Přírodní vědy

Fyzika na i-vysílání 4

Dnes v 8:39 | dvě TeReziA

Rande s Fyzikou na i-vysílání 4

Tíha, těžiště a beztížný stav

Hmotnost je jednou ze základních vlastností hmoty.
Každé těleso má nějakou hmotnost, kterou uvádíme v kilogramech.
Asi všichni jste se už setkali s takovým závažím, takže tušíte, jak velká hmotnost je 1 kilogram.
Rozpačitý
Naproti tomu tíha je síla.
Je to síla, kterou působí těleso v gravitačním poli Země na nějakou pevnou podložku, anebo kterou těleso působí na nějaký závěs, jako v tomhle případě, kdy těleso, čili studentka Nikola, působí tíhou na tyč prolejzačky.
Každopádně tíha je důsledek gravitačního působení Země.
Pro tíhu, stejně jako pro každou jinou sílu, platí druhý Newtonův zákon, tedy zákon síly.
Podle něj se tíha, kterou značíme "G", rovná hmotnosti "m" násobené tíhovým zrychlením "g".
Tohle závaží má hmotnost 1 kilogram.
Když hmotnost vynásobíme tíhovým zrychlením, které je 9,81 metrů za sekundu na druhou, zjistíme, že závaží působí na moji dlaň tíhou 9,81 Newtonů.
Šlápnul vedle
V hovorové řeči někdy hmotnost a tíhu zaměňujeme, ale fyzikálně jsou to dvě úplně rozdílné veličiny.
Po dopadu začalo Nikolino tělo opět působit tíhou, tentokrát na zemský povrch.
Když je těleso umístěno na podložce nebo je někde zavěšeno, působí tíhou a je v takzvaném stavu tíže.
A když působení tíhy zmizí, tak se těleso nachází ve stavu beztíže, což není zas tak neobvyklá situace,
jak by se mohlo zdát.
Takže ve chvíli seskoku se Nikola opravdu nacházela v beztížném stavu?
Přesně tak! Beztížný stav může nastat i v silném gravitačním poli.
Zamračený
Asi nejznámějším případem beztížného stavu je pobyt kosmonautů ve vesmírné lodi na oběžné dráze okolo Země.
Ve výškách kolem 400 kilometrů, kde se nejčastěji létá, je stále velmi silné gravitační pole.
Jak kosmonauti, tak vesmírná loď, jsou de facto pořád ve volném pádu, ale zároveň se řítí první kosmickou rychlostí po oběžné dráze okolo Země, takže na ni nedopadnou.
A i když na ně působí gravitace, tak oni nepůsobí například tíhou na podlahu lodi a jsou tedy ve stavu beztíže.
Víte, proč je ve vesmírné lodi beztížný stav?
Většina z nás má pocit, že beztížný stav může nastat jenom tam, kde nepůsobí gravitace nebo tíhová síla.
To ale není pravda.
Chtělo by to nějaký nezpochybnitelný důkaz.
Smějící se
Při skocích na trampolíně se skokan kromě okamžiku odrazu a dopadu neustále nachází v beztížném stavu.
Touhle vzdálenou kamerou budeme sledovat Adélčin let a uvidíme charakteristické záběry beztížného stavu.
Když si vedle sebe stejně jako kosmonauti odloží například kladivo, zůstane tohle kladivo plavat vedle ní.
Beztížný stav mohou zažít cestující v letadle při turbulencích, kdy se letadlo propadne i o desítky metrů.
Beztížný stav zažívá i posádka závodního vozu při dlouhém skoku přes terénní nerovnost.
Beztížnému stavu je vystaven parašutista v první fázi letu při seskoku padákem a beztížný stav můžeme zažít
i na některých atrakcích v lunaparku.
Usmívající se
Tíha má v životě ještě jedno praktické využití
Díky jejímu působení můžeme zjišťovat hmotnost těles, tedy vážit je.
Většina běžně užívaných vah neměří totiž přímo hmotnost těles, ale jejich tíhu v gravitačním poli Země, ať už prostřednictvím tahové síly u závěsných vah, anebo tlakové síly u plošinových vah.
Ukazovala by váha stejně tady, jako na Měsíci?
Pravdu máte samozřejmě vy, co si myslíte, že naše pozemské váhy by na Měsíci ukazovaly úplně jiné hodnoty.
Vysvětlení je jednoduché.
Hmotnost tělesa je všude ve vesmíru stejná, ale gravitační síla na Měsíci, která na těleso působí, je slabší, tudíž i tíha je menší.
Váhy na Měsíci by ukazovaly hodnotu menší, zhruba šestkrát.
Překvapený
Tady v Liberci mají zajímavé zařízení, které vám ukáže, co by váhy naměřily na různých planetách.
Tohle je hodnota z Měsíce.
Tolik by ukázala váha na Venuši.
A takhle bych dopadla na Marsu.
Ukázali jsme si, že nikdy nesmíme míchat hmotnost, tíhu a gravitační sílu.
S vyplazeným jazykem
Hmotnost je vlastnost tělesa, kdežto tíha a gravitační síla jsou dvě rozdílné síly, které se mimo jiné liší
i svým působištěm.
U tíhy je působiště v místě styku tělesa s podložkou nebo závěsem, kdežto u gravitační síly je působiště v takzvaném těžišti tělesa.
Nerozhodný
Co to vlastně je, těžiště tělesa?
Těžiště je bod, kterým můžeme těleso nahradit, a účinky tíhové síly na tento bod jsou stejné, jako účinky tíhové síly na celé těleso.
A kde najdu těžiště toho tělesa?
Pokud máme nějaká geometricky symetrická tělesa, jsou to tělesa homogenní, čili látkově stejnorodá,
tak těžiště je v geometrickém středu.
Pokud máme ale nějaká složitější, případně nehomogenní tělesa, tak může být těžiště v nejrůznějších místech.
Tady u toho ptáčka ho máme třeba tady pod jeho ocáskem.
No a jak teda poznám, kde je těžiště u takhle nepravidelných těles?
Nejjednodušší metoda je zavěšovat těleso v různých bodech a kreslit si na něj svislice.
Tak, teď jednu takovou svislici nakresli.
A teď zavěsíme těleso ještě v nějakém jiném bodě, například tady. Pěkně podle provázku.
Průsečnice těchto těžnic označuje těžiště.
Když se dvě nebo víc těles pevně spojí, vytvoří soustavu, a taková soustava pevně spojených těles má jedno společné těžiště.
Mrkající
My si to můžeme ukázat na příkladu dvou lidských těl.
Vzhledem k mému těžišti, nespadnu, protože důležitější je, že naše společné těžiště je stabilní a může být i mimo naše těla.
Těžiště lidského těla se nachází ve výšce druhého křížového obratle, přičemž platí, že ženy mají těžiště asi o 2 procenta níže, než muži.
Když s dívkou vytvoříte soustavu těles, vaše nové společné těžiště bude níž, než bylo to vaše původní
a vy tím získáte větší stabilitu.
My si z knížek postavíme věž.
Dokud dodržíme základní pravidlo, že společné těžiště celé soustavy knih bude umístěno nad plochou
té nejspodnější z nich, věž zůstane stát.
Pokud ovšem přiložíme knihu tak, že se těžiště posune mimo podstavu, celá věž spadne.
Stejné pravidlo platí u nejrůznějších šikmých staveb, například u šikmé věže v Pise.
Ta bude stát tak dlouho, dokud bude mít těžiště nad svými základy.
Takže je opravdu namístě zastavit její další nahýbání.
Rozpačitý
A závěrem mám pro vás takovou malou fyzikální hádanku.
Všimli jste si, že když vozíčkáři jedou do kopce, že při tom couvají?
Příčina je v těžišti. Když se posadím do vozíku, tvořím s ním soustavu těles s jedním společným těžištěm. Jak na tohle těžiště působí tíhová síla při jízdě popředu. Těžiště se snadno může dostat
až za zadní nápravu kol. V takovém případě by vozík ztratil rovnováhu a převrhnul se dozadu.
A jak bude situace vypadat, když budu na vozíčku couvat? Při jízdě pozadu se těžiště posouvá
více mezi přední a zadní nápravu kol. Vozík je tak mnohem stabilnější.
Takže až potkáte někoho na invalidním vozíku, určitě mu pomozte. Vyjet takový kopec není vůbec jednoduché. Je to obrovská práce a vyžaduje spoustu energie.

