FyzWeb  odpovědna

Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!


nalezeno 1493 dotazů

1357) Hustota vody při 4°C08. 07. 2002

Dotaz: Potřeboval bych zjistit, proč voda má největší hustotu při 4C°a když teplota stoupá nebo klesá její hustota klesá. Ostatní kapaliny při zvyšování teploty jejich hustota klesne a při snižování stoupne. Čím je tato anomálie způsubená. (Vladimír Bureš)

Odpověď: Milý příteli, i my bychom rádě věděli, proč voda má tuto anomálii, které možná vděčíme svůj život. Další anomálie je to, že kapalná voda má hustotu větší než tuhý led (obyčejný, za vyšších tlaků jsou jiné modifikace, těžší). Ale abych vám alespoň naznačil faktory, které to určují: Voda není (jen) H2O, ale asi tak (H2O)5 až (H2O)6. Kdyby totiž byla jen H2O s molekulovou vohou cca 18, měla by se chovat zhruba jako neon, a byl by to plyn mající hodně daleko do zkapalnění. Kruhové "nadmolekuly" výše vyznačené vznikají díky vodíkovým můstkům, tedy jakýmsi "nadnormativním vedlejším vazbám" vodíků ve vodě. Ale to, jak dalece se uplatní při pohybujících se molekulách H2O (při vyšší teplotě obecně rychlejší pohyb), to je pak souhra obou faktorů. Ona se uplatní i v tuhé fázi, najděte si v odborné literatuře stavový diagram vody za vyšších tlaků, je tam asi 8 fází ledu.
(J.Obdržálek)   >>>  

1358) Rovnice balistické křivky28. 06. 2002

Dotaz: Potřeboval bych poradit, jak se dá vypočítat rovnice tzv. balistické křivky. Je známa hmotnost (m=1g), počáteční rychlost (v0=700 m/s), vzdálenost cíle (d=1km), BRZDÁ SÍLA (-b.v), kde v je rychlost a b je 0,00015 kg/s. Má se určit úhel. Problém je v tom, že toto musím naprogramovat pomocí PAS (počítačového algebraického systému) Maple. Z učebnic znám dokonale postup od pohybové rovnice, přes integrace, poč.podmínky,... až k rovnici y=(-g/(2.v0^2.(cos alfa)^2)).x^2+x.tg alfa ALE tato rovnice je rovnice paraboly, tedy při zanedbání BRZDÉ SÍLY. Nenašel jsem učebnici, v které by se počítalo i s brzdnou silou. NEVÍM TEDY, KDE PŘIPOČÍST, KDE ODEČÍST BRZDNOU SILU V POSTUPU OD POHYBOVÉ ROVNICE K ROVNICI Y=... (Štefan Vanya)

Odpověď: Pane kolego, nechtějte dvě různé věci najednou - sestavení výsledné rovnice křivky. Sestavte nejprve (diferenciální, ale nemějte z toho strach) rovnici křivky, a pak teprve nechte na Maplu, aby ji "řešil", tj. podstupoval z počáteční hodnoty podle jistého přírůstku času k hodnotám vyšším.
O co jde: 2. N.z. říká, že (výsledná) síla F udělí částici zrychlení a=F/m. (Místo každého D dosaďte velké řecké D, značící přírůstek veličiny, co je napsaná za ním.). Má-li v čase t částice polohu (x, y,z) a rychlost (vx,vy,vz), pak v pozdějším čase t+Dt má polohu (x+vx.Dt, y+vy.Dt, z+vz.Dt) a rychlost (vx+ax.Dt, vy+ay.Dt, vz+az.Dt)  = (vx + Fx/m.Dt, vy + Fy/m.Dt, vz +Fz/m.Dt).
To je celá pohybová rovnice. Zadáte ji do Maplu s tím, že vyjádříte závislost výsledné síly F na všem, co rozumně přichází v úvahu. V nejjednodušším případě bez odporu vzduchu je Fx=0, Fy=0, Fz= -mg. Udělejte to a zjistěte, zda vám vyjde parabolická dráha z = z(x). Pokud ne, hledejte chybu. Pak přidejte odpor vzduchu. Při té rychlosti bude nejspíš kvadratický: Fx =
a.vx vx, Fy= a.vyvy atd. To je nejspíš to, co po vás požadují. Dělostřelci by ovšem asi chtěli více, střela rotuje a je to tedy setrvačník, výsledný odpor vzduchu působí nikoli v těžišti, ale obecně v jiném bodě daném tvarem střely, ještě by se mohla uvážit Coriolisova síla působící na letící střelu na otáčející se Zemi apod.
(J.Obdržálek)   >>>  

