Fyzikální poradna

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

19. 12. 2018

Je elektron iont?

Dobrý den, mám jenom krátky dotaz: Je elektron iont?
Předem děkuji, Marek R.

Ahoj Marku,

na krátkou otázku krátká odpověď: není. Ionty jsou atomy či molekuly, které mají nenulový výsledný náboj. V normálním stavu je počet elektronů a protonů v atomu (molekule) stejný a tudíž je atom (molekula) elektricky neutrální. Tím, že se z atomu/molekuly elektron uvolní (nebo jej přijme) se stane tato částice elektricky nabitá a tudíž se stane iontem. Takže elektrony sice nejsou ionty, ale přímo mohou za to, že se z částice iont stane.

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

2

Autor

Jaroslav Koreš

24. 01. 2019

Magnet

Dobrý den, v lidském těle jsou zastoupeny ve stopovém množství různé prvky, mimo jiné i železo, a mě by zajímalo, jestli by bylo možné vytvořit tak silný magnet, aby ho dokázal vytáhnout z těla. Děkuji předem za odpověď.

Ahoj,

předem musím předeslat, že nejsem biolog, takže přesný mechanismus toho, jak je železo v těle přítomno nevím, takže se na problém budu dívat jen z fyzikálního hlediska.

Železo je feromagnetická látka, tedy látka, která výrazně zesiluje magnetické pole. Zjednodušeně jde o to, že molekuly ve feromagnetech vytvářejí shluky, které nazýváme domény. Tyto domény jsou vlastně miniaturní magnety. V běžném stavu jsou vlivem tepelného pohybu různě orientovány a pokud v okolí feromagnetu vytvoříme magnetické pole, tak se domény natočí ve směru tohoto pole a tak jej zesílí. Protože se jižní póly domén natočí k severnímu pólu vnějšího pole, tak se budou navzájem přitahovat. Nejsem si jist, jestli železo, vázané v lidském těle vykazuje také vlastnosti domén, proto dost možná nebude reagovat na vnější magnetické pole.

Zajímavější je to s vodou – ta je diamagnetická, magnetické pole zeslabuje, což se projevuje jejím vytlačováním z magnetického pole. Takže v silném magnetickém poli by spíše než k přitahování železa došlo k odpuzování vody v lidském těle (např. zde je vidět, jak v silném magnetickém poli levituje žába: https://www.youtube.com/watch?v=KlJsVqc0ywM).

Ale nemáme se čeho obávat, silné magnetické pole je např. v magnetické rezonanci a lidé v ní určitě nelevitují. Jen pro představu: sílu magnetického pole popisujeme veličinou Magnetická indukce, která vychází v jednotkách Tesla [T]. Magnetické pole Země má hodnotu magnetické indukce cca 30*10-6 T, magnet na ledničku má cca 1 mT, silný magnet v reproduktoru je v řádech jednotek Tesla a zmiňovaná magnetická rezonance je 10 T. Pro zajímavost pole, které zdvihlo žábu mělo magnetickou indukci 16 T.

Úplně na závěr – magnetické pole neutronových hvězd se pohybuje v řádech GT.

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

5

Autor

Jaroslav Koreš

31. 01. 2019

Zákon zachování hmotnosti

Dobrý den, nerozumím jedné věci. Pokud spaluji dřevo v kamnech dočetl jsem se, že na energii se promění pouze 0,00000000001% hmoty u jaderné energie 0,1%. Tomu rozumím. Nerozumím tomuto : proč když E=mc2 a já dám do krbu 5kg dřeva (hmoty) vyhrabu mnohem méně kg popela (hmoty)? Mělo by zbýt přece 4,99999999999kg? Díky Roman

Ahoj Romane,

zkusím na tvou otázku odpovědět drobným historickým exkurzem. Problém, který řešíš má řešení trochu jinde a to v zákonu zachování hmotnosti. Dalo by se očekávat, že když spálíme 1 kg uhlí, měli bychom mít 1 kg popela. To nebyla tak samozřejmá záležitost, jako první ji experimentálně potvrdil Antoine Lavoisier. Nejdříve jako všichni ostatní zjistil, že hmotnost produktů po reakci je nižší, než před ní, proto zkoumal reakce látek (což je i hoření) tak, že zachytával i plyny, které při reakci vystupují. A pak opravdu potvrdil to, že hmotnost všech látek před reakcí je stejná, jako hmotnost všech látek po reakci. Mimochodem nezávisle na něm udělal stejný objev i Michail Lomonosov. Díky těmto pánům tedy víme, že hmotnost se při všech dějích zachovává. Na začátku 20. století situaci trochu zkomplikoval Albert Einstein, který tebou zmíněným vztahem ukázal, že hmotnost a energie je vlastně to samé, druhá mocnina rychlosti světla je jakýsi kurz mezi hmotností a energií (který je oproti např.  kurzu eura vůči koruně stále stejný). Takže dnes bychom měli při ověření zákona zachování hmotnosti uvažovat i úbytek hmotnosti, který je způsoben uvolněním energie při reakci. To je však vzhledem k uvedenému „kurzu“ opravdu velmi málo – v případě 1 kg uhlí je hmotnostní úbytek 2*10-10 kg. To je zhruba hmotnost jednoho zrna písku (a také nepřesnost v určení hmotnosti etalonu kilogramu). Takový rozdíl je reálně neměřitelný. Takže to, že při vážení popela nezískáme stejnou hmotnost, jako byla hmotnost uhlí před spálením je způsobeno tím, že jsme nezachytili saze, jemný popílek a také plyny, které při spalování vznikají.

