Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
1484) Tlak vzduchu v balónku
10. 12. 2001
Dotaz: Prosíme o odpověď na otázku, proč se v balónku, z něhož uniká vzduch, zvyšuje tlak ?
(Martin Tobiáš)
Odpověď: Dříve, než se podíváme na balónek, podívejme se na bublinu. Bublina je tvořena blánou, která má jisté povrchové napětí s. Tlak v bublině závisí na poloměru R bubliny vztahem p = 4 s / R, jak se snadno odvodí ze skládání sil povrchového napětí s uvážením dvou povrchů bubliny (vnitřního a vnějšího).
Tedy v bublině je opravdu větší tlak při menším poloměru.
Balónek ale nemá konstantní povrchové napětí. Napětí gumy balónku závisí na tom, jak moc je nafouknutý, předpokládejme pro jednoduchost, že lineárně na natažení: 2 s = konst. R, z toho plyne tlak v gumovém balónku p = konst.! Reálná guma se asi takhle jednoduše chovat nebude. Zatímco my tu budeme hledat odpověď u kolegů, kteří rozumí polymerům, navrhujeme Vám, abyste změřil, jak v reálném balónku závisí tlak na poloměru. Nejsnazší by asi bylo použít průhlednou hadičku s vodou jako tlakoměr při nafukování. Pošlete nám prosím výsledky.
Dotaz: 1. Slyšel jsem, že při pohledu z letícího letadla je vidět duha ve tvaru uzavřeného kruhu. Co je na tom pravdy?
2. Jaké je největší (resp. nejmenší) prakticky použitelné číslo? (např. číslo udávající počet částic ve vesmíru) (Václav Voráček)
Odpověď: 1. My nelétáme
tak často, abychom ji viděli na vlastní oči. Poletíte-li ale
poblíž vhodného závoje deště a bude-li svítit sluníčko z
druhé strany letadla, měl byste opravdu vidět duhu v podobě
uzavřeného kruhu charakterizovaného vrcholovým úhlem asi
42°.
Vysvětlení vzniku duhy a dalších atmosférických úkazů
můžete najít na stránkách Tomáše Tržického: http://www.astro.cz/projekty/ukazy/duha.htm#kanimaci
Další zajímavé články týkající se této problematiky najdete na: http://dir.seznam.cz/Veda/Fyzika/ 2. Odhad celkové hmoty viditelné vesmíru je 1023 Slunečních hmot, tj. asi 1081 nukleonů, nezanedbatelná je ale i neviditelná hmota (viz např. pěkný článek http://www.sciam.com/specialissues/0398cosmos/0398peebles.html
Za nejmenší prakticky použitelné číslo považuji nulu! Jinak třeba nejmenší rozměr ve světě bezprostředně kolem nás by mohl být třeba poloměr elektronu, který je podle rozptylových experimentů určitě menší než 1018 m (to je asi tisíckrát méně než poloměr protonu).
Dotaz: Kde začíná a končí duha? Čím se řídí její zakřivení a je vždy a všude
stejné? (Petr)
Odpověď: Z letadla lze vidět - máte-li ovšem to štěstí být právě ve správný
okamžik na správném místě - celou duhu jako úplnou kružnici, v jejímž
středu je stín letadla. Vždy je to tak, že střed duhy, Vaše oko a Slunce
leží na přímce. To, že obvykle vidíte (na louce) jen oblouk a ne celou
kružnici, je dáno tím, že "dole" prostě nejsou v příslušném směru kapky
vody, na nichž duha vzniká. Díváte-li se z vrcholu kopce do údolí, kde
je duha, vidíte z kružnice podstatně víc. Duha má vždy tvar kousku (nebo
kousků) kružnice. Duh může být současně i více; další jsou pak způsobeny
vícenásobným odrazem uvnitř kapky vody, v níž vlastně duha vzniká.
Podrobný výklad je v každé učebnici fyzikální optiky; je také v učebnici
FYZIKA (Halliday, Resnick, Walker) ve 4. dílu, spolu s fotografiemi a
podrobným rozborem i dalších podobných jevů.
Dotaz: Proč při odvozování rovnice pro dilataci času je podmínkou, aby světelný
paprsek kmital kolmo k vektoru rychlosti pohybu jedné soustavy vůči druhé?
Když paprsek kmitá třeba rovnoběžně s vektorem rychlosti, vyjde něco jiného,
ale pokud ještě vezmu v úvahu kontrakci délek a dosadím to do této rovnice,
vyjde dilatace času. Myslím si, že invariance světla způsobuje deformaci
prostoru a nebo deformaci času, ale nikdy ne obodvoje najednou, čili myslím,
že ten hezký kompromis mezi časem a prostorem, který provedl Einstein je
trochu zbytečný. Prosil bych podrobnější odpověď. A ještě bych se chtěl
zeptat, jak Einstein došel k závěru, že čas a prostor spolu "žijí" v
kontinuitě? (Martin)
Odpověď: Přece jen si myslím, že jste se ještě vnitřně nesmířil s teorií
relativity. Zkuste to takto: neuvažujte např. o kontrakci délek jako o
vlastnosti materiálů či světla, které se "smršťují", když se pohybují
rychle. Kontrakce délek je přirozeným důsledkem toho, že pojem
současnosti není absolutní, ale relativní (závislý na tom, z jaké
soustavy ho měříme). Stejně tak je na tom soumístnost, a tomu se nikdo
nediví: objednávka kávy a její doručení v jídelním voze proběhlo
soumístně (na tomtéž místě) z hlediska vlaku, ale nesoumístně z hlediska
železniční trati. Měříte-li délku tyče, která se pohybuje, musíte změřit
a odečíst od sebe souřadnice jejích konců, ovšem měřené oba v tomtéž
okamžiku (představte si názorně, jak by vám vyšla tyč delší, kdybyste
její konec měřil dřív než začátek, a naopak kratší, kdybyste napřed
změřil, kde má začátek, a až za chvilku kde má konec). Není pak divu, že
délka tyče vám vyjde v různých soustavách různě, když v těchto
soustavách znamená "současnost" něco jiného.