1359) Změny vlastností plynů při ionizaci21. 06. 2002

Dotaz: 1) Kde lze najít (web nebo publikace) něco o změnách vlastností plynů a vodních par při ionizaci. Zajímá mne zejména změna elektrického odporu a elektrické pevnosti plynů při ionizaci. 2) Lze docílit ionizace pomocí laserového paprsku ? (Jiří Büllow)

Odpověď: 1/ Konkrétně fyziku plazmatu lze najít na stránce http://vega.fjfi.cvut.cz/docs/umfmat/umf_url.html,
tam se klikne na čtyřku, a jde se poněkud dolů - pod jadernou fyzikou je fyzika plazmatu. Další informace naleznete na stránkách:
http://www.plasmas.org/index.html, http://FusEdWeb.pppl.gov/index.html, http://www.plasmacoalition.org/, http://fusioned.gat.com/Teachers/SlideShow.html

http://www.aldebaran.cz/ Bohužel na tomto serveru nejsou udělány výboje v plynech, nicméně jsou tam hezké obrázky a hlavně české povídání o plazmatu vůbec.

Co se týče změny elektrické vodivosti a elektrické pevnosti při ionizaci, je odpověď značně závislá na druhu plynu a stupni ionizace. Obecně se dá říci, že ionizovaný plyn se stává elektricky vodivý (je třeba uvážit, že v atmosféře kolem nás je v každém kubickém cm asi 2000 iontů), a že za určitých podmínek (aplikací dostatečně vysokého napětí mezi elektrodami, mezi kterými se vodivost plynu měří) dojde k lavinovému efektu, kdy již vytvořené elektrony a ionty na své dráze dále ionizují, čímž stupeň ionizace, a tím i vodivost prudce stoupá. Nemalou úlohu přitom hrají i tzv. gama procesy, tj. sekundarni emise elektronů z povrchu elektrody. Závislost tzv. zápalného napětí samostatného výboje na součinu tlaku plynu a vzdálenosti rovinných elektrod (p.d) udává tzv. Paschenův zákon, což je pro daný plyn plynulá křivka s jedním minimem pro určité p.d. Zápalné napětí lze snížit, pokud se poskytnou nějaké nabité částice navíc (tj. kromě těch, které si elektrony nebo ionty na své dráze nebo interakci s elektrodou samy "vyrobí"), např. ionizací prostoru mezi elektrodami zářením, aplikací dodatečného napětí na pomocnou elektrodu s ostrým hrotem umístěnou mezi hlavními elektrodami (tak se zapaluje fotografický blesk), termickou emisí elektronů z ohřátého povrchu katody (tak se zapaluje výboj v zářivce). Elektrická pevnost plynů je termín technický, který je v podstatě ekvivalentní termínu zápalné napětí. Moje představa o něm je ta, že se vztahuje k přesně definovanému tvaru elektrod, mezi kterými se tato pevnost měří, a udává se za daného, většinou atmosferického tlaku (pokud tedy výboj vznikne, bude to jiskrový výboj).

2/ Co se týče druhé otázky, ionizace pomocí laserového paprsku, tam odpověď závisí na energii fotonů a na celkové hustotě energie ve svazku. Vzhledem k tomu, že teď máme v ČR výkonný laserový systém PALS, který se používá na generaci plazmatu interakcí laserového paprsku s pevnou látkou, doporučuji podívat se na jeho www stranku (v češtině) http://www.pals.cas.cz/pals/pac001hp.htm.(Prof.RNDr. Milan Tichý DrSc. - 21.6.2002)

(M. Tichý)   >>>  

1360) Rozložení teploty atmosféry19. 06. 2002

Dotaz: Poraďte mi, prosím, jak vysvětlit žákům osmé třídy skutečnost, že ve vyšších vrstvách atmosféry je teplota pod bodem mrazu, přestože teplý vzduch stoupá vzhůru. A je-li to pro děti alespoň trohu pochopitelné, poraďte, jak vysvětlit rozložení teploty atmosféry v závislosti na výšce. (Tomáš Špaček)

