FyzWeb  odpovědna

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


nalezeno 1493 dotazů

1403) Částice rychlejší než světlo?13. 05. 2002

Dotaz: Doslechli jsme se, že jsou prý objeveny částice rychlejší, než světlo. Můžete nám k tomu prosím zdělit bližší informace. (Pavel Čejka, Josef Horalek)

Odpověď: To neberte vážně, to jsou takové ty polopravdy -- buď sice pravdivé, ale vytržené z kontextu (např. o virtuálních částicích), anebo někdo něco prostě špatně pochopil. (Anebo taky někdo prostě lže; máme přece svobodu, ne??) Ať je co je, žádná částice nebo signál schopný přenášet informaci se nemůže pohybovat rychleji než světlo, jinak by šlo vytvořit situaci, při níž by důsledek nastal dříve než příčina. (Pokud tohle nevadí, jako při různých modelech v rámci mikrosvěta, tak spánembohem.)

Příklad na tzv. ireálný signál (neschopný přenášet informaci) letící rychleji než světlo (a třeba i nekonečně rychle) si vytvoříte snadno. Jste na stavbě a shora padá prkno, levý konec trochu níž ne pravý. Právě míjí vodorovné prkno, na kterém vy stojíte. V jeho rovině se tedy poprvé objeví v jednom bodě levý kraj padajícího prkna, vzápětí je níž a onen myšlený bod -- průsečník roviny prkna klidného a padajícího (ona je to samozřejmě vlastně vodorovná přímka , ale o to teď nejde) se pohybuje doprava. Padá-li prkno rychlostí V a svírá-li s vodorovným prknem úhel fí, pak průsečník se pohybuje rychlostí V/tg fí. Je-li fí malinké, je rychlost průsečníku obrovská. Je-li fí=0, je rychlost nekonečná (roviny prken se "dotknou všude najednou". Ale zkuste po tom průsečníku přenést nějakou informaci -- když ho tvoří pokaždé jiné molekuly jak dřeva padajícího, tak i stojícího! Podobně je tomu s klasy kývajícími se na poli. Jsou-li "rozfázovány", běží po poli jasná vlna. Jsou-li sfázovány, pohybují se současně všude, a "vlna" je vlastně nekonečně rychlá. Ale pošlete po ní nějakou zprávu.

(J. Obdržálek)   >>>  

1404) Kmitání fotonů13. 05. 2002

Dotaz: Dá sa povedat že: Intenzita je výkon, kolik energie za jednotku času vyzarime, zatimco frekvence je typ svetla, v prípadě viditelného svetla jeho barva. V prípadě rádiových vln je to to, co ladíte na rádiu, frekvence udává počty kmitů za sekundu, ale nerika, jak silne kmitaji, jen jak rychle. Fotony kmitaju predsa stale ryczhlostou svetla? Dalo by sa to vysvetlit aj rozdielnou rychlostou kmitania. Ked si predstavite , ze svetelna vlna sa siri rovnobezne po povrchu stola z jedneho konca na druhy. A fotony v tejto vlne kmitaju nahoru a dolu, teda kolmo na povrch stola. A ked kmitaju pomalsie ako sa svetlo siri a drahu jednotlivych fotonov si zakreslite v case dostanete pomale radiove vlny. A ked kmitajú rychlejsie ako sa svetlo siri! , teda rychlejsie ako "c" ich draha bude vyzerat ako rychle vysokoenergeticke kmity gama paprskov s kratkou vlnovou dlzkou. Takze ako to je môzu kmitat fotony rychlejsie alebo pomalsie ako rychlost svetla? (Marek K.)

