Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 15 dotazů obsahujících »kinetická«
11) ZZ hybnosti a energie
07. 10. 2002
Dotaz: Začal jsem se potýkat s takovou primitivní záležitostí, jako je zákon zachování hybnosti a energie. Konkrétně u rakety! Podle zákona zachování hybnosti se její rychlost rovná v(rakety)=v(zplodin)*m(zplodin)/m(rakety) . To je samozřejmé. Ale vezmeme-li rychlost rakety ze ZZ energie (kinetické), tam vyjde, že v(rakety)=v(zplodin)*sqrt(m(zplodin)/m(rakety)) ! To je dost podstatný rozdíl. My jsme ve škole vždy počítali příklady s tím, že lze počítat rychlost či jinou veličinu podle obou ZZ (příklady týkající se rázů), ale většinou jsme používali oba! Proč se v tomto případě výsledky liší? (Dave)
Odpověď: Zákon zachování hybnosti pri prvním vyplivnutí zplodin bude
správne: v(rakety)=m(zplodin).v(zplodin)/[m(rakety)-m(zplodin)]
zákon zachování hynosti vyžaduje jen nevmešování
vnejších sil a platí i pri vkladu energie zevnitr. Zákon
zachování energie ale v tomto prípade zní úplne jinak:
Energie získaná spálením paliva = kinetická energie rakety +
potenciální energie rakety (obojí bez vyplivnuté porce
paliva) + totéž pro plivanec paliva. Mechanická energie se
nezachovává. Vaše druhá rovnice je zcela nesprávná, o
energii se obe telesa bratrsky nepodelí.
Dotaz: Prosím Vás, je pravda, že za působení většího napětí na elektronovou trysku z televize nevyletují elektrony, ale rentgenové záření? Jak velké by muselo být napětí? (Dave)
Odpověď: Milý kolego, v běžných rentgenech vzniká rentgenové
záření tím, že intenzivní paprsek urychlených elektronů
dopadá na materiál (např. tepelně odolný kov s vysokým Z),
brzdí se v něm a tím budí brzdné rentgenové záření
(rentgenové záření odnáší jen část absorbované energie,
proto musí materiál něco vydržet a ještě být chlazen).
Vyrábí se na to speciální součástka, "rentgenka".
Spektrum rentgenového záření závisí na energii
dopadajících elektronů - elektrony letící obrazovkou s
energií lehce nad 10 keV, které se zabrzdí v luminescenční
vrstvě a případně skle, budí také rentgenové záření,
ale tak měkké, že tloušťka např. hliníku potřebná na
jeho zeslabení na polovinu ("polotloušťka") je něco
kolem desetiny milimetru (takže tlusté sklo obrazovky ho
prakticky pohltí), pro praktické účely, např. rentgenování
zlomených kostí, je potřeba mít urychlovací napětí
desítek kV, např. pro 100 keV je už buzené rentgenové
záření tak pronikavé, že odpovídající polotloušťka
hliníku je 1,6 cm.
Je to takto:
1) Napětí mezi rozežhavenou katodou obrazovky a okolím
vytváří elektrické pole v okolí katody. Je-li toto pole
dostatečně silné, vytrhne z ní elektron; část energie (tzv.
výstupní práce) se přitom použila na "vytržení"
elektronu z materiálu katody, zbytek si nese elektron s sebou
jako kinetickou energii. V oblasti energií v televizoru nám
stačí počítat nerelativisticky, tedy kinetická energie je
rovna Ek = 1/2 m v2. Nic jiného z katody
nevylétává.
2) Elektron je dále urychlován a usměrňován elektrickým i
magnetickým polem v obrazovce, až dopadne na příslušné
místo stínítka. Během svého letu neztrácí energii
žádným vyzařováním. (To by přicházelo v úvahu až v
mnohem mohutnějších zařízeních typu synchrocyklotronu s
mnohem většími energiemi.)