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

5

Autor

Jaroslav Koreš

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

17. 03. 2019

Teslovo vejce

Dobrý den, včera když sem byl v technickém muzeu v Brně kde je zrovna výstava Nikola Tesly(v tu dobu zde byla i nějaká škola). Zrovna v moment kdy se vejce točilo tak se jeden hoch jen nepatrné opřel loktem o plexisklo chránící toto vejce a to plexisklo mělo skoro až přehnanou reakci s tím že vyletělo skoro až metr nahoru a zničilo se o zeď. Chtěl sem se zeptat co mohlo tuto přehnanou reakci způsobit? Děkuji.

Dobrý den,

pokusím se odpovědět na Váš dotaz, avšak budu mluvit spíše obecně, protože jsem exponát a jeho sestavení bohužel neviděl.

Teslovo vejce je originální řešení problému s Kolumbovým vejcem – v tomto případě postavil Nikola Tesla vejce na špičku díky magnetismu a momentu setrvačnosti. Samotné vejce je kovové, pod deskou, na které rotuje, je soustava cívek, které jsou napájeny střídavým napětím. Ve vodivém vejci se vlivem proměnného elektrického napětí indukuje elektrický proud a tudíž kolem něj vzniká magnetické pole. To je ovlivňováno magnetickým polem cívek a dojde k rotaci kovového vajíčka. Na stejném principu funguje klasický elektrický motor jaký známe např. ze sekaček (tzv. asynchronní motor). Vajíčko se zvedne kvůli tomu, že oproti poloze vleže je jeho poloměr vzhledem k ose otáčení nižší. Energie rotačního pohybu závisí na druhé mocnině poloměru a tak je v případě rotace „ve stoje“ energie vajíčka nižší. Zjednodušeně lze říci, že všechna tělesa se snaží zaujmout polohu (stav) s nejnižší energií – což je i tento případ.

Protože plexisklo je polymer a skládá se jen z vodíků, kyslíků a uhlíků, není výrazně ovlivňováno magnetickým polem, takže se domnívám, že Vámi pozorovaný jev nijak nesouvisí s Teslovým vejcem.

Domnívám se, že pozorovaný jev byl způsoben jen napětím materiálu – plexiskla. To se snaží dostat do určité polohy/tvaru, ale je připevněno k exponátu. Pokud je napětí dostatečně velké, může dojít k uvolnění plexiskla a jeho prudkému vytvarování do původní polohy.

Něco podobného lze pozorovat s bimetalem (např. toto video: https://www.youtube.com/watch?v=ECReCtxOqJY). Pokud byste chtěl si tento pokud vyzkoušet, stačí rozebrat rychlovarku, je jich tam několik (https://www.mvsservis.com/fotky18982/fotos/_vyr_8Strix_4803.jpg). Cvaknutí, které provází vypnutí rychlovarky je způsobeno právě bimetalem. Ten má specifický tvar a je trochu prohnutý. Pokud jej zahřejeme, jedna část se bude natahovat víc, než druhá (jsou z jiných matriálů). V bimetalu bude vznikat napětí (mechanické) a bimetal se při překročení určité hodnoty „přecvakne“ – prohne se na opačnou stranu. Pak bude opět chladnout a napětí se bude snižovat, opět do doby, než bude tak velké, aby dokázalo skokově vrátit bimetal do původní polohy. Tento děj je skokový a docela intenzivní, jak můžete vidět na výše uvedeném videu. Proto se domnívám, že působení žáka na plexisklo (i když malé) dokázalo navýšit celkové napětí na hodnotu, potřebnou k prasknutí plexiskla.

Samozřejmě že pokud je upevnění plexiskla realizováno kovem, tak dalším vlivem mohlo být napětí (opět mechanické), který bylo způsobeno působením magnetického pole cívek pod Teslovým vejcem na kovové upevnění plexiskla.

 

2

Autor

Jaroslav Koreš

První
1 .. 5 6 7 8 9 10 11 12 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