Fyzikální poradna

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

06. 11. 2017

Do jaké hloubky může zamrznout voda v rybníku?

Dobrý den, měl bych jednu otázku, nedávno jsme se bavili v práci, do jaké hloubky může zamrznout voda v rybníku, zda může promrznout až na dno. Nebo je nějáká hloubka, od které voda nezamrzá? Teoreticky, když bude pořádná zima (klidně - 1 000 000 stupňů celsia), mohl by Mariánský příkop zmrznout až na dno, nebo od určité vrstvy tvoří led dostatečný izolant, případně tam fungují jiné zákony, které by nedovolily vodě pod ledem zmrznout?

 

Ahoj,

nejdříve musím upřesnit minimální možnou teplotu - je to "těsně" nad -273,15 °C. Přímo teploty -273,15 (a nižší) dosáhnout nelze.

Rozdíl teplot je rozhodující pro rychlost přenosu tepla a tudíž čím větší rozdíl teplot, tím dříve k zamrznutí dojde. Takže i kdyby bylo venku jen -0,1 °C (ale stále), tak by voda zamrzla. Ze zadání chápu, že nejsme časem omezeni. Nastupují ale další efekty - za prvé slanost vody v moři - slaná voda má teplotu tání/tuhnutí, nižší než voda v rybníce, takže i kdyby promrzly všechny rybníky, tak by moře zmrznout nemusela (teplota tání slané vody záleží na slanosti, odhaduji na -5 °C).

Dalším efektem v případě Mariánského příkopu by byla souvislost teploty tání na tlaku - čím vyšší je tlak, tím nižší je teplota tání. Takže ve vyšších hloubkách voda tuhne při nižších teplotách, než na hladině.

Ale ani tento efekt nesníží teplotu tání na/pod -273,15 °C, takže bych čekal, že když si DOST dlouho počkáme, tak zamrzne voda i na dně moře.

Po celou dobu bychom měli stále okolí ochlazovat - při tuhnutí ledu se do okolí uvolňuje skupenské teplo a toto okolí ohřívá.

 


 

1

Autor

Jaroslav Koreš

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

24. 10. 2017

Stav beztíže v bazénu v kosmické lodi

Dobrý den,
v novém filmu Pasažéři se hrdinka v kosmické lodi, plavající v bazénu ocitne ve stavu beztíže. Voda zaujme postupně tvar vznášející se koule a ona se snaží plaváním dostat k jejímu okraji. Je jasné, že nepůsobí vztlaková síla, bylo by možné se plaváním dostat z vody? Ve filmu to vypadá, že ne. Myslím, že je to samé, jako by voda kolem ní nebyla a musela by použít "speciální pohyby", doporučované pro stav beztíže. Děkuji.
Milan Landa

Ahoj Milane,

děkuji za novou otázku do naší odpovědny.
Princip klasického plavání je v tom, že se odrážíme od vody, co by fungovalo i ve stavu beztíže. Problém by byl v tom, že síly povrchového napětí nebudou tak velké, aby při našem "odrazu" udržely bublinu pohromadě a tak bych očekával, že se bublina rozletí. Kapilární tlak, který bublinu stlačuje závisí nepřímo úměrně na poloměru a tak čím větší koule, tím menší tlak na povrchu bubliny a tím spíše voda nebude držet pohromadě.

Vlivem kapilárních jevů by možná mohla vytvořit jakýsi film na těle/oblečení - hezky je to vidět na tomto videu: https://www.youtube.com/watch?v=KFPvdNbftOY

Každopádně by voda hrdinku obalila a pokud by se jí nepodařilo jí roztříštit na bubliny, tak by se právě kvůli smáčivosti pohybovala s ní, nezávisle na pohybech, které bude dělat.

Osobně bych asi asi takovým bazénům raději vyhl ;).

 


 

1

Autor

Jaroslav Koreš

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

23. 10. 2017

Otázka z optiky

Dobrý den měl bych dotaz ohledně odrazu světla od vodní hladiny. Kdysi jsem se pokoušel vyfotografovat měsíc v úplňku který se odrážel od vodní hladiny kaluže, ale měsíc byl v kaluži tak malý že na fotce nebyl téměř vůbec vidět. Nedávno jsem si z mého okna ve 3. patře paneláku (tedy asi ze 7 metrové výšky) všiml kaluže na cestě před barákem, kde se opět od hladiny odrážel měsíc v úplňku, avšak oproti předešlému případu byl vidět v mnohem větší velikosti - skoro přes celou kaluž. Protože byla voda klidná byly vidět i některé detaily skoro jako když se díváte na skutečný měsíc na obloze. Protože jsem po předchozí zkušenosti nechápal jak může být jeho odraz tak velký, šel jsem se podívat dolů před barák ke kaluži kde se opět opakoval stejný scénář jako v prvním případě. Měsíc byl tak malý, že šel špatně vidět očima natož na fotografii. Jak je to možné? Mění se snad velikost odrazu od vodní hladiny se zvětšující se vzdáleností? Předem vám moc děkuji za odpověď. Ondra

Ahoj Ondro,

než se pustím do odpovědi, tak ti děkuji za otázku.