3) Dopadem na příslušné místo stínítka se elektron
zabrzdí. Část jeho energie se spotřebuje mechanismem, který
vede k tomu, že stínítko na tom místě zasvítí, zbytek
energie se promění dílem na zahřátí a deformaci
prostředí, kam elektron dopadl, dílem na elektromagnetické
záření, tzv. brzdné záření. To má dvě výrazně
rozlišné části - spojité spektrum vznikající
principiálně vždy, když se elektricky nabitá částice
urychluje (anebo brzdí, to je prostě urychlování se
záporným znaménkem), a čárové spektrum, určené
materiálem, v němž se elektron brzdí. Část brzdného
záření padne i do rentgenových oblastí elektromagnetických
vln ("měkké rentgenovo záření"), ovšem je
poměrně slabá. Urychlující napětí obrazovky je deset až
pětadvacet tisíc voltů, což není zas pro tento účel tak
moc, záření se na své další cestě pohlcuje a samozřejmě
na rozdíl od rentgenky je obrazovka koncipována tak, aby
rentgenova záření k divákovi došlo co nejméně.
Dotaz: Včera byl na kanálu Spectrum odvysílán dokument o tzv. Studené fúzi. Pojednával o pokusu fyziků Pondse a Fleischmanna (snad jsem pochytil ta jména O.K.) z roku 1989, kdy se při reakci uvolnilo zajímavé množství "zbytkového" tepla.
Při ověřování však nebylo dosaženo pokaždé stejného výsledku a na popud prezidenta Busche (staršího) byla ustavena vyšetřovací komise, která pokus vyvrátila.
V průběhu 90. Let pak docházelo ke střetnutí mezi přívrženci a odpůrci této metody, přičemž vždy měli navrch odpůrci. Dokument však naznačuje, že odpůrci nikdy nejednali zcela nezaujatě.
Můžete to prosím nějak nezávisle komentovat?
(Jan Rechnovský)
Odpověď: Nevylučuji v principu, že by šla najít nějaká ta
"studená fúze", tj. že by šlo nějakým trikem
nechat k sobě přiblížit např. dvě jádra vodíku, tedy
protony, aby z nich vzniklo jádro deuteria (p+n+e+neutrino).
Toto splynutí se nazývá fúze. Je ale nutno dodat oběma
jádrům velikou energii (420 keV, tedy urychlit je napětím 420
000 V a strefit se čelně), protože se na dálku odpuzují
(tak, jak bychom taky čekali od elektricky stejně nabitých
částic). Pravda je, že po překonání této energiové
bariéry se nám všechna dodaná práce nejenom vrátí, ale
ještě kus přibyde - ale kde si půjčit na ten začátek?
Klasická "horká fúze" spočívá prostě v tom, že
vodík dostatečně zahřejeme. Spočítáte-li si ale teplotu,
která odpovídá oné energiové bariéře, dostanete nesmírně
vysokou teplotu, překračující podstatně teplotu ve Slunci
(asi 15 milionů stupňů, což je jen 1,3 keV). Jeden trik je
ale v tom, že má-li látka nějakou teplotu, pak
odpovídající střední kinetická energie je opravdu jen
STŘEDNÍ, tedy některé částečky (molekuly, atomy, ionty,
podle toho, o co jde) budou v daném okamžiku mít energii
menší, jiné větší. Nepatrná část může mít i energii
podstatně větší, takže jí to stačí na fúzi - a to je
případ Slunce, které taky spíše "doutná" než
"hoří".
Další trik je v tom, najít nějaký šikovný mezistupeň,
přes který by se dala bariéra přelézt třeba tím, že by se
menší dávky energie složily dohromady - asi jako přelezete
zeď, bude-li u ní žebřík. Nalezení takového žebříku by
bylo právě onou studenou fúzí. Objektivně vzato se to zatím
nepodařilo, i když takový jev není vyloučen. (Není také
tak docela snadné poznat, zda na pár atomech k tomu došlo a
zda by to v takovém případě mělo vůbec význam.) Ovšem to,
že někdo bude zarputile hájit tézi, které věří, i když
nebyla pokusem ověřena - to už je otázka spíše
psychologická, ne-li psychiatrická.
Dotaz: Prosím, objasněte mi pojem kyvadla. Jaká známe a kdo je jejich objevitem. (Barbora Kvasničková)
Odpověď: Já bych to nebral tak formálně. Kyvadlo - jak název
napovídá - je cokoliv, co se kýve, tedy pohybuje tam a
zpátky. Nejjednodušší je mít v poli zemské tíže malé
tělísko (které pak můžu pokládat za hmotný bod o hmotnosti
m) na provázku (tedy: nehmotné niti délky L), aby bylo pořád
stejně daleko od bodu závěsu. Tomu se říká MATEMATICKÉ
kyvadlo. Jeho energie je složena z potenciální energie (mgz) a
kinetické (1/2 m v2). Pokud je to tělísko tak
velké, že ho nemůžu s klidným svědomím pokládat za bod
(anebo to je například připevnění na tyči, a její hmotnost
už nemůžu zanedbat), tak se tomu říká FYZIKÁLNÍ kyvadlo.