Tření a valivý odpor

Když začnu na sáňky působit tažnou silou, uvedu je do pohybu.
Dokud budu tahat, sáňky pojedou dál, jenomže vzpomeňte si na druhý Newtonův zákon, tedy zákon síly.
Kde je síla, musí být i zrychlení.
Sáňky jedou jenom rovnoměrným přímočarým pohybem.
To se dá vysvětlit jediným možným způsobem.
K tažné síle musí existovat nějaká stejně velká síla, ale působící opačným směrem.
Účinky obou sil se pak navzájem kompenzují a sáňky mohou klidně setrvávat v rovnoměrném pohybu bez zrychlení.
Tou opačnou silou je třecí síla a způsobuje ji tření, v tomhle případě tření smykové.
S plně naloženými sáňkami najednou nehnu.
Sama jsem se sáňkami ani nehnula, ale když už jsou jednou v pohybu, utáhnu je.
To si zaslouží vysvětlení odborníka.
Šlápnul vedle
Jak je možné, že těleso, se kterým jsem na začátku ani nehnula, jsem po roztlačení v pohodě utáhla?
To je tím, že existují dva druhy tření?
Statické a dynamické.
Statické tření je mezi tělesy, které jsou vůči sobě v klidu, když se snažíme jimi pohnout, a dynamické tření se projevuje, když se tělesa vůči sobě pohybují.
To statické tření má maximální hodnotu větší, než je hodnota dynamické třecí síly.
A jde tření nějak změřit?
Třecí síla se dá změřit.
Zamračený
Nakonec můžeme si to ukázat.
Tady máme dvě tělesa.
Podíváme se, jakou mají tíhu.
-1,5 Newtonu.
Pomocí tady toho siloměru budeme táhnout kvádr po prkně.
Síla, kterou ukáže siloměr, je stejně velká, jako třecí síla.
-0,3.
A teď tu tíhu zdvojnásobíme.
Znova táhneme.
0,6 Newtonu.
Je evidentní, že u tělesa s větší tíhou jsme zaznamenali větší hodnotu třecí síly.
To znamená, že třecí síla "Ft" je přímo úměrná tíze "G" smýkaného tělesa.
Ano, ale tak je to jenom tehdy, když smýkáme těleso po vodorovné rovině.
Pokud máme nějakou šikmou plochu, musíme tíhovou sílu rozložit a třecí síla je úměrná jenom té složce tíhy, která je kolmá k podložce, takzvané normálové složce tíhové síly.
Závislosti třecí síly na tíze se využívá všude tam, kde potřebujeme z nějakého důvodu zvýšit tření,
například u lokomotiv.
Aby kola lokomotivy neprokluzovala, je potřeba co nejvíce zvýšit tření.
Toho lze dosáhnout zvyšováním hmotnosti a tím pádem i tíhy lokomotivy.
Smějící se
Na čem dalším závisí velikost tření?
Tak závisí například trochu na rychlosti, ale hlavně závisí na charakteru styčných ploch.
Styčné plochy můžeme charakterizovat, popsat součinitelnost smykového tření, většinou ho značíme písmenkem "f".
A velikost třecí síly se dá vypočítat jako tíha krát součinitel smykového tření.
Můžeme si ukázat, že součinitel smykového tření se liší v závislosti na použitém materiálu.
Máme tady připraveny dva druhy povrchu. Jeden je drsnější a jeden je hladší.
Teď budeme táhnout kvádr po jednom a druhém povrchu.
Srovnáme-li nezbytnou třecí sílu v obou případech, vidíme, že hladší povrch působil menší třecí silou.
Takže se dá říct, že čím hladší povrch, tím menší tření?
Dá se to tak říct, ale neplatí to úplně vždycky.
Navíc můžeme povrch namazat a potom bude třecí síla menší.
Usmívající se
Existuje vůbec nějaký jednoduchý způsob, jak zjistit hodnotu součinitele smykového tření?
Existuje.
Hodnotu součinitele smykového tření, ať už je to tření statické nebo dynamické, zjišťujeme většinou experimentálně.
Vypočítáme ho potom tak, že vydělíme třecí sílu velikostí tíhy.
Led má velmi nízký součinitel smykového tření.
Toho lidé využili a vymysleli si řadu sportů, které nízké tření vyžadují, třeba hokej, curling, rychlo nebo krasobruslení.
Ale napadlo by vás, proč to na ledě tolik klouže?
Asi proto, že je zmrzlý, kluzký, hladký, no a brusle má žlábek, takže je to kombinace valivýho a klouzavýho pohybu z hlediska fyziky.
Za nízké tření ledu může tenká vrstva vody na jeho povrchu, která působí jako mazadlo.
Stačí vrstvička několika molekul, která ani nemusí být vidět.
Když je ale led podchlazený na více než -40 stupňů Celsia, vrstva vody se na něm netvoří a led naopak drhne a neklouže.
Naštěstí ale u nás takové mrazy nemáme a můžeme si naplno užívat zimních sportů.
Překvapený
Při každém tření vzniká teplo.
To objevili už naši dávní předkové a intenzivním třením dřeva o dřevo dosahovali zápalné teploty.
Byl to jediný způsob, jak uměle rozdělat oheň.
Lidstvo si vymyslelo jiné prostředky na rozdělávání ohně.
Ale ať už si vezmete sirky nebo zapalovač, stejně vždycky fungují na principu tření.
Teplo, které vzniká při tření, je ale mnohem častěji nevýhodou, než výhodou.
Příkladem je přehřívání nejrůznějších vrtáků a pil.
Zubní vrtačka musí mít chlazení, stejně jako třeba automobilový motor.
Čím je tření způsobováno není dodnes jednoznačně vysvětleno.
Pravděpodobně souvisí s molekulární stavbou látek, ale jedno víme určitě.
S vyplazeným jazykem
Bez tření by náš svět doslova přestal fungovat.
Jak bude vypadat chůze ve světě bez tření.
Podrážky bot by nám klouzaly natolik, že bychom nebyli schopni se zapřít o povrch cesty a odrazit se.
Zůstávali bychom stále na místě.
Jak by to vypadalo, kdyby chtěl člověk ve světě bez tření vylézt třeba na lampu?
Existence tření má pro nás řadu výhod.
Třeba tu, že si můžeme zavázat tkaničky.
Bez tření by totiž žádný uzel nedržel pohromadě.
Jak by to bylo ve světě bez tření s naším oblečením?
Chodili bychom všichni nahatí.
Ve světě bez tření by totiž každý kousek našeho oblečení z nás okamžitě sjel na zem vlivem tíhové síly
a nepomohly by nám ani žádné šňůrky, zipy, ani knoflíky, protože i ty fungují na bázi tření.
No a vlastně tahle lavička by vůbec nedržela pohromadě, protože spojování pomocí šroubků a hřebíků funguje úplně stejně na principu tření.
Nerozhodný
Až doteď jsme se zabývali hlavně smykovým třením.
To nastává všude tam, kde se nějaké těleso smýká po podložce.
Ale tělesa kulovitých tvarů, jako je třeba tenhle pivní sud, nemusíme jenom šoupat, můžeme je taky valit.
I v tomhle případě ale dochází mezi tělesem a podložkou k jasným brzdným účinkům.
To, že se sud i při valení zastaví, dokazuje přítomnost nějaké brzdné síly.
Nejde ale už o tření, ale o valivý odpor.
Valivý odpor má výrazně menší brzdné účinky, než smykové tření.
Mrkající
Toho si všimli lidé už v dávné historii.
Tak například staří Egypťané, když chtěli přemístit nějaké velké těleso, podložili ho kulatinou.
Tři tisíce let před naším letopočtem bylo objeveno kolo.
Od té doby si snižujeme námahu při přemisťování věcí a lidí pomocí nejrůznějších povozů a dopravních prostředků.
Využíváme přitom základního poznatku, že valivý odpor je menší, než smykové tření.
Dalším příkladem užitečného vynálezu, který smykové tření nahrazuje valivým odporem, je kuličkové ložisko.
Abychom si vysvětlili jeho princip, pozvala jsem pár studentů na bowling.
Já si teď stoupnu na připravenou desku... A vy s ní zkuste otáčet!
Musíte překonávat smykové tření, ale já vám to trošku usnadním.
Zkuste teďko pod tu desku dát několik bowlingových koulí.
Jde to snadno, protože teď jste totiž vytvořili kuličkové ložisko, takže nepřekonáváte smykové tření,
ale jenom valivý odpor.

