Fyzikální poradna

10. 01. 2020

Elektrický spotřebič ve vaně

Už delší dobu řeším problém: Často vidíme ve filmech, že se někdo koupe ve vaně a jiný do vody hodí nějaký zapnutý el. spotřebič a koupající se osoba zemře. TO se mně jeví jako nesmysl, protože kovová vana je uzemněná a spotřebič ve vodě vypne el. jistič. Ve škole jsme kdysi dělali pokus, že voda vedla el. proud až jsme ji pořádně osolili. Děkuji za vysvětlení. Štěpán

Ahoj Štěpáne,

doufám, že tento problém řešíš pouze v teoretické rovině.

Pokus, který popisuješ byl nejspíše proveden s destilovanou vodou – ta neobsahuje ionty, což jsou volně pohyblivé nabité částice. Podmínkou vedení el. proudu je to, že materiál, kterým chceme el. proud vést obsahuje volně pohyblivé nabité částice. V kovech jsou to typicky volné elektrony, v kapalinách a plynech ionty. Přidáním soli do destilované vody dojde k disociaci – molekula soli NaCl se rozloží na ionty Na+ a Cl-. Pak voda může vést. Voda z kohoutku již různé ionty obsahuje a tudíž je vodivá.

Vana by měla být uzemněná a uzemnění by mělo být s co nejmenším přechodovým odporem (schválně píši mělo by). Jistič se vypne při jmenovitém proudu, který je na něm uveden za cca 0,1 sekundy (záleží na typu jističe a protékajícím proudu).

Protože pro člověka je nebezpečí střídavého proudu typicky v tom, že bude působit frekvencí 50 Hz na srdce, které má frekvenci cca 1 Hz, neočekával bych, že za tak malou dobu dojde zásadnímu vlivu na činnost srdce (5 střídavých pulzů do doby vypnutí), popálení za tak malou dobu také jistě nebude smrtelné.

Problém by však nastal, pokud proud při vhození spotřebiče do vany nebude dostačující k vypnutí jističe – 10 A jistič vypne při proudu 10 A. Z Ohmova zákona můžeme spočítat, že odpor vody a uzemnění vany by musel být menší, než 2,3 Ohmů. Pokud by byl odpor vyšší, tak jistič nevypne. Proto by měl být v koupelnách instalován proudový chránič, který je schopen vypnout při proudech v řádech desítek mA. Smrtelný proud pro člověka se udává kolem 150 mA. S klasickým jističem tedy může nastat situace, že proud bude nižší, než zkratový proud jističe a tudíž nedojde k jeho rozpojení, ale bude mnohem vyšší, než proud, který je pro člověka smrtelný (navíc ve vodě je odpor povrchu těla nižší).

Celý příklad popisuje situaci, kdy byla do vody přivedena jen fáze – pokud do vany vhodíme spotřebič, tak má připojený i nulový vodič a vzdálenost mezi oběma póly je jistě nižší, než mezi fází a vanou. Tudíž by jistič spíše vypnul.

Co si vybavuji, tak ve filmech je vhozen typicky fén, okamžitě se zajiskří a vypadnou jističe – v tomto případě bych smrt neočekával.

Celá situace se ještě komplikuje kvůli tzv. ekvipotenciálním hladinám – ve vodě vzniknou místa s rozdílným potenciálem (zjednodušeně napětím) a výsledné napětí je rozdíl potenciálů dvou různých míst. Stejný efekt se uplatňuje u tzv. krokového napětí u např. drátů spadlých na zem.

Pokud bych měl na závěr svou odpověď zjednodušit, tak uvedenému scénáři z filmů nevěřím, ale nezkoušel bych to ;)

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

2

Autor

Jaroslav Koreš

10. 01. 2020

Podtlak v cisterně

Dobrý den,
dočetl jsem se o metodě čerpání (fekálií), kdy se v cisterně odpálila dávka benzínu a vznikl tak podtlak. Není mi jasné, jak přesně to mohlo fungovat. Znám sice oblíbený pokus se svíčkou (jako http://fyzikalnipokusy.cz/1904/utopena-svicka ), ale tam musí nejdřív přetlak uniknout, jestli tomu dobře rozumím. Jinak by to fungovalo přesně opačně, jako ve válci spalovacího motoru, vznikl by přetlak... S pozdravem Libor

 

Ahoj Libore,

děkujeme za sice ne moc voňavý, ale praktický dotaz do naší poradny. Sice jsem nic podobného neslyšel, ale v principu to možné je. Vlastně je to stejné, jako pokus se svíčkou. Zapálením benzinu se zvýší teplota v cisterně. Při zvýšení teploty se začne vzduch v cisterně teplotní roztažností rozpínat. Pokud nebude mít kam unikat, tak vznikne v nádobě přetlak.

