FyzWeb  odpovědna

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


nalezeno 125 dotazů obsahujících »fyzikální«

54) Rosný bod a relativní vlhkost vzduchu28. 02. 2004

Dotaz: Nějak nemohu nikde najít vyjádření závislosti teploty rosného bodu na relativní vlhkosti okolí. Poradíte mi? (Ludvík Trnka)

Odpověď: Pokud jde o přepočet relativní vlhkosti na teplotu rosného bodu, pak je nutné ještě znát aktuální teplotu, k níž se hodnota relativní vlhkosti vztahuje. K výpočtu se pak s plně vyhovující přesností využije poněkud zjednodušený tvar Clausius - Clapeyronovy rovnice (viz např. Pechala,F., Bednář, J.: Příručka dynamické meteorologie, Academia, Praha, 1991) upravený do výrazu:

E = Eo exp [- L/R ( 1/T - 1/To )],

kde E značí parciální tlak nasycené vodní páry při teplotě T (v kelvinech), To = 273,16K, L je skupenské teplo vyparování, R měrná plynová konstanta vodní páry a Eo parciální tlak nasycené vodní páry při teplotě To (viz běžné fyzikální tabulky).
Pro výchozí teplotu T určíme z uvedeného vztahu hodnotu E, tu vynásobíme relativní vlhkostí vyjádřenou jako desetinné číslo z intervalu 0 - 1 (např. 0,3 pro rel. vlhkost 30%). Dostaneme tak zjednodušeně, ale ve velmi dobrém přiblížení, skutečný parciální tlak vodní páry pro náš případ. Ten se zpětně dosadí za E a vypočte se teplota T, jež by při daném parciálním tlaku vodní páry odpovídala stavu nasycení. Tuto teplotu pak můžeme interpretovat jako hledanou teplotu rosného bodu. Jinak toto vše je tabelováno v tzv. Psychrometrických tabulkách.
(Doc. RNDr. Josef Brechler, DrSc.)   >>>  

55) 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)   >>>  

56) Čím měříme tlak?06. 01. 2004

Dotaz: Nikde na těchto stránkách jsem nenalezl nic z jednoduché fyziky pro základní školu např čím se měří tlak? (SPetex)

Odpověď: Dobrý den! V Odpovědně a na celém FyzWebu se snažíme doplňovat to, co ve standardních učebnicích není a ne je nahrazovat. Materiály a odkazy by měly sloužit k rozšíření základních vědomostí.
K Vašemu dotazu: Tlak měříme přístroji, kterým obecně říkáme tlakoměry nebo barometry. Liší se podle toho, kde a jaký tlak jimi měříme. Podle vhodnosti můžeme použíttlakoměr kapalinový, deformační nebo měničový.
Běžně nás zajímají hodnoty atmosférického tlaku, k jejichž měření slouží barometry. Rtuťový barometr je založen na Torricelliho pokusu (rtuťový sloupec v U-trubici má různou výšku hladiny v závislosti na tlaku). Je-li náplní barometru voda nebo líh, má přístroj větší citlovost, ale menší rozsah.
Deformační manometr využívá tenkostěnnou kovovou nádobku, která se různě deformuje v závislosti na rozdílu tlaků uvnitř nádobky a měřeného tlaku venku. Deformace stěn nádobky se přenáší na ručku přístroje a na stupnici odečítáme tlak. Pokud je přístroj zkonstruován tak, že měří v oblasti atmosférického tlaku, nazýváme jej aneroid.
Měničové tlakoměry hrají důležitou roli při měření velmi nízkých tlaků. Obsahují měnič, který převádí tlak na jinou fyzikální veličinu. Nejčastěji se používají piezoelektrické nebo odporové měniče, které převádějí tlak na elektrické napětí.
V běžném životě se můžeme setkat s barometry visícími na zdi, které nám ukazují, jak se mění atmosférický tlak (stoupající tlak znamená v našich zeměpisných souřadnicích většinou zlepšení počasí). Jsou to převážně aneroidy. V každém autě byste měli najít manometr, kterým se přeměřuje tlak vzduchu v pneumatikách. U-trubici zase můžete vidět při výuce fyziky, kde vám ji fyzikář určitě rád ukáže. I když se to na první pohled nezdá, přístrojů na měření tlaku je kolem nás celkem dost.
(J. Burešová, J. Dolejší)   >>>  