Hybnost a impulz síly

Jenom na samotné hmotnosti totiž při rozbíjení skla nezáleží.
Schválně se podívejte, jak by byli úspěšní ti, kteří si vybrali třikrát lehčí kuličku.
Malá kulička ráže 9 milimetrů dokáže mít mnohem destruktivnější účinky, než hmotnější tenisák.
Rozhodující totiž není hmotnost, ale hybnost.
A co to ta hybnost vlastně je?
Hybnost je hmotnost krát rychlost. Je to fyzikální veličina.
Představit si fyzikální veličinu hybnost není vůbec jednoduché.
V encyklopediích se píše, že hybnost je míra setrvačnosti tělesa.
Dokážete si pod tím něco představit? Já teda ne!
Rozpačitý
René Descartes řekl, že hybnost je množství pohybu v tělese.
Ale asi nejsrozumitelněji se vyjádřil náš odborný poradce Martin Vlach, když řekl, že hybnost je schopnost pohybujícího se tělesa něco rozbít.
Pod tím už si dokážu něco představit.
Fyzikálně je hybnost definovaná jako součin hmotnosti a okamžité rychlosti tělesa.
My si podle tohohle vztahu můžeme vypočítat, jakou hybnost bude mít tahle bowlingová koule, která má pět kilogramů.
Při rychlosti 8 metrů za sekundu je hybnost bowlingové koule 40 kilogrammetrů za sekundu.
Ještě je potřeba dodat, že hybnost je vektorová veličina.
Směr hybnosti je stejný, jako směr rychlosti pohybu tělesa.
Hybnost má každé pohybující se těleso, takže například každé jedoucí auto.
Hmotnost auta se během jízdy nemění, zato rychlost se mění často.
A protože hybnost závisí jak na hmotnosti, tak na rychlosti, s každým bržděním nebo přidáním
plynu se automaticky změní i hybnost.
Šlápnul vedle
Pojďme si s hybností ještě chvíli hrát!
Prozkoumáme, jaké to je, když auto výrazně změní svoji hybnost.
Klasické auto má hmotnost kolem jedné tuny, to je 1000 kilogramů.
Když ho nechám jet stálou rychlostí 15 metrů za sekundu, což je 54 kilometrů v hodině, má tenhle vůz hybnost nějakých 15000 kilogrammetrů za sekundu.
Teď změříme dobu, jak dlouho musíme působit brzdnou silou, abychom auto zastavili do úplného klidu.
Abych změnila hybnost auta o 15000 kilogrammetrů za sekundu, musela jsem brzdit 2 sekundy.
V tomhle případě platí, že změna hybnosti se rovná součinu brzdné síly a času.
Když vynásobíme sílu a dobu, po kterou působí, získáme impuls síly.
Impuls síly má stejnou velikost, jako změna hybnosti, kterou způsobuje, takže když známe změnu hybnosti a dobu, po kterou tahle změna probíhá, můžeme si snadno spočítat působící sílu.
Při mém brždění auta, které trvalo 2 sekundy, byla průběrná brzdná síla 7,5 tisíc Newtonů.
V životě se ale může stát, že stejná změna hybnosti proběhne v mnohem kratším čase.
Zamračený
Pojďme si ukázat, jak to vypadá, když auto ze stejné rychlosti zabrzdí za několik desetin sekundy.
Z pochopitelných důvodů v tomhle případě za volant nesednu.
I v tomhle případě je počáteční hybnost automobilu zhruba 15000 kilogrammetrů za sekundu.
Ke změně této hybnosti na nulu ovšem dojde za pouhé 0,4 sekundy.
A protože velikost impulsu síly musí zůstat zachována, extrémně se tak zvýší síla, která se o zastavení auta postará.
Její velikost je zhruba 40000 Newtonů.
Taková síla má na auto deformační účinky.
Aby se snížila velikost nárazové síly, snaží se automobilky prodlužovat čas, po který se auto deformuje.
Proto se v konstrukcích současných moderních aut objevuje řada bezpečnostních prvků, deformačních zón a airbagů.
Každé prodloužení nárazu o setiny sekundy výrazně zmenšuje deformační sílu a může zachránit spoustu lidských životů.
Když takhle dvousetgramová sklenička spadne z výšky 1 metru na zem, tak těsně před dopadem bude mít rychlost 5 metrů za sekundu, což odpovídá hybnosti 1 kilogrammetr za sekundu.
Když tahle sklenička dopadne na pevný nepružný povrch, bude doba nárazu tak krátká, že se sklenička zaručeně rozbije.
Když ale prodloužíme dobu nárazu tím, že sklenička bude dopadat na pružný materiál, který se bude deformovat, snížíme tím působící sílu a sklenička může přežít vcelku.
Smějící se
Z hlediska fyziky není podstatné, jak tvrdý nebo měkký je povrch, ale do jako dlouhého času se náraz rozloží.
Ze stejného důvodu mají boxeři na rukou rukavice.
Měkké polstrování rukavic prodlužuje dobu úderu a náraz na tělo protivníka je tak menší.
Plocha airbagu prodloužila dobu mého dopadu a snížila tak náraz.
Stejný efekt má plachta v rukou hasičů, do které skákají lidé při požáru.
Časový účinek síly nemusíme využívat jenom pro zmírňování nejrůznějších pádů a nárazů.
Můžeme ho naopak využít i tam, kde potřebujeme dosáhnout nejvyšší hodnoty hybnosti.
Kdybychom na tuhle kouli působili jenom zlomek sekundy, vypadalo by to takhle...
Kromě toho, že to docela bolí, žádnou velkou hybnost jsme kouli neudělili.
Při normálním vrhu působíme silou na stejně těžkou kouli daleko delší dobu, asi jednu sekundu.
Když porovnáme oba pohyby, vidíme, že kopnutá koule má mnohem menší hybnost, než vržená koule, a to na tu vrženou kouli působila silou křehká dívka!
Na začátku byla moje mince v klidu, takže měla hybnost nulovou, kdežto barmanova mince se pohybovala, takže hybnost měla.
Po nárazu si to mince vyměnily.
To by znamenalo, že tělesa si vzájemnými nárazy hybnost můžou předávat.
Ty dvě mince dohromady tvořily izolovanou soustavu těles, když tedy si odmyslíme tření.
Pro takovou soustavu platí, že má stále stejnou hybnost, to znamená, že součet hybností těch dvou mincí byl pořád stejný.
Když se tedy jedna mince zastavila, musela se druhá mince začít pohybovat.
Pokud byla stejně těžká, tak stejnou rychlostí.
Usmívající se
No a co si mám představit pod pojmem izolovaná soustava těles?
Izolovaná soustava těles je taková soustava, na kterou nepůsobí žádné vnější síly.
S tím se moc nesetkáváme, ale setkáváme se s případem, kdy všechny vnější síly se navzájem ruší.
No a tady například máme vznášedla.
Ta vznášedla se vznáší na vzduchovém polštáři, tíhová síla je vykompenzována tlakem toho vzduchu zdola a součet hybností těchto dvou vznášedel je pořád stejně velký.
Od našich fyziků jsem dostala pozvání, abych s nimi tady nad městem odpálila raketu.
Prý je to typická ukázka zákona zachování hybnosti.
Raketu můžeme považovat za izolovanou soustavu dvou těles.
První těleso je raketa samotná a druhé těleso je palivo.
V tomto případě to bude stlačený vzduch a voda.
Na začátku je celková hybnost soustavy nulová.
Palivo může z rakety unikat pouze otvorem v zadní části rakety, a protože platí zákon zachování
hybnosti, tak když bude palivo utíkat z rakety, tak raketa bude mít stejně velkou hybnost, ale opačným směrem.
Pomocí zákona zachování hybnosti si tedy můžeme vysvětlit pohon rakety, a to jak na Zemi,
tak i ve vzduchoprázdném vesmíru.

