Fyzikální poradna

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

04. 12. 2018

Jak vypočítat dobu úniku vzduchu?

Dobrý den,

rád bych Vás, poprosil o radu. Lámu si hlavu s tím, jak vypočítat dobu úniku vzduchu.

  • Atm. tlak je 101,4 kPa
  • Mám nádrž o objemu V = 100 litrů (0,1m3), natlakovanou na 400kPa přetlaku (celkem tudíž 501,4 kPa)
  • Průměr ventilu je 10 mm

Zajímá mě, za jak dlouho se po otevření ventilu nádrž vyfoukne (tlak v nádrži se vyrovná s atmosférickým tlakem).

Ať počítám jak počítám, nedocházím k žádným výsledkům. Mnohokrát děkuji, Václav K.


Ahoj Vašku,

musím tě zklamat, ale na takto položenou otázku nedokáži odpovědět. Dle mého názoru chybí nějaký údaj, který by specifikoval konkrétní chování ventilu. Zkusím blíže vysvětlit: pokles tlaku je v tomto případě způsoben jen úbytkem molekul plynu. Rychlost tohoto úbytku jistě nebude konstantní, ale tím, jak se budou tlaky vyrovnávat bude rychlost úniku molekul klesat. Takže prvotní pokles bude nejrychlejší a v průběhu děje se bude zpomalovat. Zde už si s jednoduchou matematikou nevystačíme. Ale dalo by se to řešit, pokud by jsme věděli, kolik molekul při daném rozdílu tlaků opustí ventil. Jenže ventil může být různě dlouhý a jeho stěny tam budou různě dlouho působit na pohybující se molekuly a tím je zpomalovat. A čím delší ventil, tím více se molekuly zpomalí…

Dále bych očekával, že při daném ději bude docházet ke snižování teploty, což bude mít za následek snižování rychlosti molekul a další zpomalování jejich vypouštění. Navíc teplota není v příkladu vůbec zadána, přitom rychlost pohybu molekul na ní závisí…

Takže bohužel mi v zadání příkladu chybí hned několik veličin, nebo alespoň informace o tom, co vše lze zanedbat.

Snad se mi bude příště dařit víc.

1

Autor

Jaroslav Koreš

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

19. 11. 2018

Rychlost a tíhová síla

Je pravda, že čím rychleji se nějaký objekt pohybuje, tím menší na něj působí tíhová síla, tedy FG?

Na začátek si dovolím trochu upřesnit pojem tíhová síla – jedná se o výslednici gravitační a odstředivé síly. Pokud by se Země neotáčela kolem své osy, byly by gravitační a tíhová síla stejně velké. Avšak kvůli rotaci Země na všechna tělesa spojená se Zemí působí i odstředivá síla. Ta má směr od středu otáčení (tedy kolmo na povrch Země) a tudíž gravitační sílu snižuje. Sílu, kterou reálně na Zemi změříme nazýváme silou tíhovou, je to výslednice gravitační a odstředivé síly. Velikost odstředivé síly závisí na rychlosti otáčení, proto je na pólech nulová (tam je hodnota tíhové síly stejně velká jako hodnota síly gravitační) a na rovníku je vliv odstředivé síly nejvyšší a tudíž je zde tíhová síla menší.

Zdánlivě se tedy zdá, že čím vyšší rychlost, tím větší odstředivá síla. Jenže podmínkou pro vznik odstředivé síly je pohyb po kružnici (nebo jiné křivočaré trajektorii), takže tvrzení o vlivu rychlosti na FG neplatí při přímočarém pohybu (např. při volném pádu). Ve vztahu pro odstředivou sílu vystupuje totiž jak rychlost, tak i poloměr otáčení, pokud se těleso pohybuje po přímce, bude tento poloměr nekonečně velký a odstředivá síla bude tudíž nulová.

Ale souvislost mezi odstředivou a tíhovou silou využíváme např. u umělých družic Země – jejich kruhový (eliptický) pohyb kolem Země má takové parametry (poloměr a rychlost), že výsledná síla (tíhová síla) je v tomto případě nulová a jsou tedy ve stavu beztíže. To však neznamená, že by na ně nepůsobila gravitační síla, jen je tato síla „vyrušena“ stejně velkou silou odstředivou.

1

Autor

Jaroslav Koreš

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

08. 10. 2018

jsou všechny klíče všech panelákových bytů (a ostatních dveří) originální?

Dobrý den, jsou všechny klíče všech panelákových bytů (a ostatních dveří) originální? Kolik existuje takových "klíčových" kombinací? A jak potom funguje univerzální klíč? Děkuji, Tereza M.

