FyzWeb  odpovědna

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


nalezeno 1493 dotazů

803) Srážka aut24. 02. 2004

Dotaz: Jaký je rozdíl mezi tím, když tím když auto narazí do zdi v rychlosti 100km/h a tím když dvě auta narazí do sebe čelně v rychlosti 100km/h? (MACHALA PAVEL)

Odpověď: Než odpovím na to, na co se ptáte, zjednoduším dotaz na situaci, že jednou narazí auto do stojícího stejného auta a podruhé se srazí dvě auta jedoucí stovkou proti sobě.
Rychlost při nárazu stojícího a jedoucího auta je 100 km/h a pohybová energie, která se spotřebuje převážně na výrobu dvou vraků, má určitou hodnotu, která závisí i na tom, jakou má auto hmotnost. Když jedou dvě stejná auta stejnou rychlostí proti sobě, je k dispozuici na výrobu šrotu samozřejmě dvojnásobek energie.
V případě nárazu auta do zdi to ale dopadne hůře, než při nárazu do stojícího auta, protože zeď se nehne a maření pohybové energie probíhá větší rychlostí a tedy při větších silách a kratší době srážky. Je to obdobné, jako když lahví praštíte do matrace nebo do zdi. I když rychlost lahve bude v obou případech stejná, pomalejší brzdění na matraci bude probíhat menší silou a lahev vydrží, zatím co v případě úderu do zdi bude doba srážky krátká a při tom vyvinutá síla značná.
(M. Rojko)

Srazí-li se čelně dvě auta jedoucí rychlostí 100 km/h, je vznikající hromada šrotu v klidu vůči silnici a celá energie se spotřebuje na destrukci aut a posádky. Narazí-li jedno auto do ideálně pevné zdi při této rychlosti, pak hromada šrotu vzniká v klidu u zdi a energie na destrukci je stejná jako v prvním případě. Kolega Rojko přidal případ, ža auto narazí do auta stojícího. Pak se část energie investuje do pohybu vznikající hromady šrotu (pohybu těžiště), energie zbývající na destrukci je znatelně méně.
(J. Dolejší)   >>>  

804) 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)   >>>  

805) Jak funguje termoska?23. 02. 2004

Dotaz: Chtěla bych se zeptat, proč vydrží zmrzlina v termosce studená a čaj teplý? (petra)

Odpověď: Termoska je nádoba s dvojitými skleněnými stěnami, mezi kterými je vyčerpán vzduch a stěny jsou zevnitř stříbrně pokoveny. Teplo se tedy přes stěny špatně šíří, tepelnému záření brání kovový povlak, který ho odráží, vedení a proudění je potlačeno tím, že mezi stěnami je skoro vakuum. Teplo z čaje proto nemůže snadno unikat ven do chladnějšího prostředí a obráceně teplo z venku se špatně dostává dovnitř ke studenější zmrzlině.
(M. Rojko)   >>>  

806) Je plamen formou plazmatu?07. 02. 2004

Dotaz: 1. Chtěl bych se zeptat jestli je plamen formou plazmatu (jestli se zde vyskytují ionty), jestli je to otázka teploty nebo elektromagnetického pole.
2. Četl jsem něco o iontovém motoru, kde se ionty urychlují elektromagnetickým polem a zajímalo by mne, jestli to samé lze udělat i se spalinami chemického motoru - zvýšení rychlosti výtokových plynů a výkonnosti pohonu rakety. Rychlost iontů je asi 10x vyšší než u chemického paliva, ale nemá takovou akceleraci a nelze použít v atmosféře, a já nevím proč. (Petr Zimmermann)