Práce, výkon, energie

Nejdřív si práci rozdělme.
Myslím to spíš teoreticky.
Existuje práce manuální, můžeme jí také říkat fyziologická, anebo práce jako fyzikální veličina.
Ta se správně jmenuje mechanická práce.
A čím se tyhle práce od sebe liší?
Manuální práce je jakákoli práce, při které používám sílu svých svalů, kdežto fyzikální mechanická práce je ta práce, při které se předmět působením síly F posune po dráze s.
Z téhle definice vyplývá i vzoreček pro výpočet práce, kterou značíme W od anglického work.
Překvapený
Mechanickou práci za nás může dělat i stroj.
V tomhle případě bagr zvedl kládu o hmotnosti 25 kilogramů do výšky metr a půl.
K překonání tíhy klády byla zapotřebí síla o velikosti 245 Newtonů a bagr vykonal 368 jednotek
mechanické práce.
A jaká je vlastně jednotka mechanické práce?
Správná odpověď je, že mechanickou práci měříme v joulech.
Kdybychom si měli představit, jak velká práce je jeden joul, museli bychom zvednout závaží o hmotnosti 102 gramů ze země do výšky 1 metru.
Kdy vykonám větší mechanickou práci?
Když zvednu tuhle dvacetikilovou činku nad hlavu, anebo když vytáhnu tohle dvoukilové závaží na vrchol věže?
Abych zvedla tuhle dvacetikilovou činku, musela jsem působit silou asi 200 Newtonů po dráze dlouhé 2 metry, takže jsem vykonala práci 200x2, což je 400 joulů.
A teď spočítáme to závaží.
Na vytažení dvoukilového závaží mi stačilo 20 Newtonů, ale věž je vysoká 22 metrů, takže jsem vykonala práci 20 x 22, což je 440 joulů.
Při vytahování tohohle malého závaží jsem vykonala o desetinu větší práci, než při zvedání činky.
Asi mi došel benzín.
No, to vypadá, že budu muset tlačit, ale nevadí.
Využijeme téhle situace a něco si ukážeme.
Protože jsem překonávala odporové síly působící na auto, musela jsem neustále působit silou.
A protože jsem silou přemístila auto po určité dráze, zcela nezpochybnitelně jsem vykonala mechanickou práci.
Co se ale stane, když si pozvu na pomoc kamarádku?
Tlačila jsi naplno? -Ano.
Tak v tom případě mi tady něco nehraje.
Čekala bych, že když budeme obě tlačit naplno, že vykonáme dvojnásobnou práci.
Překonaly jsme ty samý odporový síly, auto jsme posunuly po stejné dráze, takže z fyzikálního hlediska to znamená, že jsme vykonaly stejnou práci, jako já předtím.
No tak to ale vypadá, že ve více lidech se neudělá víc mechanické práce.
Je možné, že z hlediska mechanické práce je úplně jedno, jestli auto tlačí jeden nebo dva lidé?
Za určitých podmínek to možné je. Pokud do mechanické práce nezapočítáš rozjezd auta, ale pouze tu část, kdy auto jelo rovnoměrně přímočaře, potom jste mohly vykonat stejnou práci.
A Kláro, měřily jste taky čas?
Měřily. Sama jsem tlačila za 8 sekund, kdežto dvě jsme tlačily za 6 sekund.
Tak to je jasné.
Práce v obou případech byla stejná, ale výkon byl různý.
S vyplazeným jazykem
Výkon definujeme jako práci za jednotku času. Výkon vypočítáme tak, že mechanickou práci W
vydělíme časem t, za který byla vykonána.
Jednotka výkonu je Watt.
Pro vaši představu je to stejný výkon, jako plynulé zvednutí tohohle 102 gramového jablka do výšky 1 metru a to právě za 1 sekundu.
Asi takhle.
Při lidských činnostech je 1 Watt poměrně malým a snadným výkonem, ale jak to vypadá s maximálními výkony lidského těla?
To si můžeme ověřit na speciálním rotopedu, který mimo jiné měří okamžitý výkon při šlapání.
Dlouhodobě je člověk schopen vyvinout výkon 100 Wattů.
A teď to zkusím trochu našlápnout.
Mně se podařilo dosáhnout výkonu 170 Wattů, ale řeknu vám, moc dlouho se to vydržet nedá.
Ale bylo by dobré zmínit ještě jednu hodnotu.
Je to 736 Wattů, to je jedna koňská síla.