Ahoj Terezo,

děkujeme za další zapeklitý dotaz. Zkusím na něj odpovědět, byť nejsem zámečník, takže odpovědi budou spíše v obecné rovině. Zámek má několik bezpečnostních parametrů, v tomto případě nás zajímá „minimální počet efektivních kombinací“, narazil jsem na rozpětí 300-20 000 (jen orientačně). V zámku jsou tzv. stavítka a blokovací kolíky, jejich počet ovlivňuje počet kombinací. Pokud je klíč správně vybroušen, tak pohne pouze se stavítky (nezasekne se o blokovací kolík) a zámek se otevře. A protože odemčení zámku závisí jak na poloze stavítek a blokovacích kolíků, tak i na jejich výšce, můžeme udělat různé kombinace zámků. Ale počet kombinací není nekonečný a tak existuje pravděpodobnost, že dva různé zámky půjdou otevřít stejným klíčem.

Pokud se zámek udělá ještě složitěji (přidáme další stavítka, které se ovšem nemusejí vždy otočit), je možné otevřít tento zámek i „univerzálním klíčem“. Jde udělat i méně univerzální klíče, které otevřou jen některé zámky (např. sklepy v paneláku, ale ne všechny byty). Zde je však problém – pokud dojde ke ztrátě univerzálního klíče, musejí se vyměnit všechny zámky.

Celou věc lze také řešit elektronicky – místo klíče použijeme např. čip, který obsahuje kombinaci čísel a dané kombinaci lze v řídícím systému přidělit přístup k jednotlivým elektronickým zámkům. Ale to přináší problémy s bezpečností – např. problémy s kradením aut, kdy zloději „odposlechnou“ kód klíče auta a ten pak autu předloží. Tak se do něj mohou snadno dostat. Zde si pak za komfort při otevírání platíme vyšším rizikem prolomení zámku.

Snad jsem dostatečně odpověděl na tvou otázku.

 

0

Autor

Jaroslav Koreš

05. 09. 2018

Iniciační energie

Dobrý den, prosím o radu jak přiblížit studentům pojem iniciační energie, konkrétně iniciační energie 10J (kterou má palník) a iniciuje mi prachovzduchovou směs. Jak popsat nebo k čemu přirovnat velikost iniciace 10J, čemu by rozuměli a uměli si to představit. Předem děkuji za odpověď.


Dobrý den,

děkujeme za další dotaz do poradny, pokusím se odpovědět co nejpraktičtěji, ale vezmu to trochu oklikou.

Je potřeba rozlišit dvě fyzikální veličiny a to je energie (což je vlastně uložená práce) a výkon. Dle mého názoru je totiž samotný pojem energie v tomto případě trošku zavádějící.

Energii si snadno můžeme představit jako práci, kterou vykonáme zvednutím tělesa. Takže pokud chceme vykonat práci (W) 10 J, stačí vyjít z klasického vztahu W=F*s, kde F je velikost působící síly a s je dráha, po kterou síla působí. Například když budeme chtít zvednout těleso o hmotnosti 1 kg (tedy překonat tíhovou sílu o velikosti cca 10 N) do výšky 1 m, musíme vykonat práci 10 J. A to asi není nic tak obtížného.

Jenže je rozdíl, jestli danou práci vykonáme téměř okamžitě (vysoký výkon), nebo pomalu (malý výkon). Jako příklad uvedu, jakou rychlost by měla kulka o hmotnosti 8 g (střela ráže 7,62), pokud bychom na ni vykonali také práci 10 J. Vyjdu ze vztahu pro kinetickou energii Ek=1/2 mv2 (na druhou, pozn pro vkládání textu) - kulka by měla rychlost 2 500 m/s !!! Ale rukou by jsme jí takovou rychlost nebyli schopni udělit, i když jsme schopni vykonat větší práci, než 10 J. Zde se projevuje výkon a proto se používá palník, který je schopen tuto energii velmi rychle předat okolí.

Jinak pro představu pokud přivřeme lehké dveře, vykonáme práci 1 J, např. hořící zápalka vydá energii 1 000 J. Pokud by jsme dveřmi rychle hýbali, mohlo by se nám podařit je zapálit (jen příklad, prakticky nerealizovatelné).

Doufám, že Vám tato odpověď pomohla.

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Střední průmyslová škola strojní a elektrotechnická  Dukelská 13, České Budějovice

 

37

Autor

Jaroslav Koreš

20. 08. 2018

Jde zvětšovacím sklem (lupou) zapálit oheň i v případě, že jsem například za zavřeným oknem?

Dobrý den, dotaz je v podstatě jednoduchý a dá se i snadno ověřit, ale raději bych nějaké vědečtější vysvětlení, než jen pokus. Jedná se o to, zda jde zvětšovacím sklem (lupou) zapálit oheň i v případě, že jsem například za zavřeným oknem (respektive pod jiným sklem). Ano - dá se to snadno ověřit, ale právě nemám po ruce žádnou lupu a ani počasí tomu příliš nepřeje, tak se raději zeptám zde. Můj názor je ten, že pokud předmětem prochází IR záření, je možné ho lupou usměrnit do ohniska a vyvolat oheň (například zapálit papír). Můj "soupeř" tvrdí, že za sklem bych nerozdělal (jeho slova) oheň ani metrovou lupou. A to jak za sklem v domech, tak například v autě. Jaká je tedy pravda a vysvětlení situace? Děkuji za odpověď.

