Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
25) Hustota ponořené koule
30. 04. 2011
Dotaz: Prosil bych o pomoc při řešení tohoto příkladu...nejlépe o zaslání
řešení (postupu počítání) : Koule o hmotnosti 5,67 kg je ponořena do
vody a napíná lano, na kterém visí, silou o velikosti 50,7 N. Určete
hustotu koule. (Tomáš)
Odpověď: K určení hustoty koule potřebujeme znát její hmotnost a objem. Hmotnost
máme zadanou, tedy zbývá určit objem. Ten získáme snadno z následující
úvahy.
Protože koule napíná lano silou 50,7 N, znamená to, že je
nadlehčována silou 6 N (sama koule neponořená do vody by lano napínala
silou přibližně 56,7 N). Tato síla, která "nadnáší" tělesa ponořená
do kapalin se nazývá vztlaková síla a je úměrná ponořenému objemu.
Tedy, vztlaková síla = 6 N = V*ρ*g, kde ρ je hustota kapaliny a g je tíhová
konstanta. Odtud snadno vyjádříme objem koule V, který nakonec dosadíme do
vzorce pro výpočet hustoty, tedy hustota = (hmotnost koule / objem koule V)
kg/m3.
Dotaz: Proč fungují motory raketoplánu i ve vzduchoprázdnu? (David Siegert)
Odpověď: Motory raketoplánů fungují na principu fyzikálního jevu, který znáte pod
názvem 3. Newtonův pohybový zákon, zákon akce a reakce. Jak si můžete
vyzkoušet, působí-li těleso silou na jiné těleso, působí i druhé
zmíněné stejně velkou silou na první - dáme-li facku, nebolí to pouze
obdarovaného, ale i nás; odstrčíme-li se od zdi, odstrčí se i "zeď od
nás" (můžeme ji zbořit, je-li postavená např. z molitanových kostek);
nafoukneme-li balónek a potom ho pustíme, utíkající vzduch z otvoru, který
je hnán smršťující se stěnou, urychluje míček na druhou stranu.
Vystřelíme-li z pistole na kolečkových bruslích, zpětný ráz nám je
"nastartuje" a my pojedeme na druhou stranu, pryč od zastřeleného.
Podobně
fungují i motory raketoplánů. Stačí tedy zajistit, aby bylo něco
dostatečně rychle hnáno směrem "ven" z lodi a loď pojede, kam si kapitán
přeje.
To se zajišťuje různými způsoby. Existuje množství motorů,
které fungují na principu chemických reakcí. Loď si s sebou veze např.
stlačený kyslík s palivem, tekutý kyslík s vodíkem, atd. Tyto složky se
nechají zreagovat a získaná energie je použitá pro pohon lodi.
Zajímavé
ale je, že existují i jiné způsoby. Tzv. iontový motor je toho důkazem.
(Princip činnosti vysvětlím na konkrétním typu, ostatní se liší
používaným plynem, velikostmi napětí,..). Využívá atomů xenonu, který
je pro tyto účely velice vhodný - je to inertní plyn, takže nereaguje se
stěnami reakční komory, má na inertní plyn nízkou ionizační energii,
není radioaktivní,.. Atomy xenonu jsou ionizovány pomocí elektronů a potom
směrovány a urychlovány soustavou dvou mřížek, mezi kterými je napětí
kolem 1280 V. Toto napětí atomům dodává zrychlení řádově 810 až 910
m/s2, což nakonec dává rychlost částice 35 000 m/s. Díky stejnému efektu
jako například u nafouknutého balonku potom dochází ke zrychlení celé
lodi. Tyto motory mají poměrně malou tahovou sílu (udává zrychlení
řádově 10-2 m/s2), používají se proto především pro dlouhodobé mise.
Jejich nespornou výhodou je malá míra opotřebení a dlouhá životnost.
Dotaz: U města Zlaté Hory teče potok do kopce.
