FyzWeb  odpovědna

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


nalezeno 92 dotazů obsahujících »vakuu«

51) Frekvence světla a index lomu11. 09. 2005

Dotaz: Mění se frekvence světla o určité vlnové délce v závislosti na indexu lomu optického prostředí? (katka)

Odpověď: V různých prostředích se světlo šíří různou rychlostí. Poměr rychlosti ve vakuu ku rychlosti v daném prostředí je bezrozměrné číslo zvané index lomu. Při přechodu světla z jednoho prostředí do druhého se změní vlnová délka světla v závislosti na poměru indexů lomu těchto prostředí, frekvence zůstává stejná.
(Jakub Jermář)   >>>  

52) Překonání rychlosti světla08. 09. 2005

Dotaz:

Překonání rychlosti světla je úplně nemožné, nebo stačí nekonečné množství energie? Mohla by nějaká civilizace teoreticky vlastnit nekonečno energie?

(Leinad)

Odpověď:

Žádný hmotný předmět nemůže nikdy překonat rychlost světla ve vakuu. Pokud byste například roztláčel automobil, pak čím více by se jeho rychlost blížila rychlosti světla, tím by se vám zdál těžší a bylo by tak stále těžší a těžší urychlit jej ještě více. V limitním případě byste pak potřeboval na roztlačení nekonečně těžkého automobilu nekonečnou sílu a energii. Disponovat nekonečnou energií ale nejde, přičemž důvodů je několik. Předně byste ji musel někde vzít a je otázka, zda vůbec ve vesmíru nekonečně energie je. Ale ikdyby bylo, bude problém s její kumulací - i energie má svou hmotnost (vzpomeňte na E=m·c2) a akumulace velikého množství energie (hmoty) na malém místě vede ke vzniku černé díry.

(Jakub Jermář)   >>>  

53) Proč náboj v gravitačním poli nevyzařuje?10. 03. 2004

Dotaz: Když je elektrický náboj urychlovaný, tak vyzařuje elektromagnetické vlny. Podle obecné teorie relativity je v laboratoři fyzikálně nerozlišitelné, jestli je laboratoř urychlovaná se zrychlením "a", nebo je v klidu v gravitačním poli, kde působí tíže g=a. To ale znamená, že nabité těleso, které je v klidu v gravitačním poli by také mělo vyzařovat(?). V tom případě by ale bylo v principu nevyčerpatelným zdrojem energie (např. když by bylo umístěno v uzavřeném prostoru ve vakuu, aby se jeho náboj nezmenšoval), takže perpetum mobile. Někde je v úvaze chyba ....? (František Kříž)

Odpověď: Řešení vašeho "paradoxu", totiž že i těleso stojící v klidu v homogenním gravitačním poli vyzařuje elektromagnetické a gravitační vlny, spočívá v tom, že "záření" je GLOBÁLNÍ pojem, který není definovatelný jen pomoci čistě lokálních úvah a charakteristik. Proto nelze v tomto případě použít argumentů opírajícího se o princip ekvivalence: ten totiž právě platí POUZE LOKÁLNĚ.
Abychom mohli hovořit o záření, je nutno vyšetřovat asymptotické chování polí (elektromagnetických nebo gravitačních) dostatečně daleko od zdrojů. Musíme tedy především vědět, kde se nekonečno nachází (to není v obecné relativitě vůbec triviální otázka), a pak zkoumat, jak rychle klesá velikost příslušného pole, když se do takového nekonečna blížíme.
Prakticky většinou uvažujeme situaci, kdy zdroj je izolovaný (jedná se například o elektrony pohybující se ve vysílací anténě, anebo o dvojhvězdný systém, který periodicky deformuje prostoročas). Pak "zářivé" složky pole jsou takové, které klesají jako 1/r, kde r je vzdálenost od těžiště zdroje. Abychom tedy mohli hovořit o záření, používáme speciálně zvolenou nerotující vztažnou soustavu, ve které se dají příslušné složky pole dobře a snadno analyzovat. Konkrétně: pokud jde o gravitační pole, platí, že každé těleso, které se pohybuje zrychleně vůči této speciální soustavě, bude vyzařovat gravitační vlny, jež budou odnášet část energie zdroje. Bude-li například těleso padat volným pádem v gravitačním poli Země, bude se pohybovat ze zrychlením VŮČI zemskému středu, který je totožný s počátkem výše zmíněné speciální soustavy. Proto bude vyzařovat gravitační vlny, jejichž energie bude úměrná hmotnosti tělesa, jeho zrychlení a gravitační konstantě, a nepřímo úměrná páté mocnině rychlosti světla (což je nesmírně malé číslo, a proto budou takové vlny velmi slabé). Podobně také družice obíhající po kruhové dráze okolo Země bude vyzařovat (rovněž slabě) gravitační vlny. Naproti tomu těleso, které bude vůči centru v klidu nebo pohybu rovnoměrně přímočarém, zářit nebude.
Náboj stojící na jednom místě v gravitačním poli Země tedy nebude vyzařovat elektromagnetické vlny (zanedbáme-li ovšem malé zrychlení způsobené rotací Země či oběhem Země kolem Slunce), nelze ho tedy použít coby "perpetum mobile".
(Doc. RNDr. Jiří Podolský, Csc.)   >>>  

54) Jak funguje termoska?23. 02. 2004

Dotaz: Chtěla bych se zeptat, proč vydrží zmrzlina v termosce studená a čaj teplý? (petra)

Odpověď: Termoska je nádoba s dvojitými skleněnými stěnami, mezi kterými je vyčerpán vzduch a stěny jsou zevnitř stříbrně pokoveny. Teplo se tedy přes stěny špatně šíří, tepelnému záření brání kovový povlak, který ho odráží, vedení a proudění je potlačeno tím, že mezi stěnami je skoro vakuum. Teplo z čaje proto nemůže snadno unikat ven do chladnějšího prostředí a obráceně teplo z venku se špatně dostává dovnitř ke studenější zmrzlině.
(M. Rojko)   >>>  

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)   >>>