Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 125 dotazů obsahujících »fyzikální«
78) Fyzikální teorie
01. 04. 2003
Dotaz: Zajímalo by mne, jak fyzikové vidí svůj obor z hlediska jistoty tvrzení,
které podávají. Př.: fyzik vysloví zákon, a "dokáže" ho experimentem,
dostane za něj třeba nějakou cenu. A pak mu to někdo vyvrátí. Smůla.
Chyba je v tom, co to je "dokázat". V každé aparatuře může být zrnko prachu.
Je tedy ve fyzice nutný princip výstavby teorií, dle hesla: "Co není vyvráceno,
je pravdivé."? V matematice je všechno jinak: "Co není dokázáno, nesmí
být přijímáno jako pravdivé."
(Uhlík Jan)
Odpověď: Následující odpověď bude obsahovat mé chápání věci, jednotliví fyzikové
se budou určitě trochu lišit. Já si myslím, že fyzikové nevyslovují
zákony, které by posléze dokazovali. To dělají leda učitelé. Fyzikové se
dívají kolem sebe, často s pomocí více či méně rafinovaných
experimentálních zařízení, a snaží se výsledky svého pozorování vyjádřit v
co nejsrozumitelnější podobě, související s nějakou interpretací, nejlépe
s vnitřně konzistentní teorií, která popisuje co nejširší okruh jevů.
Podstatnou vlastností dobré teorie je, že nejen vysvětluje již pozorované
jevy, ale že také předpovídá nové. Hledání těchto předpovězených nových
jevů se chápe jako nástroj k možnému vyvrácení dané teorie, resp. zvýšení
její věrohodnosti. Fyzikální teorii totiž nelze dokázat, jen vyvrátit.
Teorie, které se osvědčily, mají statut toho nejlepšího, co v dané chvíli
máme a mohou být velmi užitečné, i když časem se může objevit hlubší
pohled.
Dotaz: Zajímalo by mě, jaké jsou metody měření rychlosti světla ve vakuu. (Robert Fiala)
Odpověď: Klasické jsou metody optické. Při koherentním světle vytvoříme
interferenční obrazce ze dvou paprsků, z nichž jeden proletí měřenou
vzdálenost (případně vícekrát po odrazu na zrcadle). Uvážíte-li vlnovou
délku světla, je zřejmé, že jde o měření velice citlivá a přesná.
Uvažujete-li o ověřování teorie relativity, pak uvažte, že můžete k měření
použít také světlo mimozemských zdrojů; světlem hvězd získáváte zdroj,
který se vůči Vám pohybuje s rychlostí v průběhu roku proměnnou o + - 30
km/s (oběžná rychlost Země kolem Slunce. Také můžete měřit rychlost
radiových vln (což je rovněž elektromagnetické vlnění).
Pro přesný popis interferometrů doporučuji speciální literaturu z
fyzikální optiky.
Dotaz: Mám dvě otázky. První se týká elektrolýzy, která probíhá v rozříznutém
citrónu za pomoci Cu a Zn elektrody (pokus ZŠ). Zajímalo by mě, jaké
reakce probíhají uvnitř citrónu.
Dál bych ráda věděla něco bližšího o působení rezistorů v el. obvodu.
Pokud předpokládám, že el.proud je proud elektronů, jakým způsobem rezistor
proud zmenší? Domnívám se, že nějakým (mě neznámým) způsobem "pohlcuje"
volné elektrony. Mohli byste napsat něco bližšího? (M.Vaněčková)
Odpověď: 1. Funkce galvanického článku je založena na přechodu iontů kovu elektrod do
elektrolytu. V daném případě se vytvářejí zřejmě soli kyseliny citrónové,
případně další i složitější organické soli. Článek by pracoval i s vodním
roztokem NaCl, jak to předváděl Alessandro Volta v roce 1800. Sestavil řadu
kovů podle rostoucího kontaktního potenciálu a podle této rady lze vybrat
materiály pro galvanické články. Napětí naprázdno by mělo tedy záviset jen
na materiálu elektrod, kontaktní potenciál je obrazem elektronové struktury
atomu. Kvalita článku, tedy jeho vnitřní odpor a tím i svorkové napětí při
odběru proudu, závisí pak na elektrolytu. Jak lze článek krátkodobě zatížit,
jak je odolný proti samovybíjení je zase další technologický problém. Dnešní
články jsou výsledkem intenzívních snah fyzikálních chemiků a mají stále
menší rozměry a dávájí stále větší výkony. Hodně v této oblasti, myslím,
pracuje Ústav fyzikální chemie a elektrochemie J. Heyrovského AV ČR.