Po tom, co benzín shoří se teplota sníží. Tím se plyn začne vracet do původního objemu. Pokud v první části tohoto děje plyn nikam neunikl, tak se tlak sníží na počáteční hodnotu (v případě stejných počátečních a konečných podmínek). Pokud však plyn unikl, je ho v cisterně méně a tudíž se při ochlazování začne snižovat tlak a v cisterně vznikne podtlak. Tento podtlak vtáhne do cisterny požadovaný obsah.

Takže výsledek celého „pokusu“ záleží na tom, zda přetlak může uniknout ven a to tak, aby jej nenahradil okolní vzduch, ale požadovaný materiál. V případě pokusu se svíčkou je voda tou zábranou, která pustí vzduch ze skleničky, ale už mu nedovolí se vrátit zpátky (má menší hustotu než voda). Pokud bychom se pečlivě dívali, tak při pokusu se svíčkou uvidíme před uhasnutím svíčky bubliny ve vodě kolem skleničky – tak uniká ohřátý vzduch ze sklenice.

Jestli bychom tedy chtěli takto výbušně čerpat fekálie, museli bychom do fekálií ponořit hadici, spojenou s cisternou. V cisterně bychom zapálili benzín, vzniklý přetlak by hadicí vybublal přes fekálie ven a po ochlazení cisterny by podtlak fekálie nasál.

Osobně bych to tak ale nedělal…

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

21

Autor

Jaroslav Koreš

10. 01. 2020

Bazén na měsíci

Je známá věc, že na Měsíci má člověk zhruba šestkrát menší tíhu než na Zemi. A teď si představte, že byl na Měsíci vybudován bazén a chcete se v něm vykoupat. Budeme i na Měsíci na základě Archimédova zákona ve vodě nadlehčováni šestkrát větší silou?
Děkuji za odpověď. S pozdravem Pavel R.


Ahoj Pavle,

děkujeme za dotaz do naší poradny. Ze začátku Tě musím pochválit za správnou terminologii – je to jak píšeš, tíha čehokoliv je na Měsíci (zhruba) 6x menší. Hmotnost je stále stejná. Zároveň jsi si vlastně odpověděl na svou otázku. Pokud (zhruba) uvedu slovní vyjádření Archimédova zákona, tak to bude určitě jasné: Těleso, ponořené do kapaliny, je nadlehčováno hydrostatickou vztlakovou silou o stejné velikosti, jako je tíha kapaliny o objemu ponořené části tělesa. Vztlaková síla tedy odpovídá tíze vytlačené kapaliny. A ta bude na Měsíci také 6x menší. Máme tedy situaci, kdy síla působící dolů (gravitace) je 6x menší a síla působící nahoru (vztlaková) je také 6x menší. Je tedy zřejmé, že koupání na Měsíci a na Zemi bude stejné (tedy pokud nebudeme brát v potaz absenci atmosféry, což je samozřejmě obecně dost důležitá podmínka ke správnému relaxování ve vodě).

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

1

Autor

Jaroslav Koreš

04. 12. 2019

Seskok parašutisty

Dobrý den, měl jsem s kolegou "fyzikální spor". Jde o seskok parašutisty. Tvrdil jsem, že seskok parašutisty je po celou dobu volný pád (tedy i po otevření padáku) a to za podmínky, že zanedbáváme odpor vzduchu. Kolega byl opačného názoru, ale neurčil, o jaký druh pohybu se jedná. Prosím o rozsouzení sporu. Děkuji V. B.

 

 

Dobrý den,

děkujeme za další dotaz do naší poradny, těší mě vaše důvěra a budu se snažit váš kolegiální spor vyřešit.

Pokud bychom brali pohyb parašutisty bez odporu vzduchu (tedy ve vakuu), tak správně odhadujete, že jde o volný pád. Jenže v tu chvíli nebude mít otevření padáku na pohyb parašutisty jakýkoliv vliv – nebude žádné okolní prostředí, které by na padák působilo. Pak tedy nemá padák v myšleném případě žádný efekt. Domnívám se, že tento případ jste na mysli neměli, neboť by v parašutista nedopadl dobře. Tedy určitě by dopadl, ale o velké rychlosti.

Pokud se na úlohu podíváme v reálném prostředí, tak by se do otevření padáku jednalo o zrychlený pohyb, ale zrychlení by se stále snižovalo. Odpor vzduchu totiž závisí na (druhé mocnině) rychlosti, tudíž čím rychleji se pohybujeme, tím více nás vzduch brzdí. I bez otevření padáku by parašutista dosáhl určité konstantní rychlosti, při které by byla tíhová síla stejně velká jako síla gravitační. Výsledná síla by tak byla nulová a z 1. Newtonova zákona víme, že těleso se v tomto případě pohybuje rovnoměrně přímočaře. Stejná situace nastane při otevření padáku, jen díky ploše a tvaru padáku je odpor vzduchu výrazně vyšší a tudíž k vyrovnání odporu vzduchu a tíhové síly dojde při nižší rychlosti.