Podle mého názoru se jedná o klasickou ukázku optického klamu, originálně nazývaného Měsíční iluze (https://cs.wikipedia.org/wiki/M%C4%9Bs%C3%AD%C4%8Dn%C3%AD_iluze).
V principu jde o to, že vnímání velikostí předmětu není absolutní, ale relativní - tím myslím to, že velikost předmětu usuzujeme dle jeho okolí. Na uvedeném odkazu je hezký příklad takového vnímání - Ebbinghausova iluze. Podle okolních předmětů, ale i podle očekávané vzdálenosti odhadujeme velikost předmětů.

Kaluže vody se chová jako rovinné zrcadlo - to vytváří stejně velké obrazy, takže nemůže obraz Měsíce nějak zvětšit.

 

0

Autor

Jaroslav Koreš

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

19. 09. 2017

Rozdílná rychlost při čelní srážce dvou aut

Dobrý den, měl bych dotaz spíše z oblasti fyzikální. Můj dotaz spočívá v čelní srážce dvou aut. Teď uvedu příklad na můj dotaz, aby byl srozumitelnější. Jedou proti sobě dvě auta (obě jsou stejně těžká). První auto (A) jede rychlosti 60kmh a druhé auto (B) jede rychlosti 40kmh. Zajímá mě, jestli škody v autě B budou naprosto totožné jako v autě A, když jede o 20kmh méně. Protože pokud se rychlosti sčítají, tak by se to mělo ,,zprůměrovat,, a tudíž si rozdělit energie. Ale mě prostě přijde, když auto B má menší rychlost, že by tam měli být i menší škody. Další příklad: V prvním příkladu by tedy po sečtení rychlosti vyšla rychlost 100kmh. To znamená, že to bude stejné, jako když narazí auto A v rychlosti 100kmh do stojícího auta B, které je odbržděné? Ptám se, bude to pro auto B stejný naráz, jako když by jelo 40 kmh a auto A by jelo 60 kmh? Snad je dotaz srozumitelný a snadno pochopitelný. Rád bych si o tom s někým zadiskutoval :) Podotýkám nejsem žádný fyzikář, takže budu rád, když mi to někdo vysvětlí jako laikovi. Děkuji za odpověď. Petr

Ahoj Petře,

děkujeme za nový dotaz do naší odpovědny.

Pokusím se jej vysvětlit dvěma rovnocennými způsoby, uvidíme, který ti bude nakonec bližší.
Nejdřív bez vzorečků: musíme si uvědomit, že rychlost je relativní, což znamená, že k určení rychlosti je potřeba říci, vzhledem k čemu ji měříme. Např. já jsem teď vzhledem k mému notebooku (nezmíním značku, abych nedělal reklamu) v klidu, ale např. vzhledem ke Slunci se pohybuji nezanedbatelnou rychlostí 30 kilometrů za sekundu. Obě rychlosti popisují tu samou situaci, ale z různých pozorovatelen (ty nazýváme vztažné soustavy). Je důležité si uvědomit, že obě tvrzení jsou rovnocenné, žádná z popsaných soustav není lepší než druhá. To samé můžeme říci o autech - pokud popisuji rychlost vzhledem k Zemi, tak je tak, jak píšeš v zadání. Pokud se budu dívat z auta A, tak vidím, jak se ke mně auto B přibližuje rychlostí 100 km/h a já jsem v klidu. Pokud se budu dívat z auta B, tak opět vidím, že se ke mně blíží auto A rychlostí 100 km/h a já jsem opět v klidu. Protože je jedno, z jaké soustavy se díváme (jsou rovnocenné), tak lze očekávat, že pro všechny 3 pozorovatele (A, B, Zem), dopadne celá situace stejně. Je asi zřejmé, že je jedno, jestli jedno auto jede 5 km/h a druhé 95 km/h. Vzájemná rychlost je vždy 100 km/h a pro všechny pozorovatele musí srážka dopadnout stejně. Pokud by to tak nebylo, tak bych chtěl pozorovat srážku z lepší soustavy, aby se mi nic nestalo. Ale taková soustava neexistuje.

Teď čistě fyzikálně: při nárazu působí auto A na auto B silou Fa. Jenže stejně velkou silou, opačného směru, (podle 3. Newtonova zákona) působí i auto B na A: Fb. Platí tedy Fb=-Fa. Stejné je to, pokud udeříme rukou do zdi - my působíme na zeď a zeď na nás působí stejně velkou silou zpět. Rozdíl je jen ten, že nás to bolí a zeď (nejspíše) ne. A velikost síly při nárazu závisí na VZÁJEMNÉ rychlosti obou aut, což je z pohledu obou aut i Země stejné číslo. Je tedy jedno, jaká je rychlost aut jednotlivě, o výsledku rozhoduje jen jejich vzájemná rychlost.