Tam je potenciální energie stejná - beru-li za z souřadnici
těžiště - ale ke kinetické energii posuvného pohybu
přibývá kinetická energie pohybu rotačního, kde se uplatní
moment setrvačnosti kývajícího se tělesa. Pro malé
výchylky je doba kyvu (polovina doby kmitu) úměrná odmocnině
z podílu L/g, kde g je tíhové zrychlení a je nezávislá na
hmotnosti m. (Tak se dá taky měřit g.) Na fyzikálním kyvadlu
záleží pochopitelně na poloze osy, kolem které těleso
kýve. REVERZNÍ kyvadlo (fyzikální) má dvě osy tak
nalezené, že doby kyvu podle obou jsou stejné, a pak se dá
snadno převést na kyvadlo matematické. Tahle kyvadla zatím
všechna kývala v rovině. FOUCALTOVO kyvadlo kýve taky "v
rovině", ale ta sestáčí s časem tak, jak se otáčí
Země, a jak tedy tomu kyvadlu "ujíždí pod nohama";
tohle ujíždění by bylo jasné tomu, kdo by to pozoroval
nikoli ze Země, ale z nějaké inerciální, neotáčející se
soustavy. Ten, kdo to pozoruje ze soustavy spjaté se Zemí (a
tedy neinerciální), si musí doplnit k působícím silám
ještě tzv. síly setrvačné, které nejsou povahy fyzikální,
ale geometrické - mají za účel vyrovnat to, že pohyb
popisuji ze systému neinerciálního. Z nich se zde uplatní
právě Coriolisova síla, kterou si (vůči Zemi) vysvětlíme
stáčení roviny.
Vsuvka: představte si kyvadlo na severním pólu. Kmitá chudák
pořád v jedné rovině, ale Země se pod ním podtáčí,
jednou za 24 hodin, proti směru hod.ruč.. Když ho tedy
pozorujeme ze Země, tak se nám jeho rovina kmitů naopak
stáčí, vůči Zemi po směru ruč.hod., celou obrátku za 24
hod. Pochopíte-li tohle, pochopili jste právě
"Coriolisovu sílu".
Taky se říká KÓNICKÉ kyvadlo takovému, které nekmitá v
rovině, ale v prostoru, takže vlastně šňůrka vytváří
kužel (konus). Průmět jeho pohybu do libovolné roviny
obsahující svislici dálá obyčejné kmitání. A ještě si
vzpomínám na TORZNÍ kyvadlo, což je např. visící
čtvercový stůl přivázaný za každý roh ke stropu. Když ho
trošku zkroutíte, tak ty šňůry jsou sice pořád rovné, ale
směr mají šikmý a snaží se dostat zpět do svislice.
Takováhle kyvadla mívají sloupkové hodiny. Víc už mne
nenapadá.
Dotaz: Dvě elektromagnetické vlny se při interferenci ve vakuu zruší.Co se stane s energií vln ? (Jezek Vlastimil)
Odpověď: Ono
to "zrušení" není tak docela pravda. Za prvé:
elektromagnetická vlna má nejen elektrickou, ale i magnetickou
složku. Obě nesou STEJNĚ VELKOU energii. Za druhé: Dvě vlny
jdoucí proti sobě (a každá z nich přenášející energii)
dají vzniknout stojaté vlně - tedy stojatým kmitům, které
energii nepřenášejí, jenom si ji přelévají na místě z
elektrické složky do magnetické.
Představte si to na provázku, který kmitá nahoru a dolů tak,
že zprvu jde jedna vlna napravo a druhá nalevo; když se
(šikovně) sejdou, tak vznikne "stojatá vlna", v
níž se přelévá kinetická energie rychle letícího kousku
provázku (blízko rovnovážné polohy) do potenciální energie
"našponovaného" kousku provázku daleko od
rovnovážné polohy.