Ale k tomu, abych dosáhla takového výkonu by byly potřeba aspoň 4 Kláry.
Nerozhodný
Na začátku dnešního pořadu jsme si řekli, kdy člověk nebo stroj vykonává práci, ale napadlo by vás,
kde se v člověku nebo v bagru bere schopnost pracovat?
Je to jednoduché - do bagru musíte nalít naftu a živé bytosti se musí před vykonáním práce najíst a napít.
Fyzikálně bychom to řekli asi tak, že aby tělesa mohly při vzájemném působení sil vykonávat práci, musí získávat energii, jako třeba tihle tučňáci.
To bude energie!
Názorným příkladem mechanické energie je tíhová potenciální energie.
Česky jí říkáme polohová, ona totiž souvisí s polohou daného tělesa v tíhovém poli Země.
Když zavěsím tenhle medicinbal do určité výšky nad zem, dodám mu tím tíhovou potenciální energii.
Tuhle energii snadno spočítáme podle vzorce: přičemž m je hmotnost tělesa, h je výška zavěšení
a g je gravitační konstanta.
Rozpačitý
Polohovou energii, stejně jako práci, měříme v joulech.
Tyhle dvě fyzikální veličiny totiž spolu dost úzce souvisí.
Když zvedám medicinbal, vykonávám práci, protože působím silou po určité dráze a zároveň míči dodávám polohovou energii.
Práce je vlastně způsob, jak nějakému tělesu předat energii, ale platí to i naopak.
Všude, kde je nějaký přírůstek nebo úbytek mechanické energie, tam se vždycky koná i nějaká práce.
Polohová energie se někdy může přeměňovat na jiný druh mechanické energie, na energii kinetickou, česky jí říkáme pohybová.
Před jízdou má Anička jenom mechanickou polohovou energii.
Ta je dána tím, že je umístěna metr nad zemí.
Jakmile se Anička přestala držet nohama na startu, lanovka se rozjela.
V tu chvíli začíná docházet k přeměnám mechanické energie.
Polohová energie se zmenšuje na úkor pohybové.
Anička tak získává stále větší rychlost, ale ztrácí výšku nad zemí.
Na tomhle případu jsme si ukázali, že jednotlivé druhy mechanické energie se mezi sebou můžou vzájemně přeměňovat.
Platí tady ale jedna moc důležitá věc.
Šlápnul vedle
Celková energie tělesa nebo soustavy těles, které si energii vzájemně předávají, se nemění a zůstává pořád stejná.
Říkáme tomu zákon zachování energie.
Přeměny mechanické energie na další různé formy můžeme vidět třeba ve vodních elektrárnách.
Voda padá šachtou uvnitř hráze, její polohová energie se zmenšuje, zato její pohybová energie roste.
Dopadem na turbínu se mechanická pohybová energie vody mění na rotační energii turbíny a v generátoru, který je součástí turbíny, se pak energie změní ještě jednou, na finální elektrickou, jenže z běžné zkušenosti víme, že při každé přeměně se určitá část energie jakoby ztrácí.
Ale jak to, když by měl platit zákon zachování energie?
Zamračený
Ta energie se neztrácí, ona se jenom přeměňuje i na takové formy, které unikly tvé pozornosti.
Vezmi si třeba energii Slunce.
Slunce dodává Zemi ohromné množství energie, ta energie se tady přeměňuje například na energii mořských proudů, větrů, ohřívají se oceány, svým způsobem se vlastně ukládá i třeba ve formě uhlí nebo ropy, což je pozůstatek dávných rostlin, které potřebovaly sluneční energii pro to, aby mohly růst.
A když říkáš, že energie se nikam neztrácí, v tom případě by mělo fungovat perpetuum mobile.
Asi takto nějak uvažovali konstruktéři tohoto hypotetického stroje.
Ti přemýšleli o tom, že veškerá energie, kterou dodáme stroji, by se mohla použít zpátky pro jeho pohon, tedy že veškerá dodaná energie se mění na užitečnou práci.
Ale i ten nejlépe, nejprecizněji zkonstruovaný stroj mění část dodané energie na nějakou neužitečnou práci.
Vždycky je tam tření, vždycky ten stroj interreaguje se svým okolím, takže vždycky musíme energii
dodávat, aby ten stroj pracoval.

