Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
152) Vrtulník v krabici
20. 05. 2008
Dotaz: v uzavřené nádobě 2x2x2 m vzlétne model vrtulniku. a já se ptám, jestli
se tim změní hmotnost bedny. děkuji za váš čas a odpověď (oleg)
Odpověď: Hmotnost nádoby (bedny, krabice) se samozřejmě nezmění, stejně tak se nezmění hmotnost například Karlova mostu. Možná jste se chtěl zeptat, zda se změní hmotnost soustavy krabice+vrtulník. Ta se také nezmění - hmotnost se zachovává
(alespoň v přiblížení klasické mechaniky), takže dokud z uzavřené krabice něco nevypadne nebo do ní něco nepřidáme, bude soustava krabice+věci uvnitř mít stále stejnou hmotnost.
Možná jste se ale chtěl zeptat na to, co ukáže váha, když na ni dám krabici a nechám uvnitř vzlétnou vrtulník. V takovém případě ukáže váha krátkodobou výchylku směrem ke větší hmotnosti - vrtulník vevnitř zrychlil směrem vzhůru, musela na něj tedy působit nějaká síla směrem vzhůru a on naopak musel zatlačit směrem dolů (viz druhý a třetí Newtonův zákon). Jak to celé vevnitř s těma silama probíhalo (jak se urychloval a proudil vzduch a jak narážel na stěny a hlavně dno krabice) je obtížné detailně popsat. Po chvilce ale vrtulník musí buď zastavit (=zpomalit) nebo narazit na strop. A to se zase na váze objeví krátká výchylka směrem k nižším hmotnostem. Dlouhodobě (v průměru) bude tedy váha vždy ukazovat stále stejnou hmotnost celé soustavy.
Dotaz: Dobrý den, nedávno jsem shlédl přednášku prof. Kulhánka o temné energii,
o tom, že jde pravděpodobně o energii vakua. Chápu, že je to záhada pro
všechny, ale nemohli byste naznačit:
Proč je hustota energie udávána v eV na čtvrtou (ne v eV/m3)?
Z jakých zákonů vychází teoretický odhad její velikosti - řádově 10108? Proč je tak extremní?
Odvozuje se změřená hustota energie vakua (10-12) z Lambova posuvu?
Děkuji
J.Nižňanský (J.Nižňanský)
Odpověď:
Ve fyzice se často různé veličiny uvádí v elektronvoltech. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jednoho voltu, 1 eV = 1,602×10−19 J. V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost, převod je přes Einsteinův vztah E = mc2, tedy 1 eV ≈ 1,783×10−36 kg; teplota, kde převod je přes vztah E=kBT, tedy 1 eV ≈ 11 600 K. Někdy bývá zvykem vyjadřovat délku a čas v inverzních elektronvoltech, klíčem je Planckova konstanta zapsaná ve tvaru ħ ≈ 6,582×10–16 eV s nebo ħc ≈ 1,973×10–7 eV m.
Kompletní převody naleznete v dokumentu NIST (řádek inverse meter). Nepřímou úměru mezi metrem a elektronvoltem si můžeme například představit tak, že čím vyšší má částice energii, tím na kratší vzdálenost může proniknout při rozptylovém experimentu. Hustotu hmoty (kg/m3) nebo energie (J/m3) lze proto vyjádřit v jednotkách eV4.
Hustota temné energie (ze sledování zrychlené expanze pomocí supernov typu Ia, z analýzy reliktního záření, z analýzy velkorozměrových struktur v celooblohových přehlídkách) vychází řádově 10–12 eV4. Hustota energie vakua ze standardního modelu elementárních částic vychází řádově 10108 eV4. Teorie Lambova posuvu je jen jednou z mnoha součástí kvantové elektrodynamiky a tedy i standardního modelu.
Dotaz: Výbuch hvězdy v Pastýři. V těchto dnes se objevila zpráva, že v Pastýři
vybuchla hvězda ve vzdálenosti 7,5 mld sv. r. a byla asi 5.5 mag. Můžete
prosím porovnat výkon tohoto výbuchu např. se zář. výkonem Slunce? Kde
výbuch skutečně nastal když fotony letěly 7.5 mld roků a během cesty se
různě ohýbaly kolem hmotných objektů? Děkuji za odpověď. (Jaroslav Dosoudil)
Odpověď: Jedná se o tzv. gama záblesk (anglicky "gamma-ray burst", zkrácené GRB) ze dne 19.3.2008. Více se o tomto mimořádně jasném objektu lze dočíst přímo u pozorovatelů na adrese http://gcn.gsfc.nasa.gov/other/080319.gcn3. Číslování je velice jednoduché: 08 znamená rok 2008; 03 znamená měsíc březen; 19 znamená den objevu. Pokud daný den bylo pozorováno více záblesku, pak se přidají ještě písmena A, B, C, ... podle pořadí objevu. Ten mimořádně jasný záblesk má písmeno B. Takže pro jakoukoliv další detektivní práci na internetu zadejte do vyhledávače GRB 080319B.
GRN 090319B, zdroj: NASA
Gama záblesky jsou nejjasnějšími objekty ve vesmíru. Např. Slunce září výkonem 3,8x1026 W (1026 znamená, že za 1 je 26 nul; W = Watt), gama záblesk má výkon zhruba 1044 W. Na druhé straně Slunce září milliardy let, záblesk jen sekundy až desítky sekund. Pak jasnost klesá, a lze pozorovat tzv. dosvit někdy i několik dní (ale jen s nejvýkonnějšími dalokohledy).
U našeho objektů při největší jasnosti byl záblesk pozorovatelny asi 10 sekund i pouhým okem, protože maximální viditelná jasnost, jak píšete, byla 5,5 mag.
