FyzWeb  odpovědna

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


nalezeno 1493 dotazů

789) Nadsvětelná rychlost a dělení nulou12. 03. 2004

Dotaz: Všude se říká, že těleso nemůže nikdy dosáhnout rychlosti světla, jelikož to vyplývá ze zlomku 1 / r(1 - (v^2 / c^2)) => dělili bychom nulou. Ale vždyť se stále učíme počítat v komplexní rovině (pro rychlosti > c) a nulou se v matematice taky občas dělí, tak proč by to nemělo fungovat? Jako jediný důvod mě napadla narůstající hmotnost tělesa, ale při pohybu někde ve vesmíru by teoreticky měla stačit jakákoliv i nepatrná síla na zrychlení tohoto tělesa. A kdyby náhodou už toto někdo teoreticky potvrdil, tak kam by se těleso dostalo, kdyby mělo všechny souřadnice komplexní? (lefan)

Odpověď:

Matematici dokáží zobecnit různé věci, ale pokud je mi známo, nulou se ještě dělit opravdu nenaučili :-) Částice pohybující se rychlostí světla ovšem existují, jsou to přesně ty, které mají nulovou klidovou hmotnost (např. foton). Takové částice se ani jinou rychlostí pohybovat nemůžou, v případě, že by jejich rychlost byla nižší než c, měly by nulovou hmotnost i energii.

Překonat rychlost světla působením síly na hmotné těleso také není možné, protože by k tomu byla potřeba nekonečně velká práce. Pokud bychom na těleso o klidové hmotnosti m0 působili stálou silou F po dráze s, dodali bychom mu energii F.s, takže by mělo hmotnost m = m0 + Fs/c2, což bude stále konečné číslo odpovídající nějaké konečné rychlosti menší než c.

Tvůj návrh s počítáním v komplexních číslech už fyziky také napadnul. Částice pohybující se rychleji než světlo dokonce mají svůj název, říká se jim tachyony. Jednou z jejich vlastností je např. to, že mají imaginární klidovou hmostnost. Nicméně nikdy je nikdo nepozoroval a i teorie, která by je jejich existenci připustila, by obsahovala řadu nekonzistencí. Např. možnost přenášet informace rychlostí větší než c vede k porušení principu kauzuality. Ten tvrdí, že je-li jeden jev příčinou jiného, pak pořadí, v jakém tyto děje nastanou, nezávisí na soustavě, ze které pozorujeme.

(J. Houštěk)   >>>  

790) Zákon zachování hmoty v relativitě12. 03. 2004

Dotaz: Základním zákonem zachování je zákon zachování hmoty a to i relativistické, tj. izolovaná soustava má stálou relativistickou hmotnost. Pokud by se v této soustavě začalo nějaké těleso pohybovat (nebo by zvětšilo svou stávající rychlost), tj. zvětšilo svou hmotnost, muselo by jiné těleso "zhubnout", aby první těleso získalo energii na zvětšení rychlosti? Děkuji za odpověď. (Iveta Krahulcová)

Odpověď: Záleží na tom, jak na sebe budou tělesa v té izolované soustavě působit. Pokud bychom si představili například pružný ráz, pak skutečně platí, že součet hmotností těles se nezmění. Když se v Newtonovské teorii řeší úlohy o pružných srážkách, vychází se ze zákona zachování hybnosti a energie. Ve speciální relativitě to je stejné, zákon zachování energie lze skrze vztah E = m c2 považovat za ekvivalentní právě zákonu zachování hmotnosti.

Poněkud složitější to je v případě, že uvažujeme elektromagnetické působení. Např. Slunce (nebo libovolná jiná hvězda) vyzařuje energii ve formě elektromagnetických vln. Kvanta této energie se nazývají fotony a podle vlnové délky mají různou povahu (v případě Slunce je vnímáme převážně jako teplo a světlo). Díky tomuto vyzařování hvězda ztrácí určitou hmotnost (schválně si pomocí vzorce E = m c2 a údajů o Slunci spočítejte, kolik to bude za jeden den). Má-li zde tedy platit zákon zachování hmotnosti, je nutné započítat i hmotnost odpovídající energii vyzářených fotonů.

(J. Houštěk)   >>>  

791) Co padá rychleji?11. 03. 2004

Dotaz: Jednou jsem měla dělat pokus na odpor vzduchu. Pustila jsem jeden papír zmačkaný a druhý ne. Zmačkaný dopadl dříve, což je logické. Jenže můj pan profesor pak pustil křídu a ten zmačkaný papír a obojí dopadlo stejně. Pan profesor řekl, že všechny předměty padají k Zemi stejnou rychlostí a tedy na hmotnosti nezáleží. Ale když pustíme k zemi knihu a papír, který je stejně velký jako kniha, tak kniha logicky dopadne dříve, protože je těžší, ale odpor vzduchu je stejný u knihy i u papíru. A kdyby všechny předměty padaly kzemi stejnou rychlostí a nezáleželo by na hmotnosti, tak by papír i kniha měly dopadnout stejně. Jak to tedy je? Velice by mě to zajímalo. (Jana)

Odpověď: Milá Jano, tvrzení, že rychlost padání nezáleží na hmotnosti, je pravdivé jen v případě, že oba předměty padají ve vzduchoprázdnu, a přibližně to platí i tehdy, když je odpor vzduchu zanedbatelný.
Ani v jednom z předváděných pokusů, o nichž mluvíš, to není splněno a proto se rychlosti liší, i když to třeba při kantorově pokusu nebylo dobře vidět. (Požádej ho, ať to pustí z okna ve 2. patře a hin se ukáže.) Aby dva předměty padaly i ve vzduchu přesně stejně, tedy se stejnou změnou rychlosti, muselo by platit, že složka zrychlení vyvolaná brzděním vzduchu tj. podle II. Newtonova zákona (a = odpor vzduchu/hmotnost padajícího předmětu) je pro oba předměty stejná. Z toho je vidět, že nestačí jen stejný odpor vzduchu. Pro padání ve vzduchu jsou tedy Tvé námitky zcela oprávněné.
(M. Rojko)   >>>  

