případě odpověď nesouvisí s dosažením 2. kosmické rychlosti. Balónek stoupá vzhůru, protože je jeho hustota menší, než hustota atmosféry. Je to stejné, jak když dáme dřevo do vody. Také bude stoupat vzhůru, protože má menší hustotu, než voda. Ale dřevo vystoupá jen do určité polohy a bude plavat na hladině. To je způsobeno tím, že síla (vztlaková), která dřevo nadnáší bude v tuto chvíli stejně velká, jako tíha dřeva. A pokud bude dřevo mimo vodu, tak jednoduše spadne dolů, protože není nadnášeno (neberu v potaz velmi malou vztlakovou sílu vzduchu).

Stejné to bude s balónkem – do vesmíru nebude moci vstoupit, protože ve vesmíru už není vzduch, který by jej nadnášel. Doopravdy by se stalo to, že balónek zůstane v určité výšce nad povrchem Země, kde bude hustota okolního vzduchu stejně velká, jako celková hustota balónku. Hustota atmosféry se totiž s narůstající výškou snižuje. Samozřejmě počítáme s tím, že balónek nepraskne.

Doufám, že vám tato odpověď celý problém osvětlila.

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., 
Gymnázium Jana Valeriána Jirsíka 
České Budějovice

1

Autor

Jaroslav Koreš

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Gymnázium Jana Valeriána Jirsíka České Budějovice

05. 01. 2018

Jeřáb

Dobrý den, předem bych chtěla poděkovat za to, že tímto způsobem pomáháte lidem a zodpovídáte jim jejich dotazy. Ráda bych se zeptala na takový jeden základoškolský problém, asi triviální, ale opravdu mi to vrtá hlavou. Když mám nějaké těleso, třeba auto, které si k sobě přitahuje jeřáb pod úhlem 45°, auto má nějakou hmotnost a tření mezi koly auta a zemí je nenulové, jakou silou ho musí k sobě jeřáb táhnout? A odlepí se auto od země. Mockrát děkuji za odpověď, Jakubka

Ahoj Jakubko,

děkuji za tvou pochvalu, snad se mi bude dařit i dále.
Začnu od konce - auto se podle mého neodlepí, protože se bude přibližovat k jeřábu - lze očekávat, že lano není dokonale tuhé. Je to stejné, jako když k sobě na niti přitahuješ autíčko - úhel mezi nití a autíčkem se bude zvyšovat. A až by bylo autíčko přímo pod tvou rukou, tak teprve pak se bude zvedat.

A co se týká působení síly - na auto bude působit nějaká odporová síla (tření, odpor vzduchu apod.). Pokud by byl jeřáb ve stejné výšce jako auto, tak by působil stejně velkou silou, jako síla odporová. Ale protože tomu tak není, budeme muset výslednou sílu rozložit na dvě složky (ve fyzice se tomu originálně říká rozklad sil) - jedna složka táhne auto vodorovně a druhá jej nadlehčuje. Nás zajímá jen vodorovná síla a tu bychom spočítali pomocí vztahu Fo=Fv*cos(úhel), kde Fv je výsledná síla, která na auto působí (síla jeřábu) a Fo je odporová síla (tření atp.). Je vidět, že pokud by byl úhel nulový, tak by jeřábu stačilo táhnout jen odporovou silou (jak jsem psal výše).

1

Autor

Jaroslav Koreš

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Gymnázium Jana Valeriána Jirsíka České Budějovice

02. 01. 2018

Kolik a jakých žárovek by bylo potřeba dát do terária k nahrazení přirozeného slunečního svitu?

Dobrý den, tentokrát mám takový fyzikálně-biologický dotaz směřující k mé seminární práci. Kolik a jakých žárovek by bylo potřeba dát do terária k nahrazení přirozeného slunečního svitu? Nejde mi teď o vytápění, ale přímo o sluneční záření, konkrétně by se jednalo o terárium pro malého plaza původem z travnatých biomů jižní Afriky (průměrná teplota 23°C +/- teplotní gradient, velikost terária teoreticky neomezená). Samozřejmě, aby ho ty žárovky zase neupekly... V jaké by případně měly být výšce? Mnohokrát děkuji za ochotu zodpovídat veškeré otázky a přeji příjemné prožití Vánočních svátků Tereza Majerová

Ahoj Terezo, jsem rád, že mám tvou důvěru, doufám, že mi ji zachováš i po této odpovědi.

