Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 125 dotazů obsahujících »fyzikální«
118) Ultrazvukové čidlo
15. 05. 2002
Dotaz: Při své práci jsem narazil na ultrazvukové čidlo pro měření ryhlosti větrů a po upravě snímačů i k měření proudění vody v potrubí. Princip měření odhadují na sčítání rychlosti zvuku + rychlosti větrů proudícím rovnoběžně s měřícím přístrojem. Prosím o fyzikální vysvětlení principu, případně jak daný jev matematicky vypočítat.
(Drobisz Henryk)
Odpověď: Podle popisu předpokládám, že se měří rychlost a frekvence
ultrazvuku v proudícím prostředí. Vypadá to na Dopplerův
jev, ale tak jednoduché to není, protože ten závisí na
vzájemné rychlosti zdroje a pozorovatele, a ta se tady
nemění. Mohlo by to být ale tak, že by se nějak šikovně
registroval ultrazvuk odražený např. od strhovaných částic,
nehomogenit, bublinek apod., čímž by se to převedlo na
rychlost "zdroje v zrcadle". Podobně
"měří" netopýr rychlost a směr letu mouchy před
sebou. Podrobnosti a výpočty např.viz Halliday, Resnick,
Walker: FYZIKA. Prometheus, 2001, kap. 18.8. (str.479 aµ 483)
Dotaz: Velmi by mě zajímalo, jak funguje několik fyzikálních zařízení. A to: SIXIUV MINIMOMAXIMALNÍ TEPLOMĚR, SEGNEROVY JEHLÁNKY, TERMISTOR A OPTICÝ PYROMETR.
(Petr Stohwasser)
Odpověď:
1) Sixtův maximo-minimální teploměr měl
teploměrnou látku toluen a v kapiláře, zahnuté do
charakteristického S na boku, navíc samostatný rtuťový
sloupeček (toluenem tlačený). Před ním i za ním byl vždy
jeden železný jezdec. Rtuť je mohla tlačit, ale nikoli
táhnout; kolem něj prošel toluen, ale rtuť ne. První -- na
rozhraní toluenu a rtuti -- proto byl (během noci) odtlačen
na polohu odpovídající nejnižší teplotě, druhý -- na
konci rtuťového sloupečku -- naopak do polohy odpovídající
zatím nastavší nejvyšší teplotě. Zaznamenával tedy
automaticky extrémy. Železo se hodilo proto, že jednak
netvoří se rtutí amalgam (např. měď by se ve rtuti prostě
rozpustila), jednak šlo po odečtení výsledků zvnějška
magnetem přisunout jezdce zpáítky na doraz ke rtuťovému
sloupečku.
2) Segnerovy jehlánky byly jehlánky
z vhodných keramických materiálů, které se dávaly do
rozehřívané pece. Při jisté teplotě v nich docházelo ke
slinutí materiálu, takže jehlánek se začal hroutit špičkou
dolů. Když se špička prvně dotkla podložky, byla v peci
teplota daná typem jehlánku. (Teploměr je ale
přesnější...)
3) Termistor (THERmal resISTOR) je homogenní
součástka z materiálu, jehož vodivost výrazně závisí na
teplotě. Měřením odporu součástky tedy můžeme určovat
její teplotu.
4) Optickým pyrometrem se porovnával žár
pece (pozadí) s vláknem žárovky žhavené nastavitelným
proudem (aby se mohla nastavit teplota vlákna). Když vlákno na
pozadí "zmizelo", vyzařovalo zřejmě totéž co pozadí a
mělo taky stejnou teplotu. Posuvný nebo otočný rezistor,
kterým se nastavoval proud, byl cejchován přímo teplotou.
1, 2, 4 jsou spíše archaická zařízení. Hledejte je
např. v technických slovnících.
