Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 125 dotazů obsahujících »fyzikální«
63) Jak využít pračku k řízenému pohybu
06. 10. 2003
Dotaz: Možná můj dotaz je blbost, ale dostal jsem nápad, při pohledu na tancující
pračku, zda by to nešlo využít k řízenému pohybu. Představoval bych si to asi
takto: Dva kovové pásky široké cca 1cm, stočené do kruhu o průměru X,
položené na sobě, ale s mezerou cca 3mm. V ose tohoto kruhu umístěn svisle
motor. Kolmo v ose motoru upevněna tyčka průměr 3mm a délky cca max 2x průměr
kruhů z pásku. Tato tyčka by se pohybovala v mezeře mezi kruhy rychlostí
podle počtu otáček. Ale teď na osu navléknu posuvná závažíčka(třeba v podobě
koleček,aby se mohla snadno pohybovat po vnitřní stěně kruhů).Co se stane
když motor nebude v ose kruhů, ale budu jeho polohu měnít směrem od osy ke
stěně kruhů? Bude na kruhy působit nějaká síla, která způsobí jejich pohyb
budouli třeba připevněny na desce s kolečky? A jak velká? Dá se případně
spočítat účinnost přeměny energie? Co když místo kružnic bude použita elipsa
a pohyb motoru bude po její delší ose?Posouváním tohoto rotujicího motoru od
středu kruhu k jeho plášti by se možná dala řídit síla působící na kruhy za
optimálních otáček motoru. Nepoužívá se tento nápad pokud to funguje již
někde? Třeba u plavidla s velmi nízkým ponorem. Snad mému dotazu porozumíte a
(Kvíz)
Odpověď: Milý pane, tohle je dotaz, na který podle mně nejlepší odpověď je to
zkusit. Nevím o praktické realizaci podobného principu, jaký jste popsal,
vím, že se používají excentrická závaží například pro buzení kmitů
(minizemětřesení). Ono totiž při praktické realizaci nejlíp přijdete na
to, k čemu by to mohlo být dobré, objasnit chování podobného zařízení pak
jde vždycky, zatímco navrhnout z pohybových rovnic konstrukci třeba té
zmíněné pračky moc nejde. Zkuste vyrobit, pošlete fotku. Kdyby vás akutně
zajímala otázka, zda to už někdo nenavrhl (třeba známý český génius), pak
relevantní informace se dají hledat např. na
http://platan.vc.cvut.cz/vychova/vychova1/inf_pram/p_online.html .
(J.Dolejší)
Reakce na dotaz (17.10.2003):
Narazil jsem náhodou na vaši odpovědnu a opravdu se mi líbí. Přesto si
neodpustím komentář k jedná vaší odpovědi na téma : Jak využít pračku k
řízenému pohybu. Pan Dolejší má jistě mnohem širší fyzikální vědomosti než
já, ale tady si myslím byla na místě jasná odpověď typu tohle fungovat
nebude. Sám jsem kdysi v mladické naivitě řešil podobný problém, kde
výsledkem mělo být vznášedlo. Záhy jsem ale pochopil, že je to nesmysl. Ve
fyzice totiž platí zákon, že izolovaná soustava nemůže změnit polohu svého
těžiště. To platí pokud je v klidu. Pokud je v pohybu, tak nemůže změnit jeho
rychlost. Jinými slovy, pokud se chce něco pohnout,nebo zrychlit, pak to musí
poslat kus hmoty opačným směrem. Ta hmota může být vlastní (spaliny rakety ve
vesmíru), nebo vnější (auto jedoucí po Zemi, způsobilo její, byť
zanedbatelné, otáčení proti směru jízdy automobilu). Kdyby si tazatel provedl
integrál třeba impulsu síly v těžišti svého zařizení, pak by po jedné
vykonané otáčce motoru dostal čistou a krásnou nulu. Pokud se mýlím,nebo jsem
nepochopil otázku tazatele, nebo vaši odpověď, pak rád přijmu vaši kritiku.