Snad toto vysvětlení celou situaci osvětlilo.

4

Autor

Jaroslav Koreš

01. 09. 2017

Hadice

Dobrý den, mohl bych Vás poprosit o vysvětlení jevu? Máme hadici na odvod kondenzátu z klimatizace o průměru 16mm vedoucí dle schématu v příloze. Do hadice kape voda po kapkách. Tudíž počáteční tlak na kapalinu bude zanedbatelný, spíše bude mít pouze gravitační sílu spojenou s volným pádem na kapku o minimální hmotnosti. Hadice se začne plnit odspoda. Ale vodní sloupec v nejdelší části 1,7 m nedokáže přetlačit vodu do odpadu 0,15 m. Je možné, že se tam vytvoří bublina, která vodu nepustí dál? Jak je to možné?
Děkuji za odpověď. S pozdravem, Bc. Petr Dražný

Zdravím Petře,

vypadá to jako záhada. Ještě mi chybí vědět, kam přesně hadice vytéká - jestli do volného prostoru, nebo do odpadní trubky.

Pokud by kondenzát tekl volně ven, tak buhužel nemám žádné vysvětlení - hydrostatický tlak nijak nesouvisí s tloušťkou hadice ani s rychlostí přítoku kapaliny, takže by voda měla bez problémů odtékat.
Pokud je však hadice vyvedena do odpadu, může dojít opravdu k tomu, že se v horní části připojení vytvoří vzduchová bublina - zejména, pokud by odpad měl tvar obráceného U. Pak by v horní části odpadu byl vzduch, ale nemohl by se z tohoto místa dostat - leda vyšším tlakem/podtlakem. Také je možné, že podobný jev nastane, pokud samotná hadice není tak jak jste nakreslil, tedy ve tvaru U, ale že i na ní je nějaké zvlnění ve tvaru obráceného U. V těchto případech už průměr hadice hraje roli - čím užší hadice, tím spíše se vzduchová bublina zasekne v jejím nejvyšším místě.

Pokud Vám tato odpověď nedostačuje, zkuste mi celou situaci ješte více upřesnit a třeba se dobereme k vyřešení problému.

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

3

Autor

Jaroslav Koreš

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

31. 08. 2017

Atomy v absolutní nule

Dobrý den, chci se zeptat, jak je to s velikostí molekul při absolutní nule. Měl jsem za to, že energie dodává elektronům v obalu rychlost. A tato energie je získávaná teplem. Pokud bychom tedy odebrali veškeré teplo a dostali se tak na absolutní nulu (vím, zatím se to nepodařilo), tak by teoreticky mělo dojít k zastavení pohybu elektronů aj. V tom případě až by se znova začalo oteplovat, neměly by se elektrony začít přitahovat k jádru atomu? Popřípadě, proč tento jev nenastává už při ochlazování k absolutní nule?

Tato teorie mi vrtá hlavou už pár let a stále jsem na ni nemohl najít odpověď. 
Snad mi to osvětlíte vy, děkuji a budu se těšit na odpověď, Jakl Filip

Ahoj Filipe,

nejdřív děkuji za důvěru, snad se mi podaří uspokojivě odpovědět na tvůj dotaz. Nejjednodušší odpovědí je to, že teploty absolutní nuly NELZE dosáhnout. Je to jeden z termodynamických zákonů, který nijak nesouvisí s našimi technologickými možnostmi, je to vlastně jedna z hranic přírody.

Správně píšeš, že by se částice (je jedno, jestli elektrony či atomy) přestaly pohybovat. To ale nejde kvůli Heisenbergovým relacím neurčitosti, které vysvětlují, že není možné znát zároveň polohu a rychlost částice. Pokud bychom znali přesně rychlost (a nula je přesná hodnota), byla by částice všude kolem nás. To také nejde, takže je zde druhý důvod, proč elektrony nebudou padat do jádra.

Třetím důvodem je to, že elektrony nejsou v libovolné vzdálenosti od jádra, ale pohybují se v přesně daných hladinách (poloha elektronů je tzv. kvantována), takže nemohou "padat" k jádru. Navíc pro každou hladinu je dána konkrétní rychlost elektronu, takže jeho pohyb není nijak ovlivňován teplotou.

Pokusil jsem se vše vysvětlit z částicového hlediska, pokud bychom považovali atomy či elektrony za vlnění (což je oprávněné), bylo by vysvětlení nejspíše složitější a také by vedlo ke stejnému závěru.
Doufám, že jsi s touto odpovědí spokojen.

1

Autor

Jaroslav Koreš

První
1 2 3 4 5 6 7 8 9
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