Dotaz: Existuje ještě nějaký zcela náhodný fyzikální děj kromě radioaktivního rozpadu? (Tomáš Buchta)
Odpověď: Striktně vzato, skutečnou náhodu vnáší do fyziky pouze
kvantová mechanika, respektive ta její část, která souvisí
s procesem, kterému říkáme kvantové měření. Není to jen
radioaktivní rozpad, ale mnoho dalších procesů, kdy se
sledovaný kvantový systém chová statisticky - vykazuje cosi,
čemu říkáme kvantové fluktuace. Teorie je schopna
předvídat všechny možné statistické charakteristiky těchto
procesů, např. střední hodnoty, středni kvadratické
odchylky od těchto hodnot atd., jen ne to, která konkrétní
hodnota bude v danou chvíli skutečně naměřena. To je podle
kvantové teorie fundamentálně náhodné (v mezích daných
předpovězeným rozdělením pravděpodobnosti). Einstein to
kdysi lapidárně vyjádřil tak, že podle kvantové mechaniky
"Bůh hraje v kostky."
Vzniká ovšem otázka, zda se i teoreticky zcela
deterministické procesy nemohou někdy jevit jako procesy
víceméně náhodné. To, jaké bude počasí v Praze letos o
Velikonocích, by mohlo posloužit jako dobrá ilustrace. Pohyby
vzdušných mas se dozajista řídí krásnými a
deterministickými rovnicemi fluidní mechaniky, jenže při
neúplné znalosti momentálního stavu ovzduší není možné
počasí s takovou přesností na tak dlouho dopředu
předvídat. I velmi malá změna momentálních podmínek
(která je pod hranicí přesnosti prováděných měření)
totiž může způsobit zcela zásadní změny v dlouhodobé
předpovědi. Říká se tomu efekt motýlích křídel. Existuje
celá disciplína zabývající se podobně
"patologickými" systémy klasické mechaniky - mluví
se zde o tzv.deterministickém chaosu - a je to velmi krasná
disciplína...
Na závěr bych ještě chtěl poznamenat, že
někdy je náhodu opravdu těžké rozeznat od nenáhody. Když
třeba vezmete jednotlivé cifry čísla pí a budete se snažit
zjistit, jestli se chovají "statisticky" nebo
"pravidelně", zjistíte - pravděpodobně ke svému
značnému údivu -, že neexistuje prakticky nic, co by
naznačovalo, jak jednoduchým algoritmem bylo toto číslo
vygenerováno (zkuste na to napsat počítačový program - bude
kratký!). Na první pohled se zdá, že i to staré dobré pí
je úplně náhodné číslo...
Dotaz: Při statistickém zpracování dat (nejen fyzikálních), vyhodnocujeme statistický soubor také pomocí variačního koeficientu nebo směrodatné odchylky . Jakých maximálních hodnot ( např. v procentech ) smí variační koeficient nabývat, abych mohla říci, že aritmětický průměr správně popisuje uvedený statistický soubor nebo že měřená data jsou dostatečně přesná.
(Milada Otradovcová)
Odpověď: Milá kolegyně,
za prvé musím říct, že nejsme statističtí experti. Na druhé straně také
různé statistické metody používáme, což mne vede k jisté nedokonalé
odpovědi: Skoro vždycky je to na nás, jakou hranici si sami stanovíme pro
výroky typu, že výsledek je "správný", je "v mezích chyb" atd. Ono
stanovení hranice znamená rozhodnutí, s jakou pravděpodobností si chceme
být jisti, resp. jakou pravděpodobost mýlky připouštíme, tj. my si musíme
zvolit nějakou "hladinu významnosti" (například 95%) a k ní najdeme oblast
přijatelných hodnot dané veličiny. Když si vezmete aritmetický průměr a,
spočítáte jeho sígma, řeknete si těch 95%, pak s pravděpodobností 95%
"správná hodnota" leží uvnitř a +- (2*sígma), kdybyste si zvolila hladinu
významnosti 99.9%, byl by "přijatelný interval" a +- (3.29 sígma). Má
neumělá odpověď nemůže nahradit pohled od statistických knih do kapitoly
testování hypotéz.