Jak je to možné??? (Ota)
Odpověď: V okolí města Zlaté Hory se rozkládá naučná stezka, která Vás zavede na
místo, kde "voda teče do kopce". Toto místo jsem osobně navštívila a
můžu říct, že ať jsem se dívala jak jsem chtěla, opravdu jsem byla
přesvědčená, že tomu tak je. Jak je to tedy možné, když fyzika tvrdí
opak? Protože voda je hmotná a nachází se v gravitačním poli Země, vždy
by měla (bez cizí pomoci) téci směrem dolů. Neplatí fyzikální zákony,
nebo si z nás někdo dělá legraci?
Odpověď je jednoduchá. Někdo si z nás
dělá legraci a ten někdo jsme my sami. Jde totiž o optický klam. Mozek
zpracuje veškeré okolní informace tak, že se sám přesvědčí, že směr
toku vody je určitě směrem "do kopce" (například díky vhodnému sklonu
břehu), přestože potok sám "běží z kopce".
Protože byste mi to ale
neměl věřit jen proto, že to píšu, bude dobré si to ověřit. Tu
nejtěžší práci za Vás už odvedli jiní, takže stačí, když si vezmete
mapu okolí Zlatých Hor, najdete si potok a podíváte se na vrstevnice, kudy
že to vlastně doopravdy teče.
Dotaz: Dobrý den, dočetla jsem se, že vystřelená kula se pohybuje po parabole.
Zajímalo by mě proč neletí rovně. Velice děkuji za odpověď. (Marti)
Odpověď: Představme si nejprve, že vystřelíme kulku (například z pistole) ve vakuu
někde na Zemi. Protože planeta vytváří tzv. centrální gravitační pole
(gravitační zrychlení míří ve všech místech kolmo do středu Země, což
má za následek mimo jiné to, že odmyslíme-li si okolní vlivy, padají
upuštěné předměty kolmo k zemi), existuje na daném místě konstantní
gravitační zrychlení g, které stále nutí naši kulku k volnému pádu. My
jsme ji ale vystřelili, takže existuje další počáteční zrychlení,
které by ji nutilo letět vodorovně. Kulce pak nezbývá, než vykonávat oba
pohyby (tedy volný pád i vodorovný "vrh") naráz. Platí tzv. princip
superpozice, ze kterého pro skládání pohybů plyne následující -
nakreslíme-li si graf, potom na ose y kulka "padá volným pádem" a na ose x
"letí vodorovně"...složením obou pohybů dohromady dostaneme pohyb po
části paraboly.
V našich podmínkách je to ale ještě trošku jinak. Vzduch
není nehmotné prostředí, takže klade letící kulce odpor. Na celém pohybu
se to pak projeví tak, že kulka letí po tzv. "balistické křivce".
Dotaz: Máme dvě tělesa stejné velikosti a tvaru o rozdílné hmotnosti... Obě tato
tělesa bychom pustili ve stejný čas a ve stejné výšce na zem (rovný
povrch) má otázka zní: které těleso dopadne na zem dříve? To lehčí to
těžší nebo nastejně? (Lenka K.)
Odpověď: Základní otázkou je, uvažujeme-li tělesa ve vakuu nebo v
reálném prostředí.
Představíme-li si ideální prostředí bez odporu
(právě zmíněné vakuum), bude nám na tělesa působit pouze síla
gravitační, která dává oběma tělesům stejné zrychlení "g" - dopadnou
ve stejný okamžik.
V reálném prostředí je to ale o něco zajímavější.
Vyřešíme-li diferenciální rovnice pro pohyb, při kterém působí
odporová síla, dojdeme k závěru, že takové těleso není urychlováno
lineárně "donekonečna". Existuje určitá mezní rychlost, ke které se
urychlované těleso blíží a kterou nepřekročí. A tato rychlost je mimo
jiné závislá právě na hustotě (hmotnosti) tělesa a na jeho průřezu
(tvaru a velikosti).
Máme-li tedy dvě stejně velká tělesa stejného tvaru
ale různé hmotnosti v prostředí s odporem (například ve vzduchu), dopadne
na zem těžší těleso dříve.
Vyzkoušet si to můžeme i prakticky -
položíme-li na hladinu vody dva různě těžké předměty stejného
rozměru, dopadne nám těžší na dno podstatně dříve, než lehčí
(protože má voda větší hustotu než vzduch, bude konečná rychlost obou
těles menší, proto bude i lépe pozorovatelný výsledek).