Gama záblesky jsou v tzv. kosmologických vzdálenostech (stejně jako např. galaxie a kvazary). Znamená to, že jsou v největších pozorovaných vzdálenostech (milliardy světelných let), a i signálů trvá milliardy let, než k nám od doby vyslání doletí. Nicméně, konkrétně u gama záblesku 080319B, se nejedná o rekordní možný čas a vzdálenost. Mimořádnost byla dána maximální pozorovanou jasnosti 5,5 mag.
Čas letu jste již udala (7,5 milliard let), Takže výbuch nastal v době, kdy Země ještě ani neexistovala.
V případě určení vzdálenosti objektů od nás je situace trochu složitější, protože musíte rozlišit mezi vzdálenosti v okamžiku vyslání a v okamžiku příjmů (t.j. dnes). Tyto dvě vzdálenosti nejsou ani zdaleka totožné, protože než k nám světlo doletělo, tak se objekt hodně vzdálil díky rozpínání vesmíru. Navíc ani neplatí, že když letělo světlo 7,5 milliardy let, tak v okamžiku vyslání byl objekt 7,5 milliardy světelných let daleko (opět díky rozpínání vesmíru). Konkrétní hodnoty lze vyčíslit pomoci složitějších vzorců. V našem případě lze říci, že objekt byl v době výbuchu ve vzdálenosti 5,3 milliard světelných let, a nyní je ve vzdálenosti 10,3 milliard světelných let.
Dodám ještě, že při těchto obrovských rozměrech samotná definice vzdálenosti je dosti komplikovaná záležitost. Proto u těchto kosmologických objektů je nejlepší používat tzv. rudý posuv. Více o těchto otázkách se lze dočíst např. na stránce http://www.astro.ucla.edu/~wright/intro.html. U objektu 080319B byl rudý posuv 0,94.
Co se týče směru letu je situace jednoduchá - "ohýbání" kolem jiných objektů lze zanednat. Takže signály z gama záblesku přiletěly prakticky přímočaře.
Dotaz: Farmář má kuřata, která nenesou vejce, zavolá si proto na pomoc fyzika. Po
pár dnech bádání přijde fyzik za farmářem a říka: "Našel jsem
řešení! Ale platí pouze pro sférická kuřata ve vakuu." Můžete mi
prosím vysvětlit, pro by měl být tento vtip vtipný? (pivrnec)
Odpověď: Většina fyzikálních situací je (mají-li být zkoumány důsledně a bez zjednodušování) velmi složitá a obtízně se s nimi pracuje. Ve fyzice proto velmi často zjednodušujeme situaci tak, že spoustu věcí zanedbáme, čímž myšlenkově vytvoříme podobnou, ale výrazně jednodušší situaci, s kterou už umíme počítat. Představte si třeba kouli - tu lze jednoduše popsat/vymezit v prostoru relativně jednoduchou nerovnicí (slovy by říkala to, že do koule patří všechno, co má od nějakého středu vzdálenost menší než daný poloměr). A teď si představte kuře. Dokážete nějak matematicky definovat, co to tako vé kuře je? Kde v prostoru začíná a kde končí? Inu velmi netriviální problém. Když bychom tedy chtěli s kuřady něco počítat, budeme se snažit situaci nějak zjednodušit. Buď z kuřete uděláme tzv. hmotný bod (když nás jenom zajímá, kde je, ale už nás nezajímá třeba, jak se otočí), tuhé těleso (když nás zajímá i to natočení, ale už ne deformace), ... častým zjednodušením ve složitější fyzice je pak tzv. sféricky symetrické těleso (typicky koule).
A proč ve vakuu? Nejjednodušeji se počítá, když nám ten výpočet nekazí žádné vlivy okolních těles, zkrátka když je okolonašeho předmětu zkoumání dokonalé nic... tedy vakuum.
Dotaz: Dobrý den, nejdrív bych chtel pochválit tento web. Nasel jsem tu spoustu odpovedí. A ted otázka: Zajímalo by me co zbyde po interferenci dvou fotonu s opacnou fází. Je mozné ze se uplne vyrusí jako vlny na hladine vody? A jak je to s interferencí cástic? Napríklad elektronu. Myslím si, ze by po nich mela zustat alespon nejaká forma energie, ale to vlastne i po fotonech vzhledem k jejich duálnímu charakteru. A jeste jedna otázka: Jakto ze pri anihilaci cástice a anticástice se uvolní energie? Kdyz princip neurcitosti umoznuje vzniknout cásticím s kladnou energií a anticásticím se zápornou energií.Mozná jsem to jen spatne pochopil. Dekuji za vysvetlení. Rád si o tom neco prectu pokud mi doporucíte literaturu. (Tomáš)
Odpověď: Co se týče interference, jde o vlnovou záležitost a tak je potřeba se na věc dívat trochu jinak (ne jako na částice, ketré v daném místě zmizí). Správnější je tedy představa, že zatímco na jednom místě se v důsledku interference projev přítomnosti fotonů/částic vyruší, nutně se zase jinde, o kousek dál, v důsledku téže interference konstruktivně sečte a tedy zesílí. Nejde tedy o nějaké mizení energie, ale o její prostorové přeuspořádání.
Nyní k anihilaci - všechny částice i antičástice mají vždy kladnou hmotnost a tedy i energii, při anihilaci tedy dochází opět pouze ke změně formy hmoty/energie. Při řešení rovnic (Diracova, Kleinova-Gordonova) skutečně může vycházet, že některé částice mají zápornou energii, tuto skutečnost je však potřeba interpretovat poněkud jinak, t.j. že mají kladnou energii, ale opačný náboj - jedná se tedy o antičástice (s kladnou energií).
