FyzWeb  odpovědna

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

nalezeno 12 dotazů obsahujících »trubici«
10) Posuvný proud08. 07. 2002

Dotaz: Můj dotaz souvisí s Maxwellovými rovnicemi - není mi jasné co přesne si mám představit pod posuvným proudem, který Maxwell doplnil do rovnice formulující zákon celkového proudu (kromě toho že díky němu mají rovnice obecnou platnost-tedy platí ve všech polích). A proč je možné ho vyjádřit jako parciální derivaci vektoru elektrické indukce podle času? Pak by mě ještě zajímalo, jestli byla rychlost světla určena poprvé řešením z maxwellových rovnic odvozené vlnové rovnice pomocí permeability a permitivity, nebo pomocí nějakého experimentu. (Petr Pokorný)

Odpověď: Milý pane kolego, možná Vás trochu zklamu, ale takový je život. Třeba ani není nic, co by bylo nutno si "představit". Představa pomůže, ale je vždycky jen jistým modelem, který něco podstatného znázorní, ale něco jiného zakryje nebo naopak přidává něco, co v reálu není. Budete-li svému mladšímu synovci vysvětlovat Vy, co je to elektřina a elektrický proud, asi řeknete něco jako "Elektrony jsou jako malí zelení mužíčci, co pobíhají uvnitř drátů a orientují se tam, kam je zrovna tlačíme vnějším napětím. A to napětí je, jako kdybychom tu trubici zvedli tam, kde má být napětí větší. A ti mužíčci nemůžou zmizet, (takže pro ně platí rovnice kontinuity), navíc je v obvyklých podmínkách ani nemůžeme nějak podstatněji stlačit k sobě, a proto elektrický okruh je vždycky uzavřený, má-li opravdu téci proud I." Jenomže to není tak docela pravda, protože když nabíjíte kondenzátor, tak okruh není uzavřený - obě desky jsou přece odděleny izolátorem! No ale doplníme-li člen Ip (posuvný proud) ke členu I, tak se jím elektrický proud uzavře. To samo o sobě by bylo dobrým důvodem k zavedení. Ale lze i potvrdit, že takto zavedený proud Ip má i všechny další vlastnosti "obyčejného" proudu, např. že vytváří magnetické pole. Proto ho také zavádíme. Říkáme mu ale raději "Maxwellův". To označení "posuvný" je z představ, že existuje všudypřítomný nevažitelný éter, jehož chvění se projevuje jako světlo, jehož vnitřní napětí je dáno elektrickým polem E a deformace (posunutí) se pak jeví jako elektrická indukce D (angl. Displacement = posunutí). Na posuvný proud se nenajde nějaký mechanický model. On totiž existuje i ve vakuu, kde není (z hlediska klasické elektrodynamiky) nic, co by se mohlo posouvat. Ale berme to jako fakt, že doplněním tohoto výrazu se nám náš starý známý proud "zacelí" - že to je právě to, co mu chybělo k dokonalosti. A proč je možné ho vyjádřit jako parciální derivaci vektoru elektrické indukce podle času? No to je právě ten výraz, který by nám chyběl pro rovnici kontinuity.
Rychlost světla byla nejprve změřena v dobách, kdy naoka o světle nebyla vůbec spojována s elektřinou a magneticmem. Až Weber vypočítal, že změny elektromagnetického pole by se měly šířit rychlostí, která se nápadně podobala rychlosti světla, a skvěle (tj. odvážně, ale pravdivě) z toho vydedukoval, že světlo je elektromagnetické povahy. Přečtete si o tom v učebnicích o historii fyziky.
(J.Obdržálek)   >>>  
11) Komínový efekt27. 05. 2002

Dotaz: Jak funguje komínový efekt? Proč komín táhne vzduch vzhůru, i když není (třeba v kamnech) zatopeno? Proč nefunguje normální cirkulace vzduchu jako je to mimo komínů, resp. proč je to tak markantní? (Dave Čandra)

Odpověď: Vyzkoušejte si to na jednoduchém pokusu: Vezměte alobal a naviňte ho ve dvou nebo třech vrstvách například na trubku od vysavače. Vzniklou trubici vytvarujte opatrně podle obrázku. Potom zapalte svíčku a vnitřek trubice zahřejte plamenem svíčky, jak vidíte na obrázku. Asi po 10 sekundách dejte trubici spodním otvorem vedle plamene svíčky. Pozorujte, co se s ním děje.
Dokud byla uvnitř komína teplota vzduchu stejná jako všude kolem, plamen svíčky směřoval nahoru. Jakmile se vzduch uvnitř ohřál a začal proudit komínem, strhával plamen svíčky s sebou. Tím se v komínu udržovala vyšší teplota a proudění vzduchu.
Pokud je vzduch v komínu zahřátý, strhává plamen. Proto krb i kamna správně fungují teprve tehdy, když je komín již zahřátý! Ucpěte komín nahoře rukou a pozorujte, co dělá plamen. Zkuste nyní na okamžik vzdálit komín od plamene a pak ho zase přibližte zpět. Co pozorujete? Jakmile ucpete komín nebo ho vzdálíte od svíčky, plamen se zase srovná a míří směrem vzhůru. Když potom otvor uvolníte nebo dáte komín zase zpět, plamen opět zamíří dovnitř.
(MU - 27.5.2002)