57) Vznik vesmíru04. 01. 2004

Dotaz: Bigbangová teorie mimo jiné také říká, že je zbytečné zabývat se tím, co bylo před velkým třeskem, protože nebyl čas. Podle mě si ale odporuje bigbangová teorie vzniku vesmíru s tím, že se vesmír neustále rozpíná a pak zase smršťuje. To by znamenalo, že nějaká hmota vybuchla, začala se rozpínat, a začal plynout čas. Potom by gravitační síly převážily nad silou, kterou vytvořil výbuch a urychlil hmotu, a vesmír by se začal postupně smršťovat. Čím dál tím rychleji, až by se smrštil do malého objemu a nebyl by čas (nekonečně hmotné těleso, podle teorie relativity nekonečně pomalé plynutí času), potom by to teda zase bouchlo a čas by zase byl? Problém je v tom, že když by čas v tu chvíli kdy je vesmír nejmenší nebyl, tak by nebyl po nekonečné dlouhou dobu, takže už by nikdy nebylo nic... Díky za odpověď. (Antonin Kus)

Odpověď: Dobrý den!
Teorie velkého třesku jistě nezakazuje ptát se, co bylo na "počátku existence" (námi pozorovaného) vesmíru. Problém spočívá spíše v tom, že na základě současných obecně přijímaných fyzikálních teorii nelze na takovou otázku seriózně odpovědět. Anebo ještě přesněji: existují různé obecné návrhy, ale všeobecná shoda nepanuje a popravdě řečeno zatím ani panovat nemůže.
Také se nyní spíše zdá, že ve skutečnosti NEŽIJEME v "oscilujícím" vesmíru, na jehož počátku byl velký třesk, který se nyní rozpíná, pak se jeho rozpínání zastaví, začne se opět smršťovat až vše skončí ve velké singularitě, velkém krachu. Podle zcela nedávných měření supernov a nezávislých měření reliktního záření sondou WMAP se vesmír nejspíše bude rozpínat navždy, a to dokonce čím dál tím rychleji. Žádný závěrečný velký krach tedy naše potomky nejspíše nečeká.
Vás ale pravděpodobně více zajímá problém, jak se může z bezčasí a bezprostoří vynořit reálný vesmír obdařený jednou časovou a několika prostorovými rozměry. To je samozřejmě těžká otázka a v rámci našich obvyklých představ o světě zní velmi paradoxně. Na druhou stranu, fyzikové si už dávno zvyklí, že některé věci a procesy na první pohled paradoxní jsou ve skutečnosti možné, ba dokonce zcela běžné, a to především v mikrosvětě. Například miniaturní objekt se může "nacházet" na mnoha místech současně, může se někdy projevovat jako vlna a jindy naopak jako částice atd. Pomocí kvantové teorie je přitom možné tyto jevy dobře popsat a studovat (i když, pravda, asi ne beze zbytku "pochopit" obvyklým uvažováním).
A právě existence kvantových efektů chování prostoru a času v těch naprosto nejmenších měřítkách je všeobecně považována za možnou cestu, jíž by se někdy v budoucnu mohlo vědcům podařit objasnit vznik časového vesmíru z "bezčasí". Věc je ale prozatím nejistá, neboť dosud nebyla vytvořena konzistentní kvantová teorie prostoročasu, neboli dosud nemáme kvantovou teorii gravitace.
(Doc. RNDr. Jiří Podolský, CSc.)   >>>  

58) Hmota v ergosféře04. 01. 2004

Dotaz: Jaké jsou podmínky v ergosféře? Může tam existovat nějaká hmota? (Šarlota)

Odpověď: Ergosféra je oblast blízko horizontu černé díry. Přesněji řečeno je ergosféra "zdola" ohraničená horizontem a "shora" tzv. plochou statické limity, což je místo, pod nímž žádný pozorovatel (či fyzikální částice) nemůže zůstávat v klidu vůči vzdáleným pozorovatelům. Tato oblast je tím větší, čím víc černá díra rotuje (tj. čím větší má moment hybnosti).
V ergosféře je vše vlivem gravitace rotující černé díry strháváno do společné rotace. Tento efekt neexistuje v klasické (Newtonově) teorii gravitace, ale je přirozeným důsledkem Einsteinovy teorie, již je pro správný popis silného gravitačního pole černých der nutno použít.
Oblast ergosféry má i další důležité vlastnosti z hlediska fyziky černých děr. Například je v principu možné v této oblasti urychlovat částice a dodávat jim energii na úkor rotační energie černé díry, která se tak postupně zpomaluje. Hmotné částice tedy mohou v ergosféře existovat.
(Doc. RNDr. Vladimír Karas, DrSc.)   >>>