FyzWeb  odpovědna

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

nalezeno 12 dotazů obsahujících »atmosférického«
4) Výbuch pod vodou08. 12. 2006

Dotaz: Četl jsem něco o akustické impedanci v souvislosti s výbuchy pod vodou. Na přechodu tlakové vlny mazi látkymi s různou AI (měkká tkáň-kost) se uvolňuje energie a ta "poškozuje" živočichy ve vodě. V jaké formě je ta energie a jak vůbec celý děj probíhá? Děkuji (matěj)

Odpověď: To jsou trochu vágní informace s "uvolňováním energie". Především akustické veličiny (jako třeba impedance) jsou míněny pro akustické účely, tedy v lineárním přiblížení, jehož oprávnění je dáno velikostí akustických tlaků (od nějakých 10-5 Pa do 20 Pa, oproti 101 325 Pa obyčetného atmosférického tlaku). Při výbuchu pod vodou určitě jde o hodnoty tlaků podstatně větší než akustické, zaména ví-li se, že při nich dojde k poškození živé tkáně.

Tady bych to vyšetřoval prostě jako odraz vlny na rozhraní dvou prostředí (tkáň-vaz, resp. vaz-kost) a podíval se na to, jaká maximální napětí tam budou u hranice - zda se tedy to od kosti může odtrhnout anebo ne.

Další otázka je, zda tkáň snese bez poškození vůbec průchod vlny s tak ostrým náběhem i amplitudou, jaké jsou při explozi pod vodou.

(Jan Obdržálek)   >>>  
5) Vliv tlaku na tuhnutí vody09. 10. 2006

Dotaz: Zdravím. Chci se zeptat, jaký vliv má na bod tuhnutí vody tlak? Konkrétně cca 4-5 bar, tj. jaký je bod tuhnutí při tomto tlaku?? J.Z. (Jarda Z.)

Odpověď: Tlak má vliv velmi malý (mnohem menší než na bod varu). Při desetinásobku atmosférického tlaku je pokles bodu tuhnutí jen asi šest setin stupně Celsia, jak je uvedeno v následující tabulce.

Závislost bodu tání/tuhnutí vody na tlaku
tlak (MPa)teplota (°C)
0,1 (atmosférický tlak)0,00
1-0,06
2-0,14
3-0,21
4-0,29
5-0,36
10-0,74
50-4,02
100-8,80
150-14,40
200-20,69
Zdroj: CRC Press. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 82nd edition. CRC Press, 2001. ISBN 08-4930-482-2.

Pro tlak 5 bar, tedy 0,5 MPa, v těchto tabulkách teplota tání/tuhnutí uvedena není. Je ale zjevné, že pokles je v běžných případech zcela zanedbatelný. Pokud by Vás přesto zajímal tlak právě při 0,5 MPa, ještě se ozvěte, pokusíme se to dopátrat.

(Pavel Böhm)   >>>  
6) Tlak pod vodou12. 09. 2006

Dotaz: Pracuji v obchodě s hodinkami a stále nevím, jak je to s tlakem pod vodou. Uvádí se, že hodinky např. označené 50M = 5atm. Mně se to jeví jako podezřelé, protože podle dalšího vysvětlení tyto hodinky můžete jen ponořit do vody (povrchové plavání), ale není možné s nimi skočit do vody nebo se potápět. Jsem absolutní laik, ale byla bych moc ráda, kdyby mi to někdo jednoduše osvětlil. Jaký je tedy tlak pod vodou a jak to srovnat s označením pro hodinky. Předem děkuji. Nada (nada)

Odpověď: Ve vodě je potřeba počítat s hydrostatickým tlakem, který je součinem hloubky pod hladinou h, hustoty vody ρ a tíhového zrychlení g

hydrostatický tlak=h·ρ·g

Výpočtem se tedy můžeme přesvědčit, že na každých 10m ponoření ve vodě se skutečně tlak zvýší přibližně o hodnotu atmosférického tlaku (standardní atmosférický tlak při povrchu Země je okolo 105Pa). I já bych tedy předpokládal, že s hodinkami označenými 5atm je možné se bezproblému potápět i nekolik desítek metrů. Dotaz proč tomu tak není a proč jsou přesto hodinky takto označeny tedy bude rozumné směřovat na konkrétního výrobce hodinek.

(Jakub Jermář)   >>>  
7) Změny tlaku vzduchu28. 06. 2006

Dotaz: Proč se mění tlak vzduchu, resp. co v atmosféře způsobuje kolísání její hmotnosti nad určitým územím ? (Václav Petráček)

Odpověď: Dějů, které způsobují změnu atmosférického tlaku je celá řada. Při stacionární situaci, kdy se moc nemění "velkoprostorové" rozložení tlakových útvaru v atmosféře, je možné pozorovat denní chod tlaku, který je určen jednak působícími slapovými silami (přitažlivost Slunce a Měsíce - stejně jako příliv a odliv u moří a oceánů) a dále i ohřevem atmosféry od dopadajícího slunečního záření. Dalším fakrorem je proudění, které jednak transportuje vzduch různých vlastností, tedy i teploty a tudíž i tlaku (platnost stavové rovnice) ve smyslu všeobecné cirkulace atmosféry a dále jsou důsledkem proudění i dynamické změny tlaku, jako je například vytváření závětrných tlakových útvarů za pohořími (závětrné brázdy nebo tlakové níže). Jak už jsem řekl, vše je podstatně složitější, neboť atmosféra je třídimenzionální, v čase se vyvijeici prostředí a děje ve středních a vysokých partiích troposféry souvisejí s jejími projevy u zemského povrchu.

I zde bych doporučil případnou literaturu v českém jazice:
  • Jan Bednář: Meteorologie. Úvod do studia dějů v zemské atmosféře. Portál 2003
  • Jaroslav Kopaček, Jan Bednář: Jak vzniká počasí. Karolinum 2005
kde je vysletlena řada věcí bez nutné znalosti partií vyšší matematiky.

(Josef Brechler)   >>>  
8) 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.)   >>>  
<<< novější starší >>>