Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 42 dotazů obsahujících »tono«
29) Efekt gravitační čočky
25. 09. 2003
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: Mám hned několik dotazů: 1. Jak vyskočit z jedoucího autobusu,
aby pošramocení bylo co nejmenší? 2. Co je reakcí na odstředivou sílu, která
mne vyhodí ze sedadla kolotoče, pokud nebudu přivázaná, jak se to slučuje s
3. Newtonovým pohyb.zákonem? (Any)
Odpověď: ad 1 Musíte být hodně zakloněná, aby vodorovná složka tíhové síly
byla skoro stejná jako brzdící síla na podrážkách bot. Brždění bot a
tato složka vás zastaví, takže nespadnete setrvačností na nos.
ad 2 V neinerciálním systému kolotoče neplatí Newtonovy zákony,
abychom je tam přesto mohli používat, dokomponujeme do těchto soustav
zdánlivé síly (fiktivní, pseudosíly). Ty ale nemají reakci.
Dotaz: Působí na družici obíhající kolem Země odstředivá síla?
A co kdybych v družici seděl? (Pavel Šalom)
Odpověď: Už z dotazu je vidět, že tomu zřejmě rozumíš.
Tedy:
Když se na družici dívám ze Země (to je "skoroinerciální soustava"),
tak je jasné, že na ni působí jen Země svou gravitační silou, která
ji stáčí tak, že lítá stále kolem dokola. Žádná odstředivá
síla tu nemá co dělat. Kdyby tady byla, tak by nám to obíhání
kazila. Konec.
Když sedím v družici, popisuji ji z neinerciálního systému spojeného
s družicí. V něm je družice V KLIDU. Jestli chci v družici vyznávat
Newtonovy pohybové zákony, vyžaduje klid družice úplné vzájemné
sežrání všech působících sil. Tak nechám spolknout gravitační sílu
setrvačnou (fiktivní, zdánlivou, pseudo-) silou odstředivou. Co asi
nevíš je, že tuhle divnou sílu pak musíš nadělit nejen družici, ale
úplně všemu. (Nejen tomu, co je u družice ale úplně všemu.).
Dotaz: Jaký je vzorec pro výpočet ustálené rychlosti padajícího tělesa volným pádem? (Iva Hyťhová)
Odpověď: Tíhová
síla mínus vztlak = brzdící síla (Stokesova nebo Newtonova)
mg - V r g = 6
p e r v ( e je
dynamická viskozita tekutiny, r polomer kulicky, když padá
koule, v ustalená rychlost. Když padá teleso jiného tvaru,
tak je místo r konstanta, která závisí i na orientaci telesa
pri letu. V r g je vztlaková síla. Tento vztah je
použitelný pri malých rychlostech s laminárním
obtékáním. Pro bežné rychlosti je možné pro odporovou
sílu brát Newtonuv zákon odporu 0,5. C.S.r.v2.
C je opet odporový soucinitel daný tvarem a orientací
rychlosti vuci tekutine. Napr. pro dutou polokouli oblou
cástí vpred cca 0,4 pro dutou cástí dopredu 1,4. ro je
hustota tekutiny, v ustalená rychlost mg - V r g =
0,5. C.S .r.v2
Dotaz: Jede auto a váží 300Kg a jede rychlostí 70 Km/h. Řidič usne za volantem a rovnou to napálí do skály. A nyní je tu otázka: Jakou hmotnost mělo to auto ,když zrovna narazilo do skály (jelo 70 Km/h)? Prosím ,zašlete mi vzorec na tento příklad. A chci se ještě zeptat.Bude se ten vzorec hodit i na výpočet hmotnosti, když třeba to auto narazí do náklaďáku, který jede proti němu a ten náklaďák jede 50 Km/h a váží 800 Kg.. (Tomáš Rosička)
Odpověď: Milý pane, když při Vámi zmíněných rychlostech narazí
auto do skály, má pořád tu samou hmotnost jako v klidu
(relativistické efekty jsou v této situaci zanedbatelné). Jde
vám asi o něco jiného, jde o to, jak moc se to auto a řidič
rozbije. Ke zvládnutí podobných otázek fyzikové vynalezli
šikovnou veličinu, které říkají hybnost, a její vztah k
síle. Hybnost se spočítá podle vzorce hybnost =
hmotnost.rychlost. Aby se hybnost změnila, musí na těleso
působit síla, pak (změna hybnosti)/(doba změny) = průměrná
působící síla. Pak hybnost vašeho auta je 70 km/h. 300 kg =
21000 km.kg/h, v obvyklejších jednotkách 5830 kg.m/s (to vaše
auto je nějaké lehké, normální osobák má tak kolem
tuny...). Když je auto velmi pevné a nesnadno deformovatelné a
narazí do tvrdé skály, tak se může zastavit za velmi
krátkou dobu, například za setinu sekundy, pak průměrná
síla je 583 kN, tedy zhruba dvěstěkrát tíha auta. Je jasné,
že řidič tohle těžko přežije.
Když se auto deformuje snáze (tj. déle, udělá se to tak, že
přední část vozu je zkonstruována a připravena pro
deformaci a pohlcení energie), pak se šance na přežití
posádky trochu zvětší. V 70 km/h a při nárazu do skály
jsou ale šance posádky v jakémkoli autu asi malé.
Když jede zmíněný osobák proti náklaďáku, bude hybnost
osobáku zmíněných 21 000 km.kg/h, hybnost náklaďáku z
druhé strany 40 000 km.kg/h. Celková hybnost se v takovýchto
srážkách zachovává, takže ono sražené souautí se bude
pohybovat ve směru náklaďáku (jeho hybnost převládla) s
hybností 40 000 - 21 000 = 19 000 km.kg/h a bude mít celkovou
hmotnost 800+500=1300 kg, tedy podle vzorce pro hybnost bude mít
sražené souautí rychlost 14,6 km/h. Zkuste si spočítat už
sám, jaká byla změna hybnosti obou aut, k silám byste se
dostal, kdybyste uvažoval deformační vlastnosti obou aut. S
velkou pravděpodobností se zemře při všech vašich
příkladech. Chcete-li tomu rozumnět lépe, začtěte se do
nějaké fyziky resp. mechaniky, dívejte se na kapitoly o
hybnosti, energii, Newtonových zákonech ....
