FyzWeb  odpovědna

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


nalezeno 11 dotazů obsahujících »kmitat«

5) Torzní tyč23.02.2004

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.
(M.Rojko)   >>>  

6) Mechanický model napětí, zesilovače a střídavého proudu23.01.2004

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.

(M.Rojko)   >>>  

7) Proč jsou látky průhledné?04.06.2003

Dotaz: Dokázal již někdo přijatelně vysvětlit proč jsou některé látky průhledné a průsvitné? Jak procházejí fotony hmotou? Nezdá se mi, že by šlo o postupné předávání vlnění z čelní plochy skrz až na plochu výstupní. Dopadající fotony přece nemají takovou energii, aby dokázaly rozkmitat celou tlošťku a navíc (u látek průhledných) bez zkreslení. Jak to ty fotony dělají? (Pavel Dombrovský)

Odpověď: Vaše formulace se mi zdá být zatížena takovou "materiální" představou fotonů jako kuliček z něčeho zformovaných - třeba střel, které si mají prorazit cestu "nepřátelským územím". Ale tomu tak není. Realitě je stejně blízká představa, že foton je pomluva, která se šíří mezi lidmi - vzruší je (rozkmitá je), oni ji předají dál, a zapomenou na ni. I toto je samozřejmě jen příměr.
Chcete-li hlubší fyzikální obraz, podle kterého by taky šlo něco spočítat, pak nezbyde než sáhnout po nějaké učebnici fyzikální optiky. Z hlediska kvantové teorie je to všecko jednak složitější, jednak jednodušší. Zavádíme tzv. účinný průřez pro to, abychom jednoduše popsali "velikost terče" při interakci (srážce); průběh srážky se počítá kvantově, ale o tom nemá smyslu mluvil takhle "letmo". Taky foton (coby kvantovaná elektromagnetická vlna) v látkovém prostředí je "něco jiného" než foton ve vakuu - v látce se prostě na elektromagnetických kmitech E, B "přiživí" i nabité částice tvořící látku (jádra, elektrony). Proto vychází ustálená rychlost menší než c. Rozbor přechodových jevů je dosti složitý i klasicky (viz např. Stratton: Teorie elektromagnetického pole).
Mimochodem, takové neutrino dokáže proletět Zeměkoulí s velice vysokou pravděpodobností, že se vůbec neodchýlí.
(J.Obdržálek)   >>>  

8) Proč praskne láhev?04.12.2002

Dotaz: Proč dojde k prasknutí láhve,zmrzne-li v ní voda? (Petr)

Odpověď: Milý Petře, Váš dotaz souvisí s roztažností látek. Určitě víte, že všechny látky jsou složeny z atomů. Když látku zahřejete, začnou atomy kmitat rychleji, jejich kmity "zabírají" více prostoru a atomy se tak od sebe vzdalují. Všechny látky se při zahřátí roztahují. Ale různé látky různě. Při ochlazení se potom naopak smršťují. Ale voda se chová jinak!!! Váš příklad to dokazuje. Led má větší objem než voda, ze které vznikl (má tedy o trochu nižší hustotu). Voda se při zahřátí z 0°C chová neobvykle. Při vzrůstu teploty z 0°C na 4°C se totiž smršťuje. Od 4°C se dále roztahuje jako všechny ostatní kapaliny. Při teplotě 4°C zabírá voda nejmenší objem, má tedy největší hustotu a je-li obklopena teplejší nebo studenější vodou, bude klesat ke dnu. Proto v zimě voda v rybnících a řekách zamrzá na povrchu, ale u dna se stále udržuje voda o teplotě asi 4°C, v níž přezimují ryby a jiní vodní živočichové. Podívejte se na web a zkuste tam najít zajímavé články o vodě.
(M.Urbanová)   >>>  

9) 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)   >>>