Odpověď: Věta "Fotony kmitajú predsa stále rychlosťou svetla" nedává smysl. Fotony nejsou kuličky na gumičce, které by kmitaly kolmo ke gumičce v klidu (a tedy kolmo ke směru šíření), aby se dalo uvažovat o jejich rychlosti ve směru kolmém k šíření vlny. Gumička (bez jakýchkoliv kuliček) zobrazuje pole jako jakýsi "stav napjatosti protostoru", který je "napjatý" (tj. je tam nenulová intenzita E elektrického pole resp. indukce B magnetického pole) někde a někdy víc, jinde a jindy méně, a tyto změny se dějí úhlovou rychlostí (počet kmitů za dobu), a nikoli posupnou rychlostí (dráha za dobu), která je pro světlo ve vakuu vždy rovna c, tj. zhruba 300 000 000 km/s. "Kuličky" (fotony) se tam neuplatňují jinak, než tím, že energie gumy (pole) se mění jen v určitých dávkách (kvantech). Fotony tedy nekmitají, ale řekněme, že každý z nich, jak tak letí (rychlostí světla ve směru šíření vlny), má svou barvu, která odpovídá frekvenci kmitů. Představte si, že mají barvu, a navíc pro nás pro teď třebas střídavě světlají a tmavnou s touto frekvencí, tj. jeden kmit jim trvá dobu T. Pokud byste si značili jejich na cestě (kudy letí) body, kde měly barvu nejsilnější, pak dvě značky na cestě budou vzdáleny o délku L vlny. Ta je rovna L = c.T, kde T je doba kmitu. Modrý foton bude mít tuto vzdálenost zhruba poloviční oproti červenému, třebaže se šíří ve vakuu přesně stejně rychle. Jenže ten modrý kmitá rychleji.
(J. Obdržálek)   >>>  

1405) Čtvrtý prostor12. 05. 2002

Dotaz: Zaujala mě relativistická teorie. Nedokážu si vysvětlit čtvrtý prosto (vlastně ani představit). Co tedy vlastně čtvrtý prostor je? (Štencl Petr)

Odpověď: Nehledejte v tom nic složitého. Čtvrtý prostor slouží prostě pro další číslo - čas - který potřebujeme k tomu, abychom se např. jednoznačně setkali s někým, o koho stojíme. Zadáme tři souřadnice prostorové (tedy kde se uvidíme) a jednu časovou (kdy to bude). Nesnažte si čtvrtý rozměr představovat geometricky (jako další kolmici ke třem osám x, y, z), to samozřejmě v našem trojrozměrném geometrickém prostoru nenajdete. Podstatné je umět s tím počítat (umět spočítat rychlost apod.). Pravidelný stopadesátiúhelník si taky neumíte představit (nerozlišíte ho od kružnice), ale přesto o něm víte všecko potřebné, že má 150 stran, 150 vrcholů, 150x149/2 úhlopříček atd.atd. Nákupčí objednávající ze skladu o 500 položkách pracuje v 500-rozměrném prostoru, každá jeho objednávka je bodem v 500-rozměrném prostoru. A taky to umí objednat.
(J. Obdržálek)   >>>  

1406) Zemské magnetické pole10. 05. 2002

Dotaz: V matfyz tabulkách je uváděna svislá hodnota intenzity magnetického pole Země v našich končinách - a to 20 mikrotesla. Intenzita mg. pole se ale přece udává v A/m. Jak vůbec vypadají siločáry mg. pole Země? (ing. R. Voráček)

Odpověď: Veličiny intenzita magnetického pole (H s jednotkou A/m) a magnetická indukce (B s jednotkou tesla [T]) jsou ve
vakuu úměrné veličiny (B =
m0˙H) a někdy jsou zaměňovány. Údaj 20 mikrotesla je jednoznačně údaj o magnetické indukci.

Magnetické indukční čáry Země: na severu je jižní pól zemského magnetu. Proto se k němu natáčí severní pól magnetky. (Opačné póly se přitahují, souhlasné odpuzují.

1) Hodnoty v tabulkách udávají magnetickou indukci (T, tesla), nikoli intenzitu (A/m). Pro označení "intenzita" jsou dva "historické důvody" (doufám, že už brzo vyšumí):
a) dokud se užívala Gaussova soustava (cgs), bylo to jedno, obojí se udávalo v Gaussech, a vzhledem k tomu, že relativní permeabilita vzduchu je prakticky rovna jedné, bylo B=mu H = H.
b) Sousloví "Intenzita zemského magnetického pole" se chápalo tak trochu jako "Velikost ...", "Síla...", "mohutnost..." apod.
Magnetická indukce je v různých smyslech "důležitější" než intenzita, např. síla F působící na náboj v elektromagnetickém poli je
F = q( E + v x B), kde q je náboj, v jeho rychlost (vektor), x značí vektorový součin, E vektor elektrické intenzity a B vektor magnetické indukce.
2) Siločáry mg. pole Země (ve vzduchu nad Zemí zřejmě není rozdíl mezi směrem magnetické intenzity H a magnetické indukce B) vypadají přesně tak, jak znáte siločáry elektrického dipólu. Podívejte se třeba do velké barevné učebnice FYZIKA (Halliday, Resnick, Walker), čes. překlad Prometheus,2001, do kap. 22 a dalších.

