Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
792) Proč náboj v gravitačním poli nevyzařuje?
10. 03. 2004
Dotaz: Když je elektrický náboj urychlovaný, tak vyzařuje elektromagnetické
vlny. Podle obecné teorie relativity je v laboratoři fyzikálně
nerozlišitelné, jestli je laboratoř urychlovaná se zrychlením "a", nebo
je v klidu v gravitačním poli, kde působí tíže g=a. To ale znamená, že
nabité těleso, které je v klidu v gravitačním poli by také mělo
vyzařovat(?). V tom případě by ale bylo v principu nevyčerpatelným
zdrojem energie (např. když by bylo umístěno v uzavřeném prostoru ve
vakuu, aby se jeho náboj nezmenšoval), takže perpetum mobile. Někde je v
úvaze chyba ....? (František Kříž)
Odpověď: Řešení vašeho "paradoxu", totiž že i těleso stojící v klidu v
homogenním gravitačním poli vyzařuje elektromagnetické a gravitační vlny, spočívá v tom, že "záření" je GLOBÁLNÍ pojem, který není definovatelný jen
pomoci čistě lokálních úvah a charakteristik. Proto nelze v tomto případě
použít argumentů opírajícího se o princip ekvivalence: ten totiž právě
platí POUZE LOKÁLNĚ.
Abychom mohli hovořit o záření, je nutno vyšetřovat asymptotické chování
polí (elektromagnetických nebo gravitačních) dostatečně daleko od
zdrojů. Musíme tedy především vědět, kde se nekonečno nachází (to není v
obecné relativitě vůbec triviální otázka), a pak zkoumat, jak rychle
klesá velikost příslušného pole, když se do takového nekonečna blížíme.
Prakticky většinou uvažujeme situaci, kdy zdroj je izolovaný (jedná se
například o elektrony pohybující se ve vysílací anténě, anebo o
dvojhvězdný systém, který periodicky deformuje prostoročas). Pak
"zářivé" složky pole jsou takové, které klesají jako 1/r, kde r je
vzdálenost od těžiště zdroje. Abychom tedy mohli hovořit o záření,
používáme speciálně zvolenou nerotující vztažnou soustavu, ve které se
dají příslušné složky pole dobře a snadno analyzovat. Konkrétně: pokud
jde o gravitační pole, platí, že každé těleso, které se pohybuje
zrychleně vůči této speciální soustavě, bude vyzařovat gravitační vlny,
jež budou odnášet část energie zdroje. Bude-li například těleso padat
volným pádem v gravitačním poli Země, bude se pohybovat ze zrychlením
VŮČI zemskému středu, který je totožný s počátkem výše zmíněné speciální
soustavy. Proto bude vyzařovat gravitační vlny, jejichž energie bude
úměrná hmotnosti tělesa, jeho zrychlení a gravitační konstantě, a
nepřímo úměrná páté mocnině rychlosti světla (což je nesmírně malé
číslo, a proto budou takové vlny velmi slabé). Podobně také družice
obíhající po kruhové dráze okolo Země bude vyzařovat (rovněž slabě)
gravitační vlny. Naproti tomu těleso, které bude vůči centru v klidu nebo
pohybu rovnoměrně přímočarém, zářit nebude.
Náboj stojící na jednom místě v gravitačním poli Země tedy nebude
vyzařovat elektromagnetické vlny (zanedbáme-li ovšem malé zrychlení
způsobené rotací Země či oběhem Země kolem Slunce), nelze ho tedy použít
coby "perpetum mobile".
793) Tvar gravitačního pole pohybujícího se tělesa
10. 03. 2004
Dotaz: V Odpovědně již zazněl dotaz, zda se projeví kinetická energie pohybujícího se tělesa na zvýšení jeho hmotnosti a s ní i gravitační síly tělesa. Změní
přidaná (kinetická) hmotnost tvar gravitačního pole tělesa v pohybu? Nemám teď
na mysli relativistickou deformaci tělesa a jeho gravipole z pohledu vnějšího
pozorovatele, ale případnou deformaci tvaru gravipole objektivně změřenou na
různých místech povrchu tělesa místním pozorovatelem pohybujícím se spolu s
tělesem. Předpokládejme, že toto těleso mělo v klidu ideální kulový tvar a tedy
také ideálně sférické rozložení intenzity gravipole. Otázka tedy zní: Zůstane
gravitační pole pohybujícího se (v klidu ideálně sférického) tělesa pro místního
pozorovatele ideálně sférické?
(Josef Korba)
Odpověď: Na Vaši přímou otázku, zda "Gravitační pole pohybujícího se (v klidu
ideálně sférického) tělesa zůstane pro místního pozorovatele ideálně
sférické?", lze v zásadě odpovědět "Ano". Nicméně toto "ano" platí jen za
jistých předpokladů o tom, jakého charakteru je pohyb tělesa a kdo
přesně je zmíněný "místní pozorovatel". Může se například stát, že
kinetická energie dodaná tělesu přejde nikoli (jen) do translační, ale
do ROTAČNÍ kinetické energie. Gravitační pole rotujícího tělesa už
nebude sféricky symetrické, pokud nebude pozorovatel provádět svá měření
v soustavě "spolurotující" s objektem.