Po pravdě nevím, kde začít - základním parametrem slunečního svitu je energie, dopadající na 1 metr čtverečný povrchu. To je zhruba 1 000 W. Pokud by jsi tedy kolem 1 000 W žárovky (klasické s vláknem) udělala kouli o průměru cca 50 cm, měla by jsi stejný tepelný výkon. To by ale určitě výrazně zkrátilo životnost zmiňovaného plaza. Takže údaj o zářivém výkonu pro nás není k ničemu. Jde totiž o to, že část záření se opět odráží, ale to jaká část se odrazí záleží na mnoha faktorech a dle mého je to dáno experimentálním měřením.

Dalším důležitým parametrem příkladu je vedení tepla sklem - a toto závisí na rozměrech terária a tloušťce skla. Pro terárko o ploše 1 m2 (0,5x0,5x0,5 m; 5 mm tloušťka) mi vyšel ztrátový výkon 100 W (https://thermtest.com/thermal-resources/conduction-calculator/).

Pak je také otázkou, jestli bude docházet k výrazným ztrátám vlivem proudění - ty by pak bylo také nutné započítat.

Nu je asi vidět, že bez přesnějšího zadání budeme spíše jen tápat. Nebo se můžeme zeptat nějakého teraristy, který bude mít jistě empiricky zjištěno, do jakého terárka je nutné dát jakou žárovku. Nebo můžeme zkoušet, jak se hadům bude dařit, pokud budeme sami experimentovat (NEDOPORUČUJI!).

Z celé problematiky jsem se omezil pouze na energii, samotné složení slunečního světla jsem nebral v potaz.

Přeji hodně štěstí s chováním plazů.

 

1

Autor

Jaroslav Koreš

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Gymnázium Jana Valeriána Jirsíka České Budějovice

12. 12. 2017

Jak je to v tomto případě s odstředivou a dostředivou silou?

Dobrý den, mám dotaz ohledně odstředivé a dostředivé síly. Máme nějaké těleso obíhající zemi (např. měsíc, družice) po oběžné dráze. Působí na něj dostředivá síla v podobě gravitace, která ho přitahuje k zemi a odstředivá síla která působí směrem opačným. Pokud je gravitace projevem zakřiveného časoprostoru, tak oběžná dráha vlastně není kružnice ale přímka jen zakřivená v prostoru. Jestli tomu dobře rozumím, obíhající těleso tedy koná přímočarý pohyb a ne pohyb po kružnici. Jak by ale potom na něj mohla působit jedna z výše zmiňovaných sil když se nejedná o pohyb po kružnici ani těleso nijak nezatáčí a nemění tedy svůj směr? Dokonce jsem četl takové vysvětlení právě na příkladu družice že po té své přímce jakoby padá směrem k zemi ale díky své rychlosti nikdy nespadne. Jak by tedy na těleso které vlastně padá mohla působit některá z těchto sil? Nebo třeba astronauti obíhající zemi ve vesmírné stanici. I když se pohybují stejnou rychlostí jako stanice a jsou vůči ní v klidu, museli by přece neustále pociťovat odstředivou sílu způsobenou neustálou změnou směru (pohybem po kružnici) podobě jako když zatáčíme v autě a jsme přitlačeni do strany. Vím  že tady jde o dva různé pohledy na jednu věc a Obecná teorie relativity si s klasickou fyzikou příliš nerozumí a proto se někde dočtu že tam odstředivá síla je a někde zase že není. Zajímalo by mě jak to teda ve skutečnosti je. Jsou na obíhajícím tělese tyto síly pozorovatelné nebo ne. Myslím že v dnešní době kdy nám nad hlavou obíhá spousta družic už by v tomto mohlo být jasno. Předem mockrát děkuji za odpověď. Ondřej

Ahoj Ondro,

děkujeme za otázku do naší odpovědny, budu se snažit v rámci svých znalostí vše vysvětlit, i když se nepovažuji za odborníka na OTR (obecnou teorii relativity).