Úplně přesně by to bylo tak, že po pádu se bude parašutista pohybovat nerovnoměrně zrychleně (viz výše), po otevření padáku by se pohyboval zpomaleně (zvětšení plochy a tvar padáku způsobí že odpor vzduchu je větší, než tíhová síla) tak dlouho, dokud by vlivem snížení rychlosti nedošlo k vyrovnání obou působících sil a pak by se parašutista pohyboval konstantní rychlostí. To, jak velká bude tato rychlost záleží na hmotnosti parašutisty (ta ovlivňuje tíhovou sílu) a na tvaru a ploše padáku (ta ovlivňuje velikost opačně působící odporové síly, kterou působí vzduch na pohybující se těleso). Asi nás nepřekvapí, že tvar padáku je volen právě tak, aby byla odporová síla největší. Pro úplnou přesnost doplním, že odpor vzduchu závisí ještě na hustotě vzduchu.

Doufám, že jsem situaci dostatečně vysvětlil a nenarušil přátelskou atmosféru na pracovišti.

 


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

9

Autor

Jaroslav Koreš

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

31. 10. 2019

Pád tělesa z výšky

Dobrý deň. Chcem sa spýtať, ak máte dve rovnaké telesá, ktoré majú rovnakú hmotnosť a budú padať z rovnakej výšky, majú však rôzny tvar. Dopadnú rovnako? Ďakujem


Dobrý den,

na podobný dotaz jsem zde již odpovídal (https://www.svetenergie.cz/cz/fyzikalni-poradna&itemId=63), proto si dovolím být stručný.

Na takto položený dotaz lze odpovědět vždy správně, protože nebylo řečeno v jakém prostředí k volnému pádu dochází.

Pokud bude k pádu docházet ve vakuu, nemá na pohyb těles vliv ani jejich hmotnost, ani jejich tvar (a vlastně žádná jiná vlastnost tělesa).

Pokud budeme řešit tuto situaci v hmotném prostředí (obvykle ve vzduchu), tak je tvar tělesa zásadním parametrem. Můžeme si to jednoduše představit na parašutistovi – pokud vyskočí z letadla, tak padá mnohem rychleji bez otevřeného padáku, než s otevřeným.

Přitom má po celou dobu stejnou hmotnost (zabalený padák je stejně těžký jako rozbalený).

Tvar padáku je volen tak, aby kladl při stejné ploše co největší odpor vzduchu. To, jak velký má daný tvar na odpor vzduchu popisuje veličina aerodynamický koeficient odporu. Nejnižší hodnotu má tvar kapky, nejvyšší právě dutá polokoule. Hodnoty tohoto koeficientu jsou zjišťovány experimentálně v aerodynamických tunelech. Tak se např. zjišťuje koeficient odporu u aut – je snaha, aby byl co nejnižší a tudíž bude ve výsledku nižší spotřeba auta. Jen pro zajímavost – zmiňovaný tvar kapky má koeficient 0,037, dutá půlkoule má hodnotu 1,3, což je zhruba 30x víc.

 

 

 

0

Autor

Jaroslav Koreš

09. 10. 2019

Černobyl

Dobrý den, i já bych měl jeden dotaz ohledně katastrofy v Černobylu. Prakticky velké množství článků, které lze o této katastrofě nalézti popisuje událost jako dva zásadní výbuchy, kde první výbuch způsobil obrovský přetlak páry (tedy něco jako papiňák), ten odhodil víko reaktoru na stranu a vyrazil střechu. Druhý výbuch (mnohem silnější) byl způsoben tím, že do reaktoru vnikal vzduch a reakcí s kovem palivových trubek, popřípadě s grafitem vznikal vodík, ten následně explodoval a rozmetal do okolí grafit a jaderné palivo....
Každý, kdo se trochu orientuje v technice, fyzikálních zákonech a explozích musí vědět, že aby to bylo takto, muselo by být porušeno příliš mnoho fyzikálních zákonů..

Fakta:

1) očití svědci: všichni popisují dva výbuchy, první doprovázen červeným až oranžovým zábleskem a velkým množstvím světlých oblaků kouře..

2) očití svědci: druhý výbuch popisují jako velmi jasný, modrobílý zábles, doprovázen obrovskou ohnivou koulí a hřibovitým tmavým mrakem kouře a prachu.....

3) separační nádrže (byli čtyři, každá dlouhá 30 m, průměr 3 m a ze speciální, 64 mm tlusté, nerezové oceli) se při druhém výbuchu vypařily!!! Nenašlo se z nich ani píď, nic, všechno šlo ve formě aerosolu do ovzduší, včetně spousty tun jaderného paliva.....