792) Proč náboj v gravitačním poli nevyzařuje?10. 03. 2004

Dotaz: Když je elektrický náboj urychlovaný, tak vyzařuje elektromagnetické vlny. Podle obecné teorie relativity je v laboratoři fyzikálně nerozlišitelné, jestli je laboratoř urychlovaná se zrychlením "a", nebo je v klidu v gravitačním poli, kde působí tíže g=a. To ale znamená, že nabité těleso, které je v klidu v gravitačním poli by také mělo vyzařovat(?). V tom případě by ale bylo v principu nevyčerpatelným zdrojem energie (např. když by bylo umístěno v uzavřeném prostoru ve vakuu, aby se jeho náboj nezmenšoval), takže perpetum mobile. Někde je v úvaze chyba ....? (František Kříž)

Odpověď: Řešení vašeho "paradoxu", totiž že i těleso stojící v klidu v homogenním gravitačním poli vyzařuje elektromagnetické a gravitační vlny, spočívá v tom, že "záření" je GLOBÁLNÍ pojem, který není definovatelný jen pomoci čistě lokálních úvah a charakteristik. Proto nelze v tomto případě použít argumentů opírajícího se o princip ekvivalence: ten totiž právě platí POUZE LOKÁLNĚ.
Abychom mohli hovořit o záření, je nutno vyšetřovat asymptotické chování polí (elektromagnetických nebo gravitačních) dostatečně daleko od zdrojů. Musíme tedy především vědět, kde se nekonečno nachází (to není v obecné relativitě vůbec triviální otázka), a pak zkoumat, jak rychle klesá velikost příslušného pole, když se do takového nekonečna blížíme.
Prakticky většinou uvažujeme situaci, kdy zdroj je izolovaný (jedná se například o elektrony pohybující se ve vysílací anténě, anebo o dvojhvězdný systém, který periodicky deformuje prostoročas). Pak "zářivé" složky pole jsou takové, které klesají jako 1/r, kde r je vzdálenost od těžiště zdroje. Abychom tedy mohli hovořit o záření, používáme speciálně zvolenou nerotující vztažnou soustavu, ve které se dají příslušné složky pole dobře a snadno analyzovat. Konkrétně: pokud jde o gravitační pole, platí, že každé těleso, které se pohybuje zrychleně vůči této speciální soustavě, bude vyzařovat gravitační vlny, jež budou odnášet část energie zdroje. Bude-li například těleso padat volným pádem v gravitačním poli Země, bude se pohybovat ze zrychlením VŮČI zemskému středu, který je totožný s počátkem výše zmíněné speciální soustavy. Proto bude vyzařovat gravitační vlny, jejichž energie bude úměrná hmotnosti tělesa, jeho zrychlení a gravitační konstantě, a nepřímo úměrná páté mocnině rychlosti světla (což je nesmírně malé číslo, a proto budou takové vlny velmi slabé). Podobně také družice obíhající po kruhové dráze okolo Země bude vyzařovat (rovněž slabě) gravitační vlny. Naproti tomu těleso, které bude vůči centru v klidu nebo pohybu rovnoměrně přímočarém, zářit nebude.
Náboj stojící na jednom místě v gravitačním poli Země tedy nebude vyzařovat elektromagnetické vlny (zanedbáme-li ovšem malé zrychlení způsobené rotací Země či oběhem Země kolem Slunce), nelze ho tedy použít coby "perpetum mobile".
(Doc. RNDr. Jiří Podolský, Csc.)   >>>  

793) Tvar gravitačního pole pohybujícího se tělesa10. 03. 2004

Dotaz: V Odpovědně již zazněl dotaz, zda se projeví kinetická energie pohybujícího se tělesa na zvýšení jeho hmotnosti a s ní i gravitační síly tělesa. Změní přidaná (kinetická) hmotnost tvar gravitačního pole tělesa v pohybu? Nemám teď na mysli relativistickou deformaci tělesa a jeho gravipole z pohledu vnějšího pozorovatele, ale případnou deformaci tvaru gravipole objektivně změřenou na různých místech povrchu tělesa místním pozorovatelem pohybujícím se spolu s tělesem. Předpokládejme, že toto těleso mělo v klidu ideální kulový tvar a tedy také ideálně sférické rozložení intenzity gravipole. Otázka tedy zní: Zůstane gravitační pole pohybujícího se (v klidu ideálně sférického) tělesa pro místního pozorovatele ideálně sférické? (Josef Korba)

Odpověď: Na Vaši přímou otázku, zda "Gravitační pole pohybujícího se (v klidu ideálně sférického) tělesa zůstane pro místního pozorovatele ideálně sférické?", lze v zásadě odpovědět "Ano". Nicméně toto "ano" platí jen za jistých předpokladů o tom, jakého charakteru je pohyb tělesa a kdo přesně je zmíněný "místní pozorovatel". Může se například stát, že kinetická energie dodaná tělesu přejde nikoli (jen) do translační, ale do ROTAČNÍ kinetické energie. Gravitační pole rotujícího tělesa už nebude sféricky symetrické, pokud nebude pozorovatel provádět svá měření v soustavě "spolurotující" s objektem.
(Doc. RNDr. Jiří Podolský, CSc.)   >>>