Dobrý den,

děkujeme za otázku, budeme rádi, pokud její správnost ověříte experimentem a spojíme tak teorii s praxí.

Obecně je energie, kterou záření přenáší, závislá na frekvenci záření. Takže např. UV záření, které má vyšší frekvenci než infračervené je více energetické a tudíž by papír přes lupu zapálilo lépe než záření infračervené. Takže hlavní otázkou je, jaké frekvence sklo pohlcuje, pokud spíše vyšší, bude záření za sklem méně energetické a tudíž spíš nedojde k zapálení papíru.

Klasické křemenné sklo UV nepropouští (proto se za okny neopálíte) a tak bude energie záření za sklem menší. Ale úplně nemožné to není (dřív jsem si takhle se spolužáky hrál s lupou hru kdo déle vydrží) - sklem prochází další (i infračervené) záření a tudíž je možné tyto paprsky spojit čočkou a při dostatečné optické mohutnosti papír zapálit. Důkazem budiž to, že světlo sklem projde. A to má vyšší frekvenci (a tedy energii) než infračervené záření, tudíž lépe papír zapálí.

Takže pravdu máte vlastně oba, jen bych chtěl upřesnit, že IR záření sklem prochází jen částečně (viz skleníkový jev) a mnou uvedený příklad počítá s rovnoměrným zastoupením frekvencí v slunečním světle (což není úplně pravda, ale pro ilustraci jsem si toto zjednodušení dovolil).

Výsledek bude také záviset na tloušťce skla a materiálu (např. sklo UV trubic v soláriích UV záření propouští).

Doufám, že toto vysvětlení bude k rozsouzení vaší diskuze stačit a doufám, že budete dále přemýšlet na fyzikálními zákonitostmi běžných jevů kolem nás.

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Střední průmyslová škola strojní a elektrotechnická  Dukelská 13, České Budějovice

10

Autor

Jaroslav Koreš

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

20. 08. 2018

Má hmotnost tělesa vliv na jeho rychlost při volném pádu v atmosféře?

Dobrý den. Nutně bychom potřebovali rozsoudit spor:) Prosím vás  má hmotnost tělesa vliv na jeho rychlost při volném pádu v atmosféře? Řekněme při stejném objemu i ploše. Moc děkuji.

Dobrý den,

Ke správné odpovědi je potřeba přesně popsat podmínky.

Dejme tomu, že vezmete dva stejné kusy papíru, jeden zmačkáte a druhý ne a oba necháte padat volným pádem. Je jasné, že zmačkaný dopadne dřív. Takže volný pád závisí na velikosti odporové síly (a ta závisí na tvaru a kolmém průřezu tělesa - zjednodušeně jeho šířce).

Kdyby jsme měli 2 tvarově stejná tělesa o různých hmotnostech, bude výsledek jiný - představte si balónek, naplněný vodou a heliem. Oba jsou stejné, ale jeden bude padat dolů a druhý bude "padat" nahoru. To je díky vztlaku vzduchu.

Takže celkově musíme zohlednit jak odpor vzduchu - Fo, tak i vztlakovou sílu Fv. Výsledná síla F, která na těleso působí bude tedy rozdíl tíhové síly tělesa Fg a sil, působících proti pohybu (odporové a vztlakové). Neboli F = Fg-Fv-Fo. A teď finální rozuzlení - odpor vzduchu závisí i na rychlosti - dokonce na její druhé mocnině. Čím rychleji se těleso pohybuje, tím je odporová síla větší. Na obě tělesa působí zpočátku stejná odporová síla, ale protože jedno je lehčí, bude mít na toto lehčí těleso odporová síla větší vliv (malou silou lehké těleso zastavíte, ale těžké už ne) a tak bude lehké těleso vlivem odporu vzduchu zpomalovat rychleji. Z toho vyplývá, že těžké těleso dopadne dříve, ale rozdíl může být vcelku minimální - zkuste hodit z okna plnou a částečně naplněnou PET lahev. Myslím, že rozdíl neodhalíte. Stejný vliv má na obě tělesa i vztlaková síla.

Pokud by vše probíhalo ve vakuu, padaly by lehká i těžká tělesa stejně.

Nevím, kdo vyhrál, ale doufám, že nakonec je vítězem každý, protože se opět ukázalo, že fyzika je všude kolem nás.

2

Autor

Jaroslav Koreš

První
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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