4) okolí reaktoru roztaveno na hmotu, podobající se trinititu (hmota vzniklá přetavením hlíny, písku teplotou v řádu desítek tisíc stupňů C°)

5) měření poměru xenonu 133 a xenonu 133m, dle kterého se dá určit stav jaderného reaktoru (1:11 čistý jaderný výbuch, 1:33 reaktor na max. výkon, Černobyl 1:19.....)

6) 2 m silná, ocelová deska na dně reaktoru totálně protavena...

Jsem vojenský specialista na výbuchy a exploze. Když jsem ten obor začal studovat, tak v technologii výbušnin od T. Urbanskeho začíná kniha větou: je parní kotel výbušnina? Není, ale když..... A o tom to je. Pára není výbušnina, nebouchá. Když ji necháte v uzavřené schráně a budete zvyšovat teplotu, tak až se překročí mechanická pevnost schrány, tak ta se roztrhne, to je mechanický výbuch.... Jenže tohle se v Černobylu stát nemohlo.... Reaktor v Černobylu byla betonová, kruhová šachta o průměru cca 12 m a hloubce cca 8 m. Do té bylo umístěno aktivní jádro reaktoru. Opět silnostěnná krychle z nerezové oceli, ve které byli umístěny grafitové bloky. V nich byly osazeny palivové tyče, vodní tyče a vodítka pro regulační a havarijní tyče. Vodní tyče byly vyvedeny nad víko reaktoru, kde byly tlakové uzávěry (nastavené na 100 atm) opatřené 350 kg kostkou betonu jako závaží. Víko bylo volně ložené a těsnilo pouze svojí vahou! Pokud by do šachty reaktoru z aktivní zóny pronikala pára, tak v okamžiku, kdy dosáhne "správného" tlaku, nadzvedne víko reaktoru, ufoukne a víko dopadne zpět. Žádný výbuch se nekoná... Ale pokud se jádro rozpálí na pořádnou teplotu (tak 2000°C a více), stane se několik věcí najednou..... Vodní trubky žárem změknou a popraskají dříve, než tlak stačí ufouknout bezpečnostními ventily. Voda a pára se dostává do styku s jádrem rozpáleným doběla.... Rozkládá se okamžitě na kyslík a vodík a BUM! První exploze. Zde opravdu může víko letět na stranu a výbuch vyráží střechu.... Ale katastrofa pokračuje.. Je nutno si uvědomit, že ač bylo vše vojenské tajemství, tak dnes se ví, že se jednalo o tzv. množivý typ reaktoru. Spaloval izotop uranu 235 a vyráběl mnohem více izotopu plutonia 239.... To se velmi ochotně štěpí na rychlých neutronech. Po prvním výbuchu došlo zároveň ke zhroucení jádra na sebe, určitá, malá část paliva přešla do vysoce nadkritického stavu, došlo k rozhoření na rychlých neutronech a dle jaderných odborníků se naráz uvolnilo 1-1,5 TJ energie, to odpovídá výbuchu 300 - 500 tun TNT. Výbuch tedy způsobily stejné procesy a síly, které působí výbuch v atomové bombě. A teď ta otázka: která teorie je více správná, výbuch páry a vodíku, nebo výbuch vodíku a výbuch jaderného typu? Děkuji Jaroslav H.

 

Dobrý den Jaroslave,

po pravdě se obávám, že na danou otázku jste asi větší odborník Vy. Obecně se nepovažuji za příznivce konspiračních teorií a (možná bláhově) důvěřuji oficiálním zdrojům – tedy v demokratických zemích.

Domnívám se, že samotná havárie v Černobylu byla důkladně a opakovaně prošetřena nezávislými organizacemi a jejich zjištění potvrzuje, že došlo k výbuchu páry a vodíku.

I v době výbuchu jaderného bloku v Černobylu byly (tehdy) západní státy schopny měřit jak úroveň radioaktivity na pozemních stanicích, tak i seismické vlny. Také už tehdy byly i (vojenské) satelity, které monitorovaly gama záření. Lze tak říci, že není možné utajit klasický jaderný výbuch – indicií, které „prozradí“ jaderný výbuch je opravdu mnoho. Což např. usvědčilo před časem severokorejský režim, že proklamovaný jaderný výbuch nebyl způsoben řetězovou štěpnou reakcí (stejně tak dnes víme, že zmíněný totalitní režim nyní jaderné zbraně má).

Pro zajímavost uvedu, že jediný nevysvětlený jaderný výbuch se uskutečnil v roce 1979. Nevysvětlený je tím, že se k němu nikdo nepřihlásil.

Ale jak jsem psal na začátku, na výbuchy (mimo ty před tabulí) nejsem odborník.


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

5

Autor

Jaroslav Koreš

První
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 .. 13
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