Jinak ovšem detailní rozbor Michelsonova-Morleyho pokusu je v každé
(seriózní) učebnici relativity.
A jak na to Einstein přišel? To opravdu nevím. A ani to moc nechci
vědět, protože to, co bych se dočetl o tom, co a jak si myslel někdo
jiný, by nejspíš byly dodatečně vymyšlené báchorky. (A asi by mi
nepomohly k tomu, abych se taky naučil udělat tak odvážný skok jako
Einstein.) Ještě tak nejspolehlivějším pramenem by mohl být Leopold
Infeld, fyzik a zasvěcený Einsteinův životopisec (např. Fyzika jako
dobrodružství poznání.)
Dotaz: Michelson-Morleyho experiment. Otazka: Dlhsiu dobu prevadzam meranie
Michelsonovym interferometrom, z nameranych vysledkov som zistil, ze pre
vsetky merania s tymto interferometrom plati Snellov zakon. V slavnom
Michelson-Morleyho experimente je v matematickom vyjadreni pre pohyb
svetelnych lucov v ramenach interferometra ignorovany Snellov zakon . Snellov
zákon definuje, rýchlosť svetelných lúčov v hmotnom prostredí ako c/ n , kde
n je indexom lomu svetla hmotného prostredia . Vo výpočte pre posun
interferenčných prúžkov je nesprávne udávaná rýchlosť svetelných lúčov v
ramenách interferometra ako c , čo je rýchlosť svetla vo vákuu. V
Michelson-Morleyho experimente sa v ramenách interferometra vákum nenachádza.
Michelson - Morleyho experiment bol meraný vo vzduchu, preto svetelné lúče v
obidvoch ramenách interferometra sa pohybovali vo vzduchu. Vzduch v obidvoch
ramenách interferometra je v kµude voči interferometru, preto rýchlosť
svetelných lúčov voči interferometru je v obidvoch ramenách c/n. Rýchlosť
pohybu interferometra voči zdroju svetla nemá vplyv na rýchlosť svetelných
lúčov v ramenách interferometra, lebo rýchlosť svetelných lúčov v obidvoch
ramenách interferometra je určená len indexom lomu svetla vzduchu v ktorom sa
svetelné lúče pohybujú. Posun interferenčných prúžkov pri otočení
Michelsonovho interferometra o 90 stupňov nenastal, lebo rýchlosť svetelných
lúčov voči interferometru je v obidvoch ramenách konštantná c/n, po celú dobu
otáčania interferometra. Je potom kontrakcia dĺžok v smere pohybu tak ako ju
definoval Lorentz kontraktačnou hypotézou pre Michelson – Morleyho
experiment správna ? (Jozef Babiak)
Odpověď: Pane Babiaku,
velice jste mne svým dotazem potěšil (a jak doufám, potěším velice i já
Vás svou odpovědí). Potěšilo mne totiž, že jste si všiml skutečnosti,
která je sice - když o ní víme - jasně na očích, ale přitom - když o ní
nevíme - si ji zpravidla ani neuvědomíme: že totiž pracovat v evakuované
trubici by bylo další technickou komplikací už tak jemného pokusu. A teď
ta potěšující odpověď: I když přesně vzato má světlo ve vzduchu rychlost
jinou než ve vakuu, na průkaznosti M-M pokusu to nic nezmění. Proč?
Lze samozřejmě opakovat všechny teorie tohoto experimentu a všude
užívat c/n místo c; dostali bychom nové vzorce pro posuv proužků
odpovídající příslušné teorii. Nejjednodušší je ale uvážit, že z teorie
relativity plyne, že k žádnému posuvu proužků nemůže dojít (jinými
slovy, že posuv je roven nule). Potom je zřejmé, že toto platí i tehdy,
šíří-li se světlo jinou rychlostí než oněch 299 792 458 m/s, samozřejmě
za předpokladu, že tato rychlost je stejná ve všech směrech (tj. že
vzduch je izotropní). Je-li tedy nulový posuv proužků v M-M pokusu i při
pokusu prováděném ve stojícím vzduchu, je to potvrzením všech teorií,
které počítají se světlem ve vakuu v tomto pokusu.
Bylo by také možno provádět celý pokus např. ve vodě, tedy s rychlostí
světla podstatně nižší než ve vakuu; opět by nemělo dojít k posuvu
proužků, protože voda je izotropní. Samozřejmě by voda musela během
pokusu vůči aparatuře stát, jinak by směr jejího pohybu byl
"privilegovaným směrem". Pohyb světla v proudící vodě byl samozřejmě
také experimentálně ověřován, viz. Fizeauův "strhovací koeficient".
Samozřejmě že teorie relativity ho vysvětluje taky, a mnohem
jednodušeji: prostě Lorentzovou (a ne Galileovou) transformací do
systému spojeného s pohybující se vodou.