Dotaz: Dobrý den, chtěl bych pro své studenty na střední škole udělat jednu hodinu o
družicích. Již jsem našel pár informací, ale chtěl jse požádat, zda nemáte
nějaký typ na zajímavé stránky o této problematice, které bych mohl využít pro
větší zajímavost. Mnohokrát děkuji (Josef Horalek)
Odpověď: Z českých stránek o družicích je možné najít obsáhlou a aktualizovanou Malou encyklopedii kosmonautiky
(http://mek.kosmo.cz/index.htm) a také Encyklopedii družic na stránkách Akademie věd ČR (http://www.lib.cas.cz/knav/space.40/).
Více stránek o družicích najdete samozřejmě v angličtině.
Určitě zajímavé jsou stránky http://www.heavens-above.com/. Nejprve musíte
projít přes přihlašovací stránku, kde si z velké databáze míst najdete své
pozorovací místo (databáze je skutečně impozantní, najdete v ní i malé české vísky). Přesnější zadání místa je dobré při hledání přesného času
záblesků družic Iridium (Iridium Flares). Po projítí vstupních údajů je
možné listovat seznamem satelitů (třeba podle jména či roku vypuštění). Pak
lze získat informace o dráze satelitu a jeho průletu nad místem pozorování.
Máte-li možnost promítnout něco z PC, pak je pěkný program SatScape, který
zobrazuje i v 3D okamžitý stav satelitů (stáhnout ho lze na
http://www.slunecnice.cz). Pokud jde o informace o družicích, tak na stránkách NASA (http://www.nasa.gov) je najdete pod Missions, a poté Looking At Earth, případně Nasa Missions Timeline. Ale
nejsou tak pěkně strukturované. A na stránkách ESA (http://www.esa.int) je najdete pod pojmem Space Science, a potom dole Science Missions.
Pro pouze geostacionární družice existuje stránka http://www.goes.noaa.gov/.
A na stránce http://liftoff.msfc.nasa.gov/academy/rocket_sci/satellites/ lze najít informace o prakticky všech přibližně 8000 umělých satelitech. Pokud začnete sám hledat stránky s pojmem "satellite", narazíte určitě na další spoustu různě zajímavých odkazů. Například ve vědeckém centru Tech Museum v San José pořádají právě výstavu o družicích, která má své doprovodné stránky, na nichž se mladší zájemci o tuto problematiku dozví, jaké typy družic existují, z čeho se skládají, jaké funkce vlastně plní a mohou si schematicky zkusit sestavit jednoduchou družici.
Kromě umělých družic můžete samozřejmě hledat také přirozené družice Země.
Dotaz: Jak dochází na jízdním kole k přenosu síly a pohybu, jež jsou způsobeny tlakem
nohy na pedál? Co je vlastně příčinou, že so kola odvalují a jízdní kolo jede
vpřed? Když jezdec zjistí, že tachometruukazuje 28,8km/h, jaká je jeho
frekvence šlapání? (Petr)
Odpověď: Zanedbáme-li brzdící síly v ložiskách a řetězu kola, platí, že síla
nohy na šlapku pedálu se přenáší systémem páky, koleček a řetezem na
sílu, kterou pneumatika kola tlačí dozadu (vlivem síly statického
tření) vozovku. Reakce k této síle, tj. třecí síla, kterou vozovka
tlačí na kolo, je onou hnací silou, kterou je překonáván odpor
vzduchu (při rovnoměrné jízdě) případně urychluje kolo vpřed, když je
tato síla větší než odpor vzduchu.
Frekvence šlapání závisí na počtu zubů koleček prevodu a na
velikosti kola bicyklu.
Chcete-li ji zjistit frekvenci pro své kolo, udělejte si na vozovce 8 m dlouhou
čáru a změřte, kolikrát se musí otočit šlapka kola kolem dokola (360
stupňů) než těch 8 m ujedete. Číslo, které Vám vyjde, je ona hledaná
frekvence v otočkách za sekundu.
28,8 km/h = 8 m/s
Kolik otoček připadá na 8 m, musíte změřit, nebo
spočítat z geometrie kola, kterou jste neuvedl.
Dotaz: Proč mikrovlnná trouba jiskří, když do ní dáme kovové předměty? (Lukáš Bjolek)
Odpověď: Kovový předmět vložený do trouby představuje anténu, ve které troubou
vysílané elektromagnetické vlny o velmi vysoké frekvenci (GHz)
indukují silné vysokofrekventní proudy, ktere se projevují oním
"jiskřením".