2. Proud ve vodiči je výsledkem vzájemného působení mezi elektrony a zejména
mezi elektrony a atomy materiálu. Ohmův zákon ve svém prostém tvaru skrývá v
sobě složité mechanismy těchto interakcí. Elektrony jako částice s
elektrickým nábojem by se v elektrickém poli měly pohybovat se stále
rostoucí rychostí, tedy rovnoměrně zrychleně. Skutečnost, že proud se za
velmi krátký čas (řádově 10-14 s) ustálí na stacionární (časově
neproměnné) hodnotě, je důsledek právě těchto interakcí. V kovech v
pokojových teplotách převládá rozptyl elektronů na atomech (nebo iontech)
kmitajících kolem rovnovážných poloh. Čím větší je teplota, tím více atomy
kmitají a tím je odpor kovů větší. V nízkých teplotách se uplatní rozptyl
elektronů na nepravidelnostech mřížky (různé atomy ve slitinách), poruchách
mřížky (vakance, dislokace, hranice zrn) a je proto teplotně nezávislý.
Odpor kovů tedy v nízkých teplotách neklesne k nule ale k nějaké teplotně
nezávislé hodnotě. Výjimku tvoří supravodiče, v nichž proud vedou spárované
elektrony - kuperony, které efektivně s mřížkou neinteragují a odpor tedy
klesne na čistou nulu. V polovodičích závisí odpor především na množství
nositelů náboje - elektronů nebo děr, které mají dostatečnou tepelnou
energii k překonání energetické bariéry zakázaného pásu energií. Odpor
polovodičů s rostoucí teplotou klesá.
Elektrony tedy v rezistoru ztrácejí energii, kterou předávají mřížce atomu,
která se tím zahřívá. Říká se tomu Jouleův jev a Jouleovo teplo. Takhle topí
přímotopy a hřeje i žárovka, kromě svícení, což je jiná forma přemeny
energie elektronů. Elektrické náboje se nemohou nikde ztrácet, platí zákon
zachování náboje.
Dotaz: Hlavou mi vrtá následující myšlenkový pokus:
Mám elektricky nabitou částici, která se řítí prostorem - jde o rovnoměrný
přímočarý pohyb - a která tedy kolem sebe generuje magnetické pole.
Mám druhou částici, která si to šine kousek od té první, jakoby ruku v ruce,
stejným směrem a rychlostí. Protože je taky nabitá, nachází se v magnetickém
poli té první částice a pohybyje se - je to jasné, bude na ni působit
magnetická síla (samozřejmě na tu první taky, jenom opačná). Ale ouha:
Volím souřadný systém na jedné z částic - jde o rovnoměrný přímočarý pohyb,
takže mohu - a najednou tu sice jsou dvě nabité částice, ale pohyb nikde,
takže ani magnetizmus nikde. Spor! Někde jsem udělal chybu, o tom není pochyb,
ale kde? (Jakub Herout)
Odpověď: Milý kolego,
to je dobře, že Vám tyhle otázky vrtají hlavou. A určitě vrtaly i
generacím před Vámi, protože otázka, jak se změní popis fyzikálního
systému, když si přesednu z jedné soustavy do druhé, je velmi přirozená a
velmi stará. Ve Vašem speciálním případě nahlíženo ze soustavy, ve které
se částice pohybují, vidíte proudy a magnetické síly (ale taky byste měl
uvážit elektrostatické síly, když máte náboje), ze soustavy, ve které jsou
částice klidné, vidíte jen elektrostatickou sílu. Mohl byste taky do
svých myšlenkových pokusů přidat další náboje, abyste například dostal
neutrální drát s proudem. Vhodným nástrojem pro popis těchto jevů je
tenzor elektromagnetického pole, který v sobě zahrnuje intenzity
magnetického i elektrického pole a definovaným způsobem se transformuje
při přechodu mezi soustavami (při relativistických transformacích). Chce
si to konkrétně vyzkoušet, podrobněji je to napsáno v téměř jakékoli knize
o teorii elmag. pole, jedna z nich je i na webu:
http://www.plasma.uu.se/CED/Book/.
Dotaz: Chtěl bych se zeptat, jak probíhá vzlet a přistání dopravního letadla z
fyzikálního hlediska? (Tomáš Kohout)
Odpověď: Standardní letadlo je zkonstruované tak, že při letu dostatečnou rychlostí
jeho křídla při vhodném úhlu mezi tětivou křídla a nabíhajícím vzduchem
vyvozují dostatečný vztlak pro to, aby se letadlo udrželo ve vzduchu.
Větší vztlak má "křivější" křídlo s větší plochou více vztyčené proti
nabíhajícímu vzduchu. Proto se letadlo rozjíždí s vysunutými vztlakovými
klapkami (zvětší plochu i zakřivení křídla), při dostatečné rychlosti
pilot zvedne nos letadla, čímž mají křídla větší úhel náběhu a celé
letadlo se vznese. Poté, co rychlost stoupne, je možné klapky zasunout a
podélným sklonem letadla a tahem motoru regulovat rychlost letu a
stoupání. Vydejte se na letiště a pozorujte, pak si doma nainstalujte
letový simulátor a cvičte to sám. Přistání probíhá obráceně - uberete
plyn, klesáte, vytáhnete klapky a podvozek, nad dráhou zastavíte
klesání tak, že zvětšíte úhel náběhu a s vytrácející se rychlosti
dosednete. Opět to chce cvičení.