Odpověď: 1. Ionty se, např. vlivem kosmického záření, běžně vyskytují i ve vzduchu za pokojové teploty. Pouhý výskyt iontů tedy není dobrým kritériem pro to, aby bylo rozumné nějaké prostředí nazvat plazmatem. Plamen sice obsahuje velké množství iontů (1014 - 1018 v krychlovém metru), ale formou plazmatu bych jej též, z důvodů, jež se pokusím níže vysvětlit, nenazval.
Plazma je obyčejně definováno jako navenek neutrální plyn obsahující velké množství kladně i záporně nabitých částic, které se vzájemně ovlivňují elektromagnetickými silami. Přesněji řečeno, lze definovat tři podmínky pro plazma:
A. Rozměr plazmatu musí být mnohem větší, než je Debyeova délka, neboli vzdálenost, na které nabité částice elektrostaticky odstíní náboje do plazmatu vložené. Tato vzdálenost je přímo úměrná tepelné rychlosti částic a nepřímo úměrná odmocnině z jejich hustoty.
B. Hustota nabitých částic musí být taková, aby v krychli o hraně rovné Debyeově délce byl statisticky významný počet částic, to jest mnohem více, než jednotky.
C. Pokud plyn obsahuje i neutrální částice, srážky mezi nimi a nabitými částicemi musí být méně časté než je perioda oscilací působených vzájemným působením elektromagnetických sil mezi nabitými částicemi. V opačném případě by se totiž nabité částice vzájemně neovlivňovaly elektromagnetickými silami, ale pohybovaly pod vlivem srážek s neutrálním plynem. Za onu periodu oscilací zde lze uvažovat periodu elektrostatických plazmových kmitů, jež je nepřímo úměrná odmocnině z hustoty nabitých částic. Na hustotě nabitých a neutrálních částic a na jejich tepelných rychlostech též závisí frekvence jejich vzájemných srážek.

Pro odpověď na otázku, je-li plamen formou plazmatu je tedy důležitá nejen teplota ale i hustota nabitých a neutrálních částic. O teplotě plamene přirozeně hořících materiálů mají dobrý přehled hasiči. Následující tabulka je převzata z [1].
rašelina, mazut: 1 000 °C
dřevo, hnědé uhlí, ropa, petrolej, motorová nafta: 1 100 °C
černé uhlí, kaučuk a jeho výrobky, benzín: 1 200 °C
antracit, síra: 1 300 °C
hořlavé plyny: 1 300 - 1 500 °C
hořčík, elektron: 2 000 °C
Jak uvádí pplk. Mráz [2], hořící plastová ramínka z tvrzeného polystyrenu mají teplotu plamene až 2210 °C.
Co se týče uměle pěstovaného plamene, běžné propan-butanové hořáky dosahují teploty plamene 800-1600 °C. Zemní plyn spalovaný na vzduchu dosahuje teploty asi 2000 °C a v čistém kyslíku asi 2700 °C. Acetyléno-kyslíkový hořák vyvine teplotu 2700-3200 °C a tryska hlavního motoru raketoplánu, napájená kapalným kyslíkem a kapalným vodíkem dosáhne teploty plamene asi 3300 °C [3].
Převážná většina nabitých částic vzniká při chemických reakcích spojených s hořením, nikoli tedy přímou tepelnou ionizací. Hustota a druh vzniklých nabitých částic tak velmi závisí na druhu paliva. Při hoření dochází ke vzniku kladných iontů (například CHO+, CH3+, C2H3O+, H3O+), záporných iontů (např. O2-) a elektronů, ale občas též až mikrometrových grafitových částic s kladnými náboji řádu 1000 elementárních nábojů [4,5]). Hustota vniklých nabitých částic je, podle druhu paliva, mezi 1014 m-3 (klasická tuhá paliva [5]) a 1018 m-3 (maximum pro plynná paliva v hořácích a tryskách [4,6]). To ale může být stále ještě zanedbatelná hodnota v porovnání s hustotou neutrálních částic, jež je za pokojové teploty a atmosférického tlaku asi 3*1025 m-3.
Z takto shromážděných údajů lze již ověřit, platí-li výše uvedené podmínky A-C pro to, abychom plamen mohli označit jako plazma. Zde zjistíme, že podmínkám A a B plamen většinou vyhoví (Debyeova délka je v řádech od 10-6 do 10-4 m), avšak podmínce C nikoli. Frekvence plazmových kmitů je zde mezi 100 MHz a 10 GHz, což je výrazně méně, než je frekvence srážek mezi elektrony a neutrálními částicemi, jež je v řádech tisíců GHz. Pohyb nabitých částic v plameni je tedy natolik ovlivňován srážkami s neutrálním plynem, že jejich vzájemné elektromagnetické působení je zanedbatelné, a plamen v tomto smyslu nelze nazvat plazmatem.
Doporučená literatura:
F.F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha 1984.
Použitá literatura:
[1] Ing. Bohdan PTÁČEK, Základy požární taktiky: Parametry požáru, MV ŘEDITELSTVÍ HASIČSKÉHO ZÁCHRANNÉHO SBORU ČR ODBORNÁ PŘÍPRAVA JEDNOTEK PO^ÎÁRNÍ OCHRANY, Konspekt 1-1-04 (http://onsov.borec.cz/hasici/1_1_04.html)
[2] pplk. Milan MRÁZ, V Otovicích hasiči bojovali s velkým množstvím hoříciho plastu, 150 HOŘÍ číslo 9/2001 ( http://www.mvcr.cz/casopisy/150hori/2001/zari/mraz.html )
[3] http://www.space.com/businesstechnology/technology/new_shuttle_engine_010426.htm l
[4] A. Sorokin, Emission of ions and charged soot particles by aircraft engines, Atmos. Chem. Phys. 3, 325-334, 2003.
[5] D. J. Latham, Space charge generated by wind tunnel fires, Atmospheric Research 51, 267-278, 1999.
[6] R. M. Clements and P. R. Smy, Anomalous currents to a spherical electrostatic probe in a flame plasma, Brit. J. Appl. Phys. (J. Phys. D) Ser. 2, Vol. 2, 1731-1737, 1969.

