Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 11 dotazů obsahujících »kmitat«
2) Kmitání a vlnění ve vakuu
17. 06. 2008
Dotaz: Dobrý den, měl bych dotaz týkající se akustiky. Pokud bude zdroj vlnění
umístěn ve vakuu, tak co se stane se vzniklou energií (vlněním)? Je jasné,
že vlnění se nebude šířit. Ale jak říkam, jak se bude chovat vlnění?
Bude snad soustředěné v jednom bodu? Nebo snad dokonce se energie vlnění
přemění na tepelnou energii? Předem děkuji za odpověď. S pozdravem Petr
Jirásek (Petr Jirásek)
Odpověď: Pro jednoduchost si představme obyčejnou ladičku:
Když do jejího dvojitého konce ťukneme, bude vydávat zvuk. Co se vlastně děje? Ťuknutím jsme způsobili, že se kunce ladičky od sebe rychle vzdalují a přibližují (tak rychle, že to očima nepostřehneme - jde to ale ukázat buď na zpomaleném filmovém záběru nebo třeba jednoduchým pokusem). Ťuknutím jsme tedy ladičce dodali energii. Také ze zkušenosti víme, že ladička po chvíli přestane znít, ptejme se tedy, kam se ta energie ztrácí. Důležité jsou zejména dva jevy. První je asi jasný - ladička při svém chvění naráží na vzduch, periodicky jej ve smém okolí svým chvěním/pohybem stlačuje a takto se měnící hustota vzduchu má charakter podélného vlnění šířícího se od ladičky. Prostřednictvím vlnění je ladičce postupně odebírána její kinetická/potenciální (deformační) energie uložená v jejím chvění, kmitání. Když řeknu totéž více lidově, tak ladičku "brzdí" vzduch, do kterého při kmitání naráží.
Druhou příčinou ztráty energie je pak cosi, co by se dalo nazvat jakési "vnitřní tření" v ladičce. To, že se chvěje, vlastně znamená, že se opakovaně trošku deformuje. A tato deformace a následná relaxace do původního stavu se neobejde (jako prakticky nic v libovolném látkovém prostředí) bez ztráty energie - ladička se přitom bude velmi velmi nepatrně zahřívat. Velmi jednoduše řečeno i v ladičče uvnitř materiálu dochází ke tření a ladička se tak při své deformaci v důsledku toho nemřitelně maličko zahřívá.
A jak to bude ve vakuu? První možnost odvodu energie - vlněním, zvukovými vlnami - zde není možná, nebude tedy nastávat. Druhá možnost se bude realizovat i ve vakuu. Výsledkum bude, že ladička nebude vyvolávat žádný slyšitelný zvuk (nemá se čím šířit), bude se jí tedy snáze kmitat/chvět. V důsledku vnitního tření v jejím materálu se ale bude pomalu nepatrně ohřívat na úkor svého chvění, až se její pohyb úplně zastaví. Kinetická/potenciální energie jejího chvěníse tedy plně přemění na vnitřní energii (laicky řečeno na teplo).
Dotaz: Jaky je rozdil mezi vlnami z mikrovlne trouby (2.45 GHz) a vlnami z bezdratoveho
vysilace (2.4 GHz) na tvorbu bezdratove pocitacove site? Neco jako Lan/Wan,
pouze s tim rozdilem, ze jde vse pres mikrovlnne zareni z bezdratoveho routeru.
Je bezdratovy vysilac, pouzivany misto kabelu a routeru pro pocitacove site,
nebezpecny pro zdravi? (Petr Svoboda)
Odpověď: Z pohledu fyziky se jedná o elektromagnetické záření s velice podobnou frekvencí (a tedy vlnovou délkou). Podstatné však je, že frekvence není zcela stejná - zatímco bezdrátové počítačové sítě využívají relativně neškodné frekvence okolo 2.40 GHz (a samozřejmě i spoutu jiných, záleží na technologiích a standardech), záření v mikrovlnné troubě je schválně naladěno na frekvenci 2.45 Ghz, která odpovídá vlastním kmitům molekul vody... a tedy s molekulami vody také snadno interaguje, nutí je kmitat intenzivněji a tím vodu zahřívá.
Nutno ještě dodat, že zatímco typická domácí bezdrátová počítačová síť bude mít vysílací výkon určitě menší než 1 watt, v mikrovlnné troubě půjde minimálně o stovky wattů.