(M. Rojko, J. Obdržálek)   >>>  

1407) Jak vzniká magnetismus?10. 05. 2002

Dotaz: Mohli byste mi jasně a přesně vysvětlit, co je a jak vzniká magnetismus? V knížkách se člověk sice dozví to, že magnetismus vzniká při pohybu elektronů nebo podobně,ale jaký je princip vzniku magnetického pole na úrovni kvantové fyziky? Taky jsem někde četl, že tu hrají určitou roli spiny elektronu, fotony apod. (Tomáš Psika)

Odpověď: Podívejte se třeba do velké barevné učebnice FYZIKA (Halliday, Resnick, Walker), čes. překlad Prometheus,2001, do kap. 29 a dalších.

Stručně řečeno: 1) Formulujme otázku nikoli "co je to magnetismus, magnetické pole" apod., protože slovníková odpověď typu "magnetismus je hromadné označení pro jevy související s magnetickým polem" a "magnetické pole je spolu s elektrickým polem nedělitelnou součástí elektromagnetického pole" by vás těžko uspokojila. Otázka "Co je A?" se zodpoví převedením A na B,C,D.. která jsou známá -- nebo která pokládáme za známá a nerozebíráme je takhle obecně (např. čas). Ptejme se raději "jak vzniká magnetické pole, jak se projevuje, co ho ovlivňuje apod." Pak lze říci toto: 2) Některé elementární částice mají vlastnost zvanou elektrický náboj, vyjádřitelnou jako celistvé násobky tzv. elementárního náboje e. Proton má náboj e, elektron --e, neutron 0 (tj. nemá elektrický náboj). Pro úplnost: tzv. kvarky z nichž je mj. složen proton i neutron, mají náboje 2e/3 a --e/3, ale nevyskytují se nikdy samostatně. Náboj soustavy je algebraickým součtem všech nábojů jejich částí a náboj proto můžeme snadno pozorovat i na makroskopické úrovni. 3) Částice s elektrickým nábojem (budeme ji pro stručnost nazývat prostě "náboj") působí na jiný náboj silou. Vykládáme to zavedením pojmu pole:
a) náboj vytváří kolem sebe pole
b) pole se mění (šíří se jeho změny apod.)
c) je-li náboj v (cizím, nikoli jen vlastním) poli, působí na něj síla podle vzorce F = q( E + v x B),
kde q je náboj, v jeho rychlost (vektor), x značí vektorový součin, E vektor elektrické intenzity a B vektor magnetické indukce.
4) Kvantová teorie a) popisuje částici i pole stejnými prostředky, b) vystihuje skutečnost, že některé základní charakteristiky částic (a tedy i polí) se mění nikoli spojitě, ale po jistých dávkách -- kvantech; např. kvantem elmg. pole je foton. Ale i částice samy mohu chápat a popisovat jako kvanta jistých polí. Tím se vysvětluje, že částice téhož druhu jsou v kvantové teorii navzájem nerozlišitelné (asi jako jednotlivé koruny na vašem účtu ve spořitelně). c) dává nám "pohybové rovnice", tj. rovnice, jimiž se příslušná kvantová pole řídí.
5) Některé částice mají vlastnost zvanou spin (samozřejmě rovněž kvantovanou). Ta je spojena jednak s momentem hybnosti, jednak s magnetickým dipólovým momentem. Cokoliv byste potřeboval vědět podrobněji či přesněji, hledejte v (dobrých) učebnicích raději než v (dobré) populární literatuře. (Od toho jsou totiž učebnice, aby vám něco systematicky vysvětlily. Populární literatura má za účel přitáhnout a udržet váš zájem, i když občas jen ozobe ty třešničky z dortu a seriozní základ vám nedá.)

(J. Obdržálek)   >>>