2. Druhá část otázky je spíše technického rázu, odpovím jen stručně: Iontový motor může pracovat po dlouhou dobu, ale na druhou stranu pracuje s velmi malým tahem. Lze jej použít pro drobné korekce drah již vypuštěných družic, pro korekce orientace, a přichází doba jeho použití pro postupné urychlování těles. To povede k výrazným korekcím drah, avšak pouze při dlouhodobém chodu motoru umístěném na klasicky vypuštěných tělesech. Z běžného velmi malého poměru koncentrací iontů a neutrálních částic v plameni (viz výše) vyplývá, že klasický pohon raket je založen spíše na proudu neutrálních částic a dodatečné urychlování iontů by se v této situaci patrně nijak neprojevilo.
(RNDr. Ondřej Santolík, Dr.)   >>>  

807) Konstantní rychlost světla a současnost událostí02. 02. 2004

Dotaz: V učebnicích teorie relativity se často uvádí jako myšlenkový pokus dokazující dilataci času příklad, ve kterém se v jedoucím vlaku na malý okamžik rozsvítí baterka a paprsek vyslaný kolmo nahoru se odrazí od zrcátka zpět. Pro pozorovatele jedoucího ve vlaku paprsek vykoná cestu nahoru a dolů, avšak z pohledu pozorovatele stojícího mimo vlak paprsek vykoná pohyb šikmo nahoru a šikmo dolů. Ale totéž je možno udělat například s míčem při rychlosti třeba 60 km/h, ale o tak velké dilataci času, která by tak vyšla nejde hovořit. Čím je tedy světlo tak ''univerzální''? Protože kdyby mělo nekonečnou rychlost, byla by současnost absolutní. Také mě zarazilo tvrzení o relativnosti současnosti. Uvádí se příklad dvou od sebe vzdálených pozorovatelů. Jeden pozorovatel tomu druhému zamává, avšak druhý pozorovatel spatří toto zamávání o chvíli později. Podle mě se musí brát v úvahu, jak myslíme pojem ''současnost'', jestli jako to co vidíme nebo jako to, co se stalo. (Petr Choulík)

Odpověď: Klíčový rozdíl mezi míčem a světlem ve vašem příkladu je to, že světlo létá STEJNOU rychlostí v každé soustavě (to je ověřeno experimentálně a je základ speciální teorie relativity), zatímco míč ne. Na téma současnost: Uvažujte, co vidíte, změříte atd. z hlediska různých soustav. Tj. podstatné výroky znějí: "Pro pozorovatele v dané soustavě jsou/nejsou tyto dvě události současné (vidí/nevidí je jako současné)" Komplikace se současností nevznikají jen v případě současných soumístných událostí, to je vidět stejně z libovolné soustavy.
(J. Dolejší)   >>>