Dotaz: Dobrý den, mám takový dotaz: jaký vliv má pochod a jaký nestejnorodá
(rozvolněná) chůze více lidí na nosník na dvou podporách (lávku či most)? Mám o
tom svoji představu, ale rád bych slyšel slovo odborníka. Díky zas odpověď. J.S. (Jan Spáčil)
Odpověď: Pro každé těleso existuje frekvence (tzv. vlastní frekvence), na které je ochotno kmitat snáze, než na frekvencích ostatních. U mostů se díky rozměrům, tavru a použitým materiálům může stát, že tato frekvence bude blízká frekvenci pochodujících lidí. Pochodováním o příslušné frekvenci pak lze takový most snadno rozkmitat... a bude-li pochodovat dostatek lidí, není vyloučeno, že budou mostu nárazy svých nohou předávat dostatečnou energii na to, aby se výchylky kmitů zvětšovaly a v krajním případě došlo k narušení či dokonce zřícení mostu. Při rozvolněné chůzi se vám most rozkmitat nepodaří, neboť zde jakoby se každý pokoušel rozkmitat most s jinou fází a frekvencí - "příspěvky" jednotlivých chodců se navzájem (téměř) vyruší.
Nebezpečí však mostům nehrozí jen od pochodujících lidí. Je-li most nevhodně navržen, může jej rozkmitat třeba i silný vítr. Nejznámější je asi případ pádu mostu 7. 11. 1940 v Tacoma Narrows.
Dotaz: Potřeboval bych vysvětlit, co je to torzní tyč a
jaké je její praktické využití. Děkuji. (Marek Bukáček)
Odpověď: Torzní tyč je zpravidla kovová tyč, pružná na zkrut. Používá se např.
jako pérování u některých vozidel. Princip pérování pomocí torzní
tyče byste si mohl představit zjednodušeně jako vodorovně položené
L upevněné na dlouhém konci (to je torzní tyč) s kolmo napíchnutým
kolem na druhé kratší nožce.
Kolo pak může kmitat, jako by bylo na péru.
6) Mechanický model napětí, zesilovače a střídavého proudu
23. 01. 2004
Dotaz: Prolétl jsem články o elektřině a magnetismu, ale to co jsem hledal, jsem nenašel. Vždy se dovídám dogmata.
1.) Tak např. vždy používáte el. napětí. Do obvodu musíme zavést el. napětí, aby mohl téct proud. Ten ale téct vůbec nemusí.. tomu nerozumím, co je tedy el. napětí, resp. jak si ho představit (a to na molekulární úrovni -
pokud tak lze).
2.) V učebnici Elektřina a magnetismus pro střední školy je zakreslen obvod s
tranzistorem - obr. "Tranzistorový zesilovač"- podobný lze nalézt i jinde (i ve
skriptech elektroniky). Vždy tam je řečeno, že na výstupu je obrácená fáze
napětí, ale proč to tak je? Fyzikář mi to vysvětlil tak, že jsem si připadal,
jako by mi neodpovídal na otázku - asi jsem jediný, kdo tomu nerozumí. U tohoto
obvodu nerozumím ani vstupu, výstupu a podobným pojmům, v knize definovány
nejsou.
3.) Další problém je s představou střídavého proudu. Kudy jdou
elektrony případně díry? U stejnosměrného je jasně dané, kde je + a kde -, ale
střídavý, chvíli jde do obvodu na obě strany + a pak zase -. Byl bych rád, kdyby
jste mi pomohli v tom udělat jasno. (Liam)
Odpověď: K 1. otázce: Co je to napětí?
Než napíši obecnou odpověď, popíši něco obdobného v mechanice.
Kolem Země je gravitační pole. Když umístím 10 m nad podlahu kilovku, bude v
tom místě mít jinou potenciální energii než na podlaze. Rozdíl bude
100 J. Mohli bychom říci, že mezi těmi místy (i když tam žádné
kilovky nebudou) je "mechanické napětí" 100 J/kg. Toto
"mechanické
napětí" charakterizuje ROZDÍL STAVŮ mezi těmito dvěma místy
gravitačního pole. Nic "molekulárního" si představit k tomu
nedovedu, to co jsem popsal, platí i kdyby kolem Země bylo vakuum. Dosaďte místo
Země nabité těleso, místo kilovky nabitou kuličku jednou blíž a
jednou dál a opět můžeme říci, že v těchto dvou bodech bude mít
nabitá kulička rozdílnou potenciální elektrickou energii, rozdíl
těchto energií přepočtený na 1 coulomb, tj. třeba 6 J/C, což je ve
voltech 6V. Je to "elektrické napětí" mezi těmito dvěma místy pole.