Fyzika na i-vysílání 3

Včera v 9:11 | dvě TeReziA

Rande s Fyzikou na i-vysílání 3

Zrychlení a volný pád

Minule jsme si probrali rovnoměrný pohyb, jenomže většina pohybů v našem světě probíhá nerovnoměrně, to znamená, že jejich okamžitá rychlost se v čase mění.
Fyzikální veličina popisující tuhle změnu rychlosti se nazývá zrychlení, a to i v případě, že předmět zpomaluje nebo dokonce zastavuje.
I pak je to zrychlení, ale se zápornou hodnotou.
Zrychlení značíme jako a, a je to vlastně změna rychlosti v určitém časovém intervalu.
Smějící se
Na začátku pokusu v časovém okamžiku t1 auto stojí.
To znamená, že jeho počáteční rychlost je nulová.
Po odstartování se auto začne rozjíždět.
Po 10 sekundách, v čase t2, dosáhne rychlosti 160 km/h, což je skoro 45 m/s.
Když vydělíme změnu rychlosti, která je 45 m/s časovým intervalem 10 sekund, zjistíme, že hodnota zrychlení našeho vozu byla 4,5.
Rozpačitý
Takovýmhle způsobem vypočítáme zrychlení jenom u rovnoměrně zrychleného pohybu.
U nerovnoměrně zrychleného pohybu dostaneme hodnotu pouze průměrného zrychlení.
Jaká je fyzikální jednotka zrychlení?
Zrychlení je definováno jako změna rychlosti za určitý čas.
Rychlost měříme v metrech za sekundu, čas v sekundách, takže jednoduchou úpravou získáme,
že jednotka zrychlení je metr za sekundu na druhou.
Šlápnul vedle
Abychom si ukázali jednotkové zrychlení co nejpřesněji, můžeš mi tady nakreslit startovní čáru?
Teď nakresli čáru, kam se těleso dostane při jednotkovém zrychlení za 1 sekundu od startu.
Pro dráhu rovnoměrně zrychleného pohybu "s" platí, že je rovná zrychlení "a" krát druhá mocnina času "t", a to celé lomeno dvěma.
To je 1 krát 1 na druhou, to celý děleno 2, takže půl metru od startu.
A kde bude další čára?
1 krát 2 na druhou, to jsou 4, to celé děleno 2, takže 2 metry od startu.
4,5 metru.
8 metrů.
Další je 12,5.
Další bude 18.
24,5!
Dráhu jsme si rozdělili na úseky.
Vzdálenost úseku od startu se prodlužuje s druhou mocninou času.
Když se bude Martin rozjíždět na kole tak, aby od čáry k čáře jel přesně 1 sekundu, pak jeho zrychlení bude právě 1 metr za sekundu na druhou.
Udržet takové zrychlení několik sekund není žádný problém, ale kdyby měl Martin stejnou velikost zrychlení udržet i dál, musel by za 1 minutu dosáhnout rychlosti 216 kilometrů v hodině, což je rychlost závodního auta.
Jak jsi přišel na to, že dráha se u rovnoměrně zrychleného pohybu prodlužuje s druhou mocninou času.
Zamračený
Slyšela jsi někdy o padostroji?
Padostroj okolo roku 1600 sestrojil italský fyzik Galileo Galilei.
Chtěl studovat volný pád.
Galileo si údajně nechal hrát pravidelně rytmus od hudebníků.
Líbající
Pozval jsem si svoji studentku Báru s bubínkem.
Zkusíme si teď dát zarážky pravidelně.
Byly nárazy pravidelné? -Ne.
No, to znamená, že dráha není lineárně závislá na čase.
My ale zkusíme ty zarážky přemontovat trošku jinak.
Byly nárazy teď pravidelně? -Ano. 1, 4, 9, 16.
To je vlastně 1 na druhou, 2 na druhou, 3 na druhou a 4 na druhou.
Přesně! To samé zjistil i Galileo Galilei, který odvodil, že dráha volného pádu "s" je přímo úměrná druhé mocnině času "t".
Jenomže mně se zdá, že kuličky se v tom padostroji kutálí.
Tohle přece není volný pád!
To máš pravdu, ale není problém dát padostroj do svislé polohy.
Tak tohle už jako volný pád vypadá.
Byl rytmus pravidelný? -Já myslím, že jo.
Tak vidíš. Závislost dráhy na druhé mocnině času zůstala zachována i při skutečném volném pádu.
Úplné znění vzorečku pro dráhu volného pádu je tíhové zrychlení "g" krát druhá mocnina času "t", a to celé lomeno 2.
Smějící se
Při volném pádu na hmotnosti nezáleží.
A jak by se to mělo projevit?
Že těžká i lehká tělesa padají k zemi stejně.
Jaké těleso nebo předmět dopadne na zem rychleji?
A když si ve fyzice nejste něčím jisti, je nejlepší si to ověřit pokusem.
Nejdříve si natočíme volný pád živého člověka.
Budeme si všímat času a uražené dráhy.
Teď si volný pád zopakujeme ještě jednou, ale s mnohem lehčí figurínou.
Pokusíme se, aby figurína měla podobný tvar a stejný charakter oblečení.
Vidíme, že volný pád lehčí figuríny se zpožďuje za volným pádem těžšího člověka.
To znamená, že obě tělesa nepadají k zemi se stejným zrychlením.
To ale neodpovídá Galileově poznatku, podle kterého by měla padat všechna tělesa stejně!
Tak jak to vlastně je?
Galileův předpoklad samozřejmě platí, ale obecně ve vakuu.
Ono v naší pozemské atmosféře do hry vstupuje odpor prostředí a na padající těleso ve vzduchu
má vliv zejména profil a tvar.
Obě tělesa měla srovnatelný tvar a vlastnosti povrchu.
Takže ti, co tvrdili, že hmotnější těleso padá rychleji, měli pravdu.
No, v našich podmínkách to tak většinou je, i když to taky neplatí vždy.
Usmívající se
Tímto pokusem, kdy David Scott upustil na povrchu Měsíce ve stejný okamžik kladívko a pírko, bylo empiricky ověřeno, že ve vakuu Galileův předpoklad platí.
Takže když padá těleso ve vakuu, nezáleží na jeho hmotnosti.
Na druhou stranu odpor prostředí dokáže být docela užitečný.
Třeba při seskoku padákem.
Ona odporová síla vzduchu brzy vyrovná tíhovou a parašutista padá rovnoměrným pohybem.
Takže parašutista může bezpečně dopadnout na zem.
Odpor vzduchu má pro nás ještě jednu obrovskou výhodu brzdí padající kapky deště.
Dešťová kapka, která padá z výšky řekněme 5 kilometrů, by při dopadu na zem dosáhla rychlosti 313 metrů za sekundu, což je 1127 kilometrů za hodinu.
To je rychlost tryskáče.
Takže jedna jediná kapka dešťová by nás okamžitě zabila!
Díky odporu vzduchu můžeme v dešti přežít.