Odpověď: Milý kolego, doporučoval bych žákům připomenout, že v atmosféře se směrem vzhůru zmenšuje tlak a hustota, díky tomu balón naplněný vodíkem nebo héliem, které mají při stejné teplotě menší hustotu než vzduch, může stoupat. Místo hélia nebo vodíku ale stačí balón naplnit teplým vzduchem, který má také menší hustotu než okolní studenější vzduch a balón opět může vzlétnout. Jestliže však tenhle teplý vzduch (v balónu nebo bez něj) stoupá do oblasti nižšího tlaku, pak se rozpíná, tím pracuje a pokud mu nepřivádíme teplo (např. tím, že bychom vzduch v balónu ohřívali hořáky, jak se to normálně dělá), chladne (pracuje na úkor své vnitřní energie). Tak sice teplý vzduch stoupá vzhůru, ale přitom chladne. Nejnižší vrstva atmosféry se ohřívá především od zemského povrchu ohřívaného slunečním zářením, je většinou promíchávána, taky v ní koluje vlhkost, co dělá mraky a prší. Proto je skutečná závislot teploty na výšce trochu složitější, než by odpovídalo zmíněnému chladnutí bubliny vzduchu při výstupu. Podívejte se se žáky na aktuální data na stránce http://www.chmi.cz/meteo/oap/graf_ptu.html
Další zajímavé jevy nastanou ve stratosféře (nad tropopausou, která je na dnešním výstupu asi ve 13,5 km a kde je teplota minimální) - tam je podstatná absorbce krátkovlnného záření (UV) ozónem, což nakonec způsobí ohřev, takže teplota do výšky kolem 50 km zase roste. Výše už teplota opět klesá, atmosféra je ale už tak řídká, že teplota spíš říká, jaká je střední rychlost molekul vzduchu než jakou teplotu bychom cítili, kdybychom tam na chvíli vylezli z rakety...
Graf závislosti teploty na výšce
(J.Dolejší)   >>>  

1361) Chlazení elektrickým proudem19. 06. 2002

Dotaz: Na jakém principu je chlazení elektrickým proudem a nebo je to nějaký blud? (Marek)

Odpověď: Asi máte na mysli Peltierův jev, který je právě obrácený (doplňkový) k Seebockově jevu. Blud to tedy není, ale samozřejmě - něco za něco. Mějme uzavřený elektrický obvod tvořený materiály A a B. Zanedbejme ohmický odpor, tedy to, že jak v mase toho A i toho B se vyvíjí Joulovo teplo. Pak elektrický proud jdoucí v daném okamžiku jistým směrem projde jednak rozhraní AB, jednak (jinde) BA. Jedno z těchto rozhraní se pak trochu zahřívá, druhé se stejně tolik ochlazuje. Platí tedy i zákon zachování energie, i 2. td. zákon. V praxi jde o to, najít materiály (např. vhodný polovodič typu p a typu n, nebo bismut a železo), kde je tento jev dost velký a které přitom nemají moc špatnou vodivost - aby Joulovo teplo nakonec nepřekrylo to ochlazení. Ale ono je to vlastně úplně stejné, i když si vezmete z kuchyně elektrickou ledničku. I do ní vháníte elektrický proud, ona vám něco chladí (mrazák) - ale nutně něco jiného zahřívá (výparník vzadu). Takže tohle "něco za něco" máte i tady.(JO -19.6.2002)

Milý kolego, asi máte doma ledničku na elektriku, takže chlazení elektrickým proudem blud není. Spíše než standardní ledničku, kde elektřina pohání motor kompresoru a chladí se tak, že se pomocí stlačování a expanze chladícího média čerpá teplo zevnitř ven, jste měl asi na mysli možnost "přímého" chlazení. To je možné pomocí Peltierova jevu, kdy proud tekoucí přes spoj dvou kovů tento spoj v jednom směru ohřívá, v druhém chladí. Je to jev obrácený k termoelektrickému jevu, kde zahřívání jednoho spoje a chlazení druhého způsobuje proud v obvodu. Chladící články založené na Peltierově jevu jsou komerčně dostupné a pro některé aplikace se používají, např. se jimi dá chladit procesor. Zkuste se podívat na www na jméno Peltier.(JD -19.6.2002)

(J.Dolejší, J.Obdržálek)   >>>