Základním principem OTR je to, že působení gravitace si A. Einstein představil jako zrychlený pohyb - pokud jedeme ve zrychlujícím výtahu, také cítíme, že na nás působí větší síla (pokud jedeme vzhůru). Účinkem gravitace je tedy zrychlování těles.
Pokud bychom se na situaci podívali klasicky, je potřeba rozlišit odstředivou a dostředivou sílu - odstředivá síla působí v soustavě, která se pohybuje po kružnici (např. na kosmonauty ve vesmírné stanici). Z pohledu mimo stanici žádnou odstředivou sílu nepozorujeme. Kosmonauti jsou ve stavu beztíže proto, že gravitační síla je kompenzována stejně velkou silou odstředivou. Při pohledu zvenčí pozorujeme sílu dostředivou - sílu, která způsobuje změnu pohybu stanice. Původcem této síly je v tomto případě gravitace - ta může za to, že stanice padá na Zemi. Ale kvůli tomu, že se pohybuje nějakou rychlostí kupředu je výsledná trajektorie kružnice. Kdyby stanice stála, začala by padat na zem. Pozorovatelé ze Země i z vesmírné stanice vnímají různé síly, to je způsobeno pouze tím, že stanice se nepohybuje přímočaře.

OTR zavádí gravitaci jako deformaci prostoročasu - ten si v okolí Země můžeme představit jako jakýsi trychtýř - čím dále jsme, tím větší má poloměr. Pokud by jsme do takového trychtýře vyslali kuličku, chtěla by se pohybovat rovnoměrně přímočaře, avšak stěny jí v tomto pohybu budou zabraňovat a donutí jí pohybovat se po kružnici. Poloměr této kružnice bude záviset na rychlosti kuličky. Takto si situaci vysvětlíme my, při pozorování ze Země. V tom je změna přístupu OTR - ve vnímání působení gravitace. Kosmonaut ve stanici bude opět pociťovat, jak na něj vlivem otáčení působí odstředivá síla a ta zabraňuje jeho padání do prostředku trychtýře.

Kdybych to shrnul - fyzika funguje všude, pouze ve zrychlujících soustavách jako pozorovatelé pociťujeme tzv. setrvačnou sílu. Ta souvisí se zrychlováním soustavy. Se zavedením setrvačných sil jsou výsledky pozorování různých pozorovatelů konzistentní.

Doufám, že tato odpověď alespoň částečně vyjasnila celou situaci.

 


 

1

Autor

Jaroslav Koreš

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Gymnázium Jana Valeriána Jirsíka České Budějovice

21. 11. 2017

Zůstane voda perlivá, pokud ji převaříme?

Dobrý den, zůstane voda perlivá, pokud ji převaříme? Děkuji Tereza Majerová

Ahoj Terezo,

děkujeme za další otázku do naší odpovědny.

Perlivou vodu dělá perlivou obsah CO2 v ní. V principu jde o to, že mezi molekulami vody je tento plyn vpraven při „naperlení“ a vlivem vzájemných přitažlivých sil mezi molekulami tohoto plynu a molekulami vody tam zůstává. Zvyšováním teploty (nebo třeba zatřesením) zvyšujeme energii molekul a tím i rychlost jejich chaotického pohybu. Při tomto pohybu se molekuly CO2 mohou dostat mimo silové působení molekul vody a díky nižší hustotě pak vodu opustí.

Takže ano, vařením zbavíme vodu její „perlivosti“. Pokud to zopakujeme několikrát, budeme mít vodu bez molekul plynu a ztížíme tak nástup varu – to pozorujeme jako tzv. utajený var.

 

1

Autor

Jaroslav Koreš

První
1 2 3 4 5 6 7 8
Poslední

Zadání dotazu

Máte nějaký dotaz?

Pokud se chcete na něco zeptat, napište e-mail s předmětem "Fyzikální poradna" na emailovou adresu

poradna@svetenergie.cz
Skupina ČEZ

Kontaktní informace

Máte-li k obsahu portálu jakékoliv náměty, postřehy či připomínky – prosím kontaktujte nás. Budeme vděční i za připomínky k nekorektnímu zobrazení stránek, či případnému upozornění na chybu. Děkujeme.


email:info@svetenergie.cz

Kontaktní formulář

KONTROLNÍ KÓD

kontrolní kód Opište prosím do políčka formuláře
text z obrázku

Portál Svět energie provozuje společnost ČEZ. Vyrobil Simopt, s.r.o., Copyright © 2016, Všechna práva vyhrazena

detail