Newtonovy zákony

Až doteď jsme ohyby těles jenom pozorovali.
Popisovali jsme jejich dráhu, měřili rychlost nebo zrychlení, ale nikdy jsme nepátrali po pachatelích pohybu.
Jednu věc určitě.
Pachatelé způsobují změnu pohybového stavu vždycky a bez výjimky pomocí sil.
Není změny pohybu bez sil, které ji způsobují.
Když například začnu působit silou na auto, roztlačím ho.
Další může být např. proudící voda, která tíhou působí na lopatky a roztáčí kolo vodního mlýna.
Vzpěrač díky svým svalům vzepře těžké břemeno.
Jeřáb tahovou silou zvedne náklad do výšky.
A vztlaková síla vzduchu zase vynese k nebi horkovzdušný balón.
Náš svět je prostě plný nejrůznějších sil.
Překvapený
Ta část fyziky, která se zabývá silami a jejich pohybovými účinky se nazývá dynamika.
Základní zákonitosti dynamiky shrnují 3 zákony, které v roce 1687 publikoval anglický fyzik Sir Isaac Newton.
Na jeho počest se tyhle zákony nazývají Newtonovy zákony.
Složitější je ale ukázat si, že těleso setrvává v rovnoměrně přímočarém pohybu i v případě, že síly, které na něj působí, jsou v rovnováze.
Naše každodenní zkušenost je totiž opačná.
Jsme zvyklí, že tělesa se vlivem třecích sil zpomalují, nebo dokonce zastavují.
S vyplazeným jazykem
Můžeme si zákon setrvačnosti ukázat nějak v praxi?
Můžeme! Tady je vzduchová dráha, v ní je plno malých dírek, ze kterých fouká vzduch.
Když na dráhu položíme vozík, tak se bude vznášet na vzduchovém polštáři, což bude v podstatě pohyb bez tření.
Takže zákon platí jak pro těleso, které je v klidu, tak pro těleso, které se nachází v rovnoměrném přímočarém pohybu?
Je to tak. Z fyzikálního hlediska nelze rozlišit, jestli jde o pohyb rovnoměrný přímočarý, nebo o klid.
Říká se tomu Galileiho princip relativity.
Natočíme si dvě různé pohybové situace a ukážeme si, že pokud jde o fyzikální projevy, není mezi nimi rozdíl.
V prvním případě tramvaj stojí, to znamená, že všichni pasažéři jsou vzhledem k povrchu Země v klidu.
V druhém případě necháme tramvaj jet rovnoměrným přímočarým pohybem.
Stejným pohybem vzhledem k Zemi se pohybují i všichni pasažéři.
Jestli jedeme nebo stojíme, poznáme jedině pohledem z okna.
Žádným pokusem uvnitř tramvaje se nedá zjistit, jestli tramvaj stojí nebo jede rovnoměrným přímočarým pohybem.
Z hlediska fyziky se totiž jedná o jeden a ten samý pohybový stav.
To platí až do okamžiku, kdy tramvaj začne zatáčet, zrychlovat nebo brzdit.
V tu chvíli se v tramvaji začnou dít věci!
Nerozhodný
Je na čase si probrat druhý Newtonův zákon, kterému říkáme zákon síly.
Abysme si ho mohli názorně odvodit, něco, co bude působit stálou konstantní silou.
Nejdřív zapneme fén na nejnižší stupeň.
Vidíme, že síla proudícího vzduchu uděluje hračce zrychlení.
Ve druhým případě přepneme fén na vyšší intenzitu foukání, to znamená, že na model budeme působit větší silou.
Porovnáme-li oba případy, zjistíme, že když na těleso působí větší síla, je větší i jeho zrychlení.
To znamená, že zrychlení "a" je přímo úměrné síle "F", která tohle zrychlení vyvolává.
Teď se pojďme podívat, co se stane, když náš testovací vůz naplníme nákladem.
Tentokrát necháme fén zapnutý jenom na jednu intenzitu, to znamená, že působící síla bude v obou případech stejná.
Výsledek nás asi nepřekvapí.
Prázdné auto dosahuje mnohem většího zrychlení, než plně naložené.
To si můžeme matematicky zapsat tak, že zrychlení "a" je nepřímo úměrné hmotnosti "m".
Mrkající
V praxi to znamená, že čím větší má těleso hmotnost, tím větší má nechuť zpomalovat a zrychlovat
a my potřebujeme větší sílu na změnu jeho pohybu.
Když spojíme obě úměrnosti, dostaneme jednoduchý vzoreček pro výpočet zrychlení.
Možná ale znáte druhý Newtonův zákon v trošku jiným tvaru:
síla "F" se rovná hmotnosti "m" násobené zrychlením "a", což je užitečný vztah pro výpočet síly.
Každopádně druhý Newtonův zákon nám říká jednu důležitou věc:
Kde je síla, tam musí být i zrychlení a naopak, kde je zrychlení, tam musí automaticky působit taky nějaká síla.
Rozpačitý
Fyzikální jednotkou síly je jeden Newton. Značku má "N".
Podle druhého Newtonova zákona má tahle jednotka fyzikální rozměr kilogram krát metr za sekundu
na druhou.
Jestli si chcete udělat představu o tom, jak velká je síla jednoho Newtonu, položte si do dlaně jablko
o hmotnosti 102 gramů.
Tíha takového jablka je potom přesně rovna 1 Newtonu.
Takže zas tak velká síla to není.
Podle legendy prý takový pád jablka na hlavu inspiroval Isaaca Newtona ke zformulování gravitačního
zákona.
Šlápnul vedle
Ještě nám totiž zbývá probrat třetí z Newtonových zákonů.
Ten se taky nazývá zákon akce a reakce.
Určitě ho znáte, ale pro jistotu vám ho připomenu.
Vám bude úplně bohatě stačit, když si budete pamatovat, že každá akce vyvolává stejně velkou reakci opačného směru.
V okamžiku, kdy běžec startuje, zatlačí chodidlem do startovního bloku připevněného k zemi.
V tom samém okamžiku ale vznikne i síla opačného směru, kterou zatlačí startovní blok do chodidla běžce, a právě téhle síly běžec využije k rychlému startu na běžecké dráze.
Právě takhle, na lodičkách a magnetech, si ověřoval Isaac Newton už v 17. století, že akce a reakce
mají stejnou velikost.
Přestože silou působila jenom jedna z holek, obě lodě se od sebe rozjely stejnoměrně.
Platí totiž, že jakou silou působí bidlo na loď, takovou silou ale v opačném směru působí zase loď na bidlo.