I zde charakterizuje elektrické napětí ROZDÍL STAVŮ mezi dvěma místy
elektrického pole. (Svým žákům vždycky říkám, že když ukazují na
nějaké napětí, potřebují k tomu dva prsty, aby ukázali ta dvě místa)
Nic "molekulárního" si tomu představit opět nedovedu, to co jsem
popsal platí i když je to elektrické pole ve vakuu. To napětí mezi
dvěma místy vodiče se dá vytvořit různé, připojením článku, pohybem
magnetu v okolí, atd.
Ke 2. otázce: Co znamená opačná fáze napětí na vstupu a výstupu zesilovače?
Opět to zkusím s mechanickou analogií.
Představte si spojitou nádobu tvaru písmene U s vodou,
kde pravé rameno bude mít velký průřez a levé malý, něco jako
kropicí konev. Když pustím do konve nějaký "vstupní signál" - v
širokém rameni budu například pajtlovat pístem 1 cm dolů a 1 cm
nahoru od rovnovážné polohy, bude "mechanické napětí" mezi
rovnovážnou polohou a okamžitou polohou kmitat od 0 J/kg do -0,1
J/kg (píst dole) k 0 J/kg (píst při návratu uprostřed) až k +0,1
J/kg (píst nahoře). V sousední úzké rouře (tj. "výstup zesilovače"
dejme tomu s plochou průřezu 10krát menší) bude voda kmitat 10 cm
nahoru a 10 cm dolů, tj. s vyšším napětím , které bude kolísat
nejdřív nahoru od 0 J/kg k + 1 J/kg , potom přes nulu dolů k -1
J/kg atd. Tento zesilovač pracuje s desetinásobným zesílením,
vstupní signál má opačnou fázi než výstupní (když jde píst v konvi
dolů, stoupá hladina v úzké rouře nahoru a obráceně). Co je vstup, plyne ze znalosti českého jazyka. Vstupem může např. být napětí z
mikrofonu, které přivádím na vstupní svorky zesilovače, výstup je
napětí, které ze zesilovače přivádím třeba na svorky reproduktorů.
Ke 3. otázce: Jak si představit střídavý proud?
Do třetice s mechanickým modelem.
V hadici, ve které jsou oba konce napojeny na vstup a výstup čerpadla,
proudí voda stejnosměrně kolem dokola.
Teď elektromotorek toho čerpadla budu krmit tak,
aby chvíli čerpalo zleva doprava a potom zprava doleva.
Vodní proud poteče chvilku doleva, chvilku doprava. Proud bude
střídavý, ovšem ne sinusový ale zhruba obdélníkového průběhu.
Sinusový průběh vodního proudu bychom mohli v této trubici docílit
třeba tak, že bychom čerpadlo odstranili, konce propojili a po kusu
hadice jezdili sem tam sinusově (jako při kývání kyvadla) válečkem
na nudle. Z mikrofyzikálního pohledu (opět velmi primitivního) na
elektrický proud doplňuji, co už jednou v Odpovědně zaznělo.
Opakuji: "Nositele nábojů ve vodičích, tj. elektrony v kovech, ionty v
kapalinách a plynech a elektrony a "díry" v polovodičích opravdu
cestují, jak je elektrické pole žene, !!!!kolem dokola!!! v uzavřeném
obvodu (odstartují najednou). Samozřejmě po sepnutí obvodu se
nechovají jako účastníci májového průvodu, kteří udělají vpravo vbok
a jdou ukázněně směrem, kterým je žene pole, ale spíše tak jak
naznačuji svým žákům modelem:
Nositelé nábojů představují hemžící se
mravence v mraveništi, kde vytvořím pachové pole tím, že na jednu
stravu mraveniště dám lákavý med a na druhou něco smradlavého (otevřu
tam třeba lahvičku se čpavkem). Tím mezi těmito dvěma body bude "smradové
napětí".
Díky smradovému poli hemžení neustane, nebude ale zcela
souměrně chaotické (středová rychlost nebude 0), ale bude trošičku převládat
směr rychlosti mravenců k medu. Kam pocestují, tj. jaký je směr proudu, když
smradové pole vyměním, je snad jasné. Samozřejmě mohu to smradové pole střídat
a proud mravenců pak bude střídavý."
Ve vodiči je to chaotické hemžení částic - nosičů náboje velmi velkou
rychlostí, závislou na teplotě, ta usměrněná rychlost (složka rychlosti)
je ve srovnání s tím strašně prťavá, závislá pro daný vodič mj. na napětí
mezi jeho konci.