(L. Felger)
Odpověď:
Já se pokusím trochu naznačit, proč jsem odpověděl tak, jak jsem
odpověděl: Pokud jsem dobře pochopil návrh tazatele, vyrobí zařízení,
které sebou bude zmítat (podobně jako pračka). Ale stejně tak jako pračka
může urazit značnou vzdálenost a utrhnout se od přívodní a odpadové trubky
(stačí například, aby se pěkně zmítala a měla kolečka, která se na jednu
stranu pohybují snáze než na druhou). Když dáte zmítající se pračku na záď
kanoe a vyrobíte nějakou ploutev připevněnou na kanoi, tak asi také
dosáhnete pohybu vpřed. Tohle všechno není vůbec ve sporu s momentovými
větami atd. Takže si nemyslím, že se dá jednoznačně říct, že tazatelův
nápad nemůže fungovat. Podstatný je totiž opravdu výsledek, a i v rámci
dobře ověřených fyzikálních zákonů je veliký prostor. A jak jste zmínil,
když se pračka na lodi bude pohybovat jedním směrem a voda nebo dokonce
Země druhým, vše je v pořádku.
Dotaz: Rád bych věděl, jak vlastně funguje gravitace a jakým způsobem dochází k efektu
gravitační čočky, co sem zatím četl na různých fyzikálních stránkách to mně
ten problém nijak nevysvětlilo a je opravdu rychlost světla konstanta? (Luboš Tepřík)
Odpověď: 1) Gravitace je všeobecná vlastnost veškerých hmotných objektů
přitahovat se navzájem. V klasické mechanice je popsána Newtonovým
gravitačním zákonem, který však neobsahuje vůbec čas - je to tedy popis,
při kterém by na sebe působila tělesa okamžitě na libovolnou dálku. To
je ve sporu s důsledky teorie relativity, podle níž se žádné silové
působení (žádná informace) nemůže šířit rychleji než světlo.
Jak funguje gravitace - to je otázka, co tím míníte. Jak funguje
elektřina? Jak funguje motor? Výkladem "jak něco funguje" míníme
převedení něčeho složitějšího (motor) na něco jednoduššího (chování
vodiče protékaného elektrickým proudem a nacházejícího je přitom v
magnetickém poli). Ovšem takové převádění na jednodušší jevy nutně končí
u těch "nejjednodušších" - fundamentálních - jevů. Ty můžeme popsat, to
ano - ale těžko je převést na něco ještě jednoduššího.
2) Gravitační čočka je termín z relativity. Protože světlo
(elektromagnetické vlnění nebo foton, jak to chcete popisovat) nese
jistou energii E, lze mu připsat i jistou hmotnost m = E/c2. Představte
si to s klidem pro tento účel jako foton - částečku světla o frekvenci
f přenášející nejmenší možnou energii E na frekvenci f, tedy energii E
= hf a mající tedy hmotnost m = hf/c2. Tato kulička letí v gravitačním
poli hvězdy (např. Slunce) a její dráha je tedy "ohnutá" podobně jako
kdyby to bylo obvyklé světlo a místo gravitačního pole by kolem Slunce
byla optická čočka.
3) Měříte-li rychlost světla hvězd, Slunce i žárovky co nejpřesněji na
jaře i na podzim, dostanete kupodivu totéž: těch 299792458 m/s, tedy
zhruba 300 000km/s. Přitom Země, na které toto měření provádíte, letí
kolem Slunce tak rychle, že za rok (tj. 60 . 60 . 24 . 365,22 sekund) urazí
kruhovou dráhu délky 2 . pi . 150 000 000 km, tedy Země letí postupnou
rychlostí cca 30 km/s. Světlo z hvězd ale není rychlejší ani pomalejší,
jak by to mělo být podle klasického (galileovského) skládání rychlostí.
O přesnosti měření nemusíte pochybovat v době, kdy jsou běžné počítače
s
procesorem o frekvenci 1 GHz; to odpovídá periodě 10-9s a za tu dobu
uletí světlo jen asi 30 cm.
Berte proto jako POKUSEM OVĚŘENO (nikoli hypoteticky zavedeno!), že
světlo má stále stejnou rychlost, nezávisle na vzájemné rychlosti
pozorovatele a světelného zdroje. Protože to je v rozporu s Galileiho
skládáním rychlostí (které máme dostatečně přesně ověřeno pro rychlosti
pomalé vůči světlu), tak se s tím musíme nějak poprat. Najdete-li lepší
vysvětlení a popis jiný než Einstein, Nobelova cena Vás určitě nemine.