Skládání síly

Minule jsme si řekli, že každá změna pohybového stavu tělesa má svého pachatele, který tuhle změnu způsobuje, a v případě tenisu budou těmi pachateli naše rakety.
Druhý Newtonův zákon!
Kde je síla, musí být vždycky i zrychlení.
Taky si všimněte, že míček změnil směr svého pohybu.
Úder mu udělil zrychlení ve směru působení síly.
Pamatujte si, že síla uděluje zrychlení vždycky ve stejném směru, ve kterém působí ona sama.
To nás asi moc nepřekvapí, ale je dobré to vědět.
Všimli jste si, že jsem několikrát použila slovíčko směr?
Zamračený
Síla a zrychlení jsou totiž fyzikální veličiny, které mají vedle své velikosti taky směr.
A veličinám, které mají svůj směr, říkáme vektory.
Patří mezi ně vedle síly a zrychlení třeba rychlost nebo hybnost tělesa.
V reálném světě málokdy působí na těleso jenom jedna síla.
Zpravidla je jich víc najednou.
Síly, stejně jako všechny ostatní vektorové veličiny, mají tu vlastnost, že se jejich účinky mohou sčítat
do jedné výslednice.
Těleso se potom chová tak, jako by na něj působila jenom jedna výsledná síla.
Smějící se
Ale nejlepší bude, když si to ukážeme názorně!
Loď je v našem případě tažena dvěma silami, které směřují do různých stran.
Výsledný pohyb se ovšem jeví tak, jako by ho způsobovala jenom jedna síla, která je jejich vektorových součtem.
Ale pozor! Výslednice není nějaká další síla, která působí na loď, je to jenom pomocná síla nahrazující skutečné působení našich dvou pachatelů, takže buď můžeme počítat jenom se silami vodáků, anebo jenom s jejich výslednicí, ale ne se všemi třemi silami.
Pořád si opakujeme, že kde je síla, musí být i zrychlení.
Tady máme síly hned dvě, ale zrychlení žádné.
A loď se navíc evidentně pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem.
Ale i tohle se dá celkem snadno vysvětlit.
Na loď totiž působí ještě třetí síla brzdící síla vody.
Ta loď strhává proti společnému působení obou vodáků.
A protože je výslednice všech tří sil, které na loď působí, nulová, mělo by těleso v takovém případě
podle zákona setrvačnosti setrvávat buď v klidu anebo v rovnoměrně přímočarém pohybu, a to se právě děje.
Usmívající se
Ve fyzice můžeme vektory nejenom skládat, ale i rozkládat, což nám někdy výrazně pomůže při řešení složitějšího problému.
Pojďme si to ukázat na příkladu vrhu koulí!
V okamžiku vrhu směřuje vektor rychlosti koule šikmo vzhůru.
My si můžeme tenhle vektor rozložit do dvou směrů - vodorovného a svislého.
Když zanedbáme odpor vzduchu, vodorovná složka rychlosti se během celého letu koule nemění.
Svislá složka rychlosti ale ano!
Ve svislém směru totiž kouli přitahuje Země a její rychlost směrem vzhůru se tudíž zmenšuje.
Když se rychlost volného pádu koule vyrovná výchozí svislé složce rychlosti, koule přestane stoupat a nachází se na nejvyšším bodu své dráhy.
Od tohoto okamžiku začne rychlost volného pádu převažovat a to má za následek, že koule začne klesat k zemi až na ni definitivně dopadne.
Na čem všem závisí, aby byl vrh koulí úspěšný?
Na co nejvyšší počáteční rychlosti vrhu a také na správném úhlu vzletu.
On totiž existuje jeden konkrétní úhel, kdy vržené nebo vystřelené těleso doletí nejdál.
Překvapený
Trajektorie neboli tvar dráhy, kterou opíše vržená koule, se nazývá...
Trajektorie, kterou opíše vržená koule, se nazývá balistická křivka.
Stejnou křivku opisují i náboje vystřelené z nejrůznějších zbraní, například z děla.
Kdybyste vy měl tuhle kouli vrhnout tak, aby doletěla co nejdále...
...tak jak byste ji vrhal, pod jakým úhlem?
Pod úhlem 45 stupňů.
Asi bych se trošku roztočil, a pak bych ji vrhnul takhle…
Jaký je ideální úhel, když chci dostřelit nebo dohodit co nejdál?
Fyzikové ho spočítali.
Kdybychom házeli ve vakuu, hodnota úhlu by byla 45 stupňů.
Protože ale nežijeme ve vzduchoprázdnu a naše atmosféra má nezanedbatelný odpor vzduchu, který se projevuje brzdným účinkem, úhel pro nejdelší hod je 42 stupňů.
S vyplazeným jazykem
Důležité zjištění Isaaca Newtona.
Síla, kterou na sebe působí těleso samo, takzvaná vnitřní síla, nemůže změnit jeho pohybový stav, takže sami sebe prostě nezvedneme!
Dalším zvláštním pohybem, kterého bychom si ve fyzice měli všimnout, je pohyb po kružnici.
Změnu směru pohybu způsobuje dostředivá síla, ale můžeme jí klidně říkat zatáčecí.
V tomhle případe je dostředivou silou tahová síla provázku, která způsobuje, že kuličky létají po kružnici.
Jinde je zatáčecí silou gravitační síla Země, díky níž okolo Země obíhá po kruhové dráze Měsíc.
Nejnázornější příklad dostředivý síly je třeba řetízkáč.
Na sedačku se Sašou působí dvě síly tahová síla řetězů připevněných k vrchní konstrukci kolotoče a tíhová síla, která působí na všechna tělesa v blízkosti zemského povrchu.
Jejich výslednice míří ke středu kolotoče a je vlastně právě tou dostředivou, neboli zatáčecí silou, která způsobuje pohyb Saši po kružnici.
Správně si pojmenovala jediné dvě přítomné síly a správně jsi je nahradila výslednicí, kterou jsi určila
jako dostředivou sílu.
Z tvého pohledu žádná odstředivá síla neexistuje.
Kdyby tady byla, její účinek by se okamžitě vyrušil s dostředivou zatáčecí silou.
Saša by se pak přestala pohybovat po kružnici a odlétla by i se sedačkou někam pryč. A tak to přece není!
To je vcelku jasný, takže Saša si odstředivou sílu vymyslela?
Takový pohled nám umožní kamera pevně připojená ke kolotoči.
Na