Dotaz: Probírali jsme blesk. Studenti se ptali, jestli blesk, který uhodí do rybníka,
zahubí kapry.Nevím si rady. Děkuji (Iva Bímová)
Odpověď: Ač nejsem ani odborník na blesky, ani na ryby, pokusím se odhadnout podstatné
rysy situace, kdy blesk uhodí do hladiny vody. Voda je relativně dobrý vodič a
je prakticky homogenní, takže se dá očekávat, že se proud výboje blesku rozdělí
do všech směrů od místa úderu blesku. Při zběžném pátrání po webu jsem objevil
údaje o proudech ve výboji s maximem řádu desítek kA, které přenášejí celkový
náboj desítek coulombů. Proud může mít docela komplikovaný průběh. Rybou nebo
plavcem bude ve vodě protékat asi srovnatelný proud, jako okolní vodou. Tedy v
blízkosti výboje značný, ve větší vzdálenosti menší. Pokud nejsme v moři, ale na
vodních plochách v Česku, pak bude určitě hrát roli i omezená hloubka nádrže a
vlastnosti podloží. Jednoduchý odhad však ukazuje, že když by se proud např. 10
kA rozložil na polosféru o poloměru 10 m, tak by ploškou 5 dm2 (to je tak průřez
těla) tekl proud 0,8 A. Sice jen kraťounkou dobu několika milisekund, ale mohlo
by to stačit. Bohužel nevím přesně, kolik snese člověk a kolik kapr. Takže bych
očekával, že kolem místa úderu blesku do rybníka bude kruh, ve kterém budou
kapři mrtví, dále možná omráčení. Nevím, jaký bude poloměr těchto kruhů. Jako
plavec bych za bouřky z vody rychle utekl. Podobné úvahy najdete na webu,
dáte-li do hledače hesla lightning, water, fish.
Dotaz: Dojde-li k ponoření např. el. vysoušeče, rádia aj. do vody ve vaně, stává se
koupající se jedinec obětí takového počínání, nebo se mu z principu nestane
vůbec nic? Pokud jsou oba póly ve vodě a blízko sebe (tj. celý spotřebič je
ponořen), má elektrický proud důvod protékat ve vodě jinou cestou, než jen
blízkým okolím kontaktů - i v případě že vana je uzemněna? (Standa)
Odpověď: Pokud nebudete mou odpověď experimentálně ověřovat, pak se odvažuji s
Vámi souhlasit, pokud si celou akci představujete tak, že zapnutý
vysoušeč ponoříte do vody a potom do té vody strčíte ruku, nebo do té
vany vlezete. Často citovaná nebezpečí fénování ve vaně
spočívají v takovém postupu, že sedíce ve vaně držíte vysoušeč v
mokré ruce. Potom ovšem můžete tvořit paralelní větev elektrického
obvodu s 230 V a elektrický proud má chuť samozřejmě cestovat více
i schůdnější cestou vaším tělem, než vedením vysoušeče.
Po několika diskusích s kolegy se shodujeme na tom, že výsledek takové situace je velmi těžko předvídatelný. Pokud bude vše v pořádku, poteče si proud ve vodě někde uvnitř spotřebiče tak, jak naznačujete. Stačí ale například nalomený vodič ve šňůře a všechno bude jinak. Tedy není ani bezpečné si hrát se spotřebičem připojeným k síti ve vaně, ani hození podobného spotřebiče nezaručuje rychlou smrt koupajícího se.
(M. Rojko, J. Dolejší)
Upřesnění: U elektrického proudového pole je možno stejně jako u pole statického použít princip superpozice. Přeci se tak na laborkách demonstruje tvar pole nábojů s pomocí elektrolytické vany. Ve vodě blízko u spirály potečou příčné proudy, to je pravda, ale zároveň k tomu se spirála bude navenek vůči vaně chovat tak, jako by byla celá na přibližně stejném napětí, jako je průměrná hodnota mezi krajními vodiči. (Díky úbytkům na spirále to bude trochu méně, ale ne o moc.) A to v našem případě rozhodně není nula, ale skoro polovina napětí fázového. (Předpokládám, že je spirála rovnoměrně navinutá a se stejnou vazbou jejich částí na okolí, ale to je obvykle splněno. Aby bylo průměrné napětí spirály vůči vodě nulové, musela by být místo na středního vodič připojena na stejně velkou fázi posunutou o 180°) Spirála se tedy stane směrem do vany zdrojem proudu, který může dosáhnout řádově ampéry a tudíž bude velmi nebezpečný. (Ještě dvakrát horší situace - ale to už je mimo rámec úlohy - by nastala v případě spotřebiče druhé třídy a s jednopólovým vypínačem, pokud je vypnut ve středním vodiči. To lze, protože zástrčka bez ochrnného vodiče není orientovaná. Pak dostanem na spirálu celou fázi. Slušní výrobci dnes dávají dvojpólový vypínač.)
