Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 92 dotazů obsahujících »vakuu«
63) Maximální rychlost při volném pádu
08. 10. 2003
Dotaz: Chtěla jsem se zeptat, jak je to s volným pádem, jestli těleso
dosáhne nějaké maximální rychlosti (pokud ano, jak se zjistí její
hodnota) a pak už jenom tuto rychlost dodržuje, nebo jestli až do
konce pádu zrychluje. (Jana Wernerová)
Odpověď: Ve vakuu pod vlivem gravitačního pole by se těleso zrychlovalo až k
rychlosti světla (pokud by někam nespadlo dříve), ve vzduchu kromě tíhy
působí právě odpor vzduchu, takže se rychlost stabilizuje na takové
hodnotě, kdy je odpor právě rovný tíze. Takže parašutista ve stabilizované
poloze padá stálou rychlostí snad okolo 50 m/s, jestli si to dobře
pamatuji, když poletí jako šipka, bude mít více. Kapky deště se taky
neurychlují pořád, jak ostatně víte z toho, že například z mraku kilometr
nad vámi nedopadají rychlostí v=odmocnina(2gh)=140 m/s (experimentálně to
lze srovnat například tak, že vystrčíte za deště tvář v autě na dálnici
(já bych si vzal dobré brýle).
Dotaz: Zajímalo by mne, zda je pravda, že kulka vystřelená vodorovně z dané
výšky letí déle, než kdyby byla ze stejné výšky upuštěna. A proč? (Honza)
Odpověď: Odpor vzduchu je úměrný druhé mocnině rychlosti. Proto odpor vzduchu
kulky padající svisle dolů z malé výšky je relativně malý. Např. při
pádu z výšky 5 m je téměř zanedbatelný (doba pádu cca 1s).
Na kulku startující vodorovně rychlostí např. 200 m/s je ale odpor
mnohem větší a protože kulka neletí vodorovně, ale vektor její
rychlosti je čím dál více skloněn k zemi, opačně namířený odpor
vzduchu má složku mířící nahoru a ta je vzhledem k velké rychlosti
větší, než odpor při volném padání. Pohyb k zemi je proto oproti pádu
s nulovou počáteční rychlostí vzduchem více zbržďován. Kulka letí
déle. Co platí pro vzduch ale neplatí pro vakuum. Tam obě kulky
dopadnou na zem současně.
(M.Rojko)
Reakce na odpověď:(4.5.2004) Radim Pospěch
Zdá se mně, že
Vaše vysvětlení není správné. Myslím, že obě kulky dopadnou na zem za stejnou
dobu. V každém bodě dráhy kulky lze přece vektor její rychlosti rozložit do
složky vodorovné a svislé, svislá rychlost je pak stejná pro kulku vystřelenou i
pro kulku volně padající. Stejně pak je možno rozložit i síly - gravitační a
odporu vzduchu. Svislé složky sil a rychlostí jsou pro oba případy pořád stejné,
proto dopadnou kulky na zem stejně. Tolik, pokud bereme v úvahu jen gravitaci a
odpor homogenního prostředí. Ve skutečnosti se uplatní aerodynamické efekty při
obtékání kulky (rozdílný tvar a působení vírové oblasti nad kulkou), které
zřejmě způsobí, že vystřelená kulka dopadne přece jen později. Laicky, kulka
bude tak trochu "plachtit", podobně jako vržený oštěp.
Odpověď:
Vážený kolego,
chyba ve Vaší úvaze tkví v tom, že složku odporu vzduchu musíme
počítat ze čtverce velikosti vektoru rychlosti a ne jednoduše jen ze
složek rychlosti. To jde jen v případě, že rychlosti proudění kolem
tělesa jsou laminární a odpor prostředí lze počítat ze Stokesova
vztahu (lineární závislost odporu na rychlosti). Svou úvahu jsem
ověřil tím, že jsem pohyb obou kulek namodeloval na počítači.
Je to ale vidět rovnou ze vztahů pro ypsilonovou složku zrychlení
bržděného pohybu: ay= -g-konst*v2*(vy/v), která je menší než
ay = g - konst*u2, kde u je okamžitá rychlost svislého vzduchem
bržděného pádu. ( v byla okamžitá rychlost letící vystřelené
kulky). Můžete si to v Excelu snadno namodelovat. Platí to
samozřejmě i pro kulatou kulku. Efekty tvarové
jsem ve své odpovědi neuvažoval.
Dotaz: Dokázal již někdo přijatelně vysvětlit proč jsou některé látky průhledné a
průsvitné? Jak procházejí fotony hmotou? Nezdá se mi, že by šlo o postupné
předávání vlnění z čelní plochy skrz až na plochu výstupní. Dopadající fotony
přece nemají takovou energii, aby dokázaly rozkmitat celou tlošťku a navíc (u
látek průhledných) bez zkreslení. Jak to ty fotony dělají? (Pavel Dombrovský)
Odpověď: Vaše formulace se mi zdá být zatížena takovou "materiální"
představou fotonů jako kuliček z něčeho zformovaných - třeba střel, které
si mají prorazit cestu "nepřátelským územím". Ale tomu tak není. Realitě je
stejně blízká představa, že foton je pomluva, která se šíří mezi lidmi -
vzruší je (rozkmitá je), oni ji předají dál, a zapomenou na ni. I toto je
samozřejmě jen příměr.
Chcete-li hlubší fyzikální obraz, podle kterého by taky šlo něco
spočítat, pak nezbyde než sáhnout po nějaké učebnici fyzikální optiky.
Z hlediska kvantové teorie je to všecko jednak složitější, jednak
jednodušší. Zavádíme tzv. účinný průřez pro to, abychom jednoduše popsali
"velikost terče" při interakci (srážce); průběh srážky se počítá kvantově,
ale o tom nemá smyslu mluvil takhle "letmo". Taky foton (coby kvantovaná
elektromagnetická vlna) v látkovém prostředí je "něco jiného" než foton ve
vakuu - v látce se prostě na elektromagnetických kmitech E, B "přiživí" i
nabité částice tvořící látku (jádra, elektrony). Proto vychází ustálená
rychlost menší než c. Rozbor přechodových jevů je dosti složitý i klasicky
(viz např. Stratton: Teorie elektromagnetického pole).
Mimochodem, takové neutrino dokáže proletět Zeměkoulí s velice
vysokou pravděpodobností, že se vůbec neodchýlí.
Dotaz: Rád bych věděl, jak je možné, že vakuum (tedy prázdnota) má nějaké vlastnosti:
permitivitu a permeabilitu. Prázdnota by přece měla být bez charakteristik.
Nebo je permitivita vakua spíš vlastnost elektromagnetického pole, které se
vakuem šíří? (Honza)
Odpověď: Souhlasím s názorem, že permitivita a permeabilita vakua jsou vlastnosti
elektromagnetického pole, které se nějak modifikuji v
přítomnosti látky. Jinak jedna věc je fyzikální realita, druhá naše pojmy
a chápání skutečnosti, obvykle s pomocí nějaké teorie. V kvantové teorii
pole se například pohled na vakuum poněkud zkomplikuje, protože se např.
objeví možnost, aby foton na chvilku přešel na virtuální
elektron-pozitronový pár a za chvilku se zase vrátil. Tak máte najednou v
"prázdnotě", kterou se šíří elektromagnetické pole, další částice...
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.