Dotaz: Včera ráno jsem na obloze viděla zajímavý úkaz a chtěla bych se zeptat, zda-li
je možné vidět trojitou duhu v tak intenzivní barvě a za ní ještě jednu
inverzní? (Marie Dekojová)
Odpověď: To je spíš otázka etiky: pokud říkáte, že jste to viděla, tak Vám věřím.
Je samozřejmě možné i to, že šlo jen o Váš subjektivní vjem (způsobený
třeba, nedej bůh, drogou, anebo prostě fantazií - asi jako něco naprosto
jasně vidíme ve snu).
Ale dovedu si docela dobře představit, že jste se dostala k dešti o
správně velkých kapkách na správném místě, takže klasická duha (se 2
lomy a 1 odrazem uvnitř kapky vody) i druhá duha opačného pořadí barev
(se 2 lomy a 2 odrazy) se projevily s nezvyklou intenzitou. Obě by měly
mít společný střed na přímce procházející vaším okem a Sluncem;
podrobnosti se dočtete v každé učebnici fyzikální optiky (a ovšem i ve
Fyzice - Halliday, Rewnick, Walker - kap. 34, foto a obr. 34-22 a Otázka
14).
Dotaz: Jak lze převádět tepelnou energii na elektrickou? Existují kovy nebo slitiny,
které vedou teplo elektrony? Lze uskutečnit převod v malém prostoru (asi
0,5 m3)? (Karel)
Odpověď: 1. Není to tak prosté, protože druhý zákon termodynamiky zakazuje např.,
aby se při cyklickém ději teplo odebírané z jediné tepelné lázně měnilo na
práci, aniž se přitom část tepla dodá jiné tepelné lázni s nižší teplotou.
Ale například sluneční světlo můžete částečně převádět na práci (např.
elektrický proud), protože jeho ekvivalentní teplota je vyšší než teplota
našeho pozemského okolí. Elementárním příkladem takového převodu je
křemíkový fotočlánek.
2. Tepelná i elektrická vodivost všech kovů a jejich slitin je převážně
způsobena elektrony, které se v nich celkem volně pohybují.
3. To je otázka spíš technická než fyzikální: řešení závisí jednak na tom,
v jaké formě teplo dodáváte (horká voda, sluneční světlo,...), jak hodláte
systém chladit okolím (ten 2. zákon přelstit nejde) a taky jak to udělat s
rozumně nízkými pořizovacími i udržovacími náklady, aby to vůbec mělo
ekonomický smysl.
Myslím, že dosti perspektivní jsou polykrystalické křemíkové moduly,
technologicky méně náročné než monokrystalické, ale detaily neznám.
Dotaz: Můžete mi, prosím, objasnit fyzikální příčinu blednutí barev na
slunci? Proč barevné obrázky časem získávají namodralou barvu? (Martin)
Odpověď: To je spíš otázka pro chemiky (odmyslíme-li si invektivu fyziků vůči
chemikům, že celá chemie je jen speciální částí fyziky okrajových
elektronů). Barva látky je dána hlavně její strukturou v rozměrech
přiměřených vlnovým délkám viditelného světla, a ta je určována chemickým
složením, anebo je dána strukturami rezonujícími na odpovídajících
frekvencích. Barva se tedy mění, mění-li se struktura (např. rumělka HgS z
rudé na černou modifikaci) anebo chemické složení vnějším vlivem (např.
běloba olověná PbCO3 pod vlivem sirovodíku na černý PbS) anebo konečně -
zvláště u jásavých organických barviv - nějakým tím štěpením, oxidací či
jinou adicí na struktury vytvářející barvu látky (např. u diazobarviv).
Není pak celkem divu, že uměle zkonstruované jasné barvy jsou citlivé na
prudké světlo, které může buď samo svou intenzitou látku chemicky poškodit,
anebo může aktivovat či štěpit všudypřítomnou vodu na radikály, které se
pak na násobné vazby ochotně napojí a poničí tím předchozí úsilí chemiků -
syntetizátorů. Na druhou stranu jsou však i organická barviva překvapivě
stálá vůči teplotě i chemickým vlivům, např. indigo, které lze dokonce i
přesublimovat (dávalo se do modrých dýmovnic).