Je-li v kamnech zatopeno, pak horký vzduch (při stejném množství) zaujímá větší objem, a je tedy lehčí, porovnává-li se to na objem. Proto stoupá vzhůru. I když není zatopeno, ale když je ve výšce ústí komína vítr, pak se nasává vzduch z komína podle Bernoulliho rovnice: v proudové trubici rovnoběžné se Zemí a dotýkající se ústí komína je vyšší vodorovná složka rychlosti vzduchu (oproti nulové v komíně) spjata s menším tlakem, a tím se z komína vzduch vysává. Není-li právě vítr, pak ještě chvilku proudí vzduch setrvačností, ale přestane, a komín "netáhne".(JO - 27.5.2002)

(M. Urbanová, J. Obdržálek)   >>>  
12) Michelson-Morleyův pokus27. 05. 2002

Dotaz: Michelson-Morleyho experiment. Otazka: Dlhsiu dobu prevadzam meranie Michelsonovym interferometrom, z nameranych vysledkov som zistil, ze pre vsetky merania s tymto interferometrom plati Snellov zakon. V slavnom Michelson-Morleyho experimente je v matematickom vyjadreni pre pohyb svetelnych lucov v ramenach interferometra ignorovany Snellov zakon . Snellov zákon definuje, rýchlosť svetelných lúčov v hmotnom prostredí ako c/ n , kde n je indexom lomu svetla hmotného prostredia . Vo výpočte pre posun interferenčných prúžkov je nesprávne udávaná rýchlosť svetelných lúčov v ramenách interferometra ako c , čo je rýchlosť svetla vo vákuu. V Michelson-Morleyho experimente sa v ramenách interferometra vákum nenachádza. Michelson - Morleyho experiment bol meraný vo vzduchu, preto svetelné lúče v obidvoch ramenách interferometra sa pohybovali vo vzduchu. Vzduch v obidvoch ramenách interferometra je v kµude voči interferometru, preto rýchlosť svetelných lúčov voči interferometru je v obidvoch ramenách c/n. Rýchlosť pohybu interferometra voči zdroju svetla nemá vplyv na rýchlosť svetelných lúčov v ramenách interferometra, lebo rýchlosť svetelných lúčov v obidvoch ramenách interferometra je určená len indexom lomu svetla vzduchu v ktorom sa svetelné lúče pohybujú. Posun interferenčných prúžkov pri otočení Michelsonovho interferometra o 90 stupňov nenastal, lebo rýchlosť svetelných lúčov voči interferometru je v obidvoch ramenách konštantná c/n, po celú dobu otáčania interferometra. Je potom kontrakcia dĺžok v smere pohybu tak ako ju definoval Lorentz kontraktačnou hypotézou pre Michelson – Morleyho experiment správna ? (Jozef Babiak)

Odpověď: Pane Babiaku, velice jste mne svým dotazem potěšil (a jak doufám, potěším velice i já Vás svou odpovědí). Potěšilo mne totiž, že jste si všiml skutečnosti, která je sice - když o ní víme - jasně na očích, ale přitom - když o ní nevíme - si ji zpravidla ani neuvědomíme: že totiž pracovat v evakuované trubici by bylo další technickou komplikací už tak jemného pokusu. A teď ta potěšující odpověď: I když přesně vzato má světlo ve vzduchu rychlost jinou než ve vakuu, na průkaznosti M-M pokusu to nic nezmění. Proč? Lze samozřejmě opakovat všechny teorie tohoto experimentu a všude užívat c/n místo c; dostali bychom nové vzorce pro posuv proužků odpovídající příslušné teorii. Nejjednodušší je ale uvážit, že z teorie relativity plyne, že k žádnému posuvu proužků nemůže dojít (jinými slovy, že posuv je roven nule). Potom je zřejmé, že toto platí i tehdy, šíří-li se světlo jinou rychlostí než oněch 299 792 458 m/s, samozřejmě za předpokladu, že tato rychlost je stejná ve všech směrech (tj. že vzduch je izotropní). Je-li tedy nulový posuv proužků v M-M pokusu i při pokusu prováděném ve stojícím vzduchu, je to potvrzením všech teorií, které počítají se světlem ve vakuu v tomto pokusu.
Bylo by také možno provádět celý pokus např. ve vodě, tedy s rychlostí světla podstatně nižší než ve vakuu; opět by nemělo dojít k posuvu proužků, protože voda je izotropní. Samozřejmě by voda musela během pokusu vůči aparatuře stát, jinak by směr jejího pohybu byl "privilegovaným směrem". Pohyb světla v proudící vodě byl samozřejmě také experimentálně ověřován, viz. Fizeauův "strhovací koeficient". Samozřejmě že teorie relativity ho vysvětluje taky, a mnohem jednodušeji: prostě Lorentzovou (a ne Galileovou) transformací do systému spojeného s pohybující se vodou.
(J.Obdržálek)   >>>  
<<< novější