Upřesnění odpovědi nám zaslal pan Jiří Zbytovský. Děkujeme!
Odpověď: Základním tvarem ledového krystalku je šestiboký hranol, který může nabývat podoby sloupku resp. jehlice (růst převážně ve směru hlavní osy krystalu na podstavách) nebo destičky (růst převážně na plochách pláště) nebo šesticípé hvězdice, tzv. dendritu (růst ve směru vedlejších os krystalu). O tom, která z těchto podob převládne, rozhodují vnější podmínky dané teplotou a koncentrací vodní páry v prostředí, kde se ledový krystalek vyvíjí. Proces lze popsat složitými termodynamickými rovnicemi, jež lze řešit na moderní výpočetní technice. O závislosti tvarů ledových krystalů na zmíněných vnějších podmínkách byl též v minulosti získán bohatý materiál z pozorování v atmosféře a z laboratorních experimentů. Pokud by vás tato problematika zajímala hlouběji, můžete v knihovnách narazit na starší, ale stále aktuální a výbornou knihu v češtině - J. Podzimek: Fysika oblaků a srážek. Academia, Praha 1959.
776) Konzistence Machova principu a obecné teorie relativity
22. 04. 2004
Dotaz: Při budování obecné teorie relativity se údajně nechal Einstein inspirovat
Machovým principem (podle kterého setrvačné síly jsou důsledkem relativního
zrychleného pohybu soustavy vzhledem k vesmíru). Je tedy v souladu Machův
princip s obecnou relativitou? (František Kříž)
Odpověď: Machův princip vychází z kritiky Newtonova absolutního prostoru, jakožto daného, statického jeviště, na kterém se odehrávají fyzikální procesy a nahrazuje jej představou dynamického uskupení těles, jejichž globální uspořádání má vliv na lokální zákony. V jeho původní podobě jej lze formulovat následovně: "Setrvačnost tělesa je určena jeho interakcí se všemi objekty ve vesmíru". Myšlenky, které jsou v Machově principu zahrnuty, sehrály významnou úlohu pro Einsteina při vytváření jeho obecné relativity. Sám Einstein byl zpočátku dokonce přesvědčen, že Machův princip je v jeho teorii plně obsažen. Poukazoval při tom na některé aspekty obecné teorie relativity odpovídající Machovu principu. Mezi ně především patří tzv. strhávání ("dragging") inerciálních systémů v okolí urychlených objektů. Klasickým příkladem je rotující dutá koule, jejíž rotace má z hlediska obecné teorie relativity, a tedy v souladu s Machovým principem, vliv na pohyb testovací částice uvnitř koule, což je jev, který v rámci newtonovské teorie nenastává.
Navzdory těmto argumentům, nikdo dnes nepochybuje o tom, že Machův princip -- v tomto původním znění, obsažen v obecné relativitě není. Nekonsistenci obou teorií lze nahlédnout na hypotetickém příkladu testovací částice v jinak prázdném prostoru. Z Machova principu totiž přímo vyplývá, že setrvačná hmotnost takové částice je rovna nule (nemá s čím interagovat), zatímco z relativistického hlediska se takový případ redukuje na plochý, Minkowského prostoročas, v němž bude částice charakterizována svojí klidovou, obecně nenulovou hmotností jako ve speciální relativitě.
Můžeme shrnout, že obecná teorie relativity má zcela jasně "machovské" rysy, diskuse o souvislostech mezi Machovým principem a Einsteinovou teorií relativity je ale stále živá. Někteří odsuzují Machův princip jako prostě chybný, jiní hledají jeho slabší formulace, které by v konsistenci s relativitou být mohly. Kromě toho se našli i takoví zastánci Machova principu, kteří naopak modifikovali obecnou relativitu k obrazu Machova principu. Některé z těchto teorií (Bransova-Dickeho teorie) vzbuzují stále velkou pozornost, ačkoli současná pozorování spíše upřednostňují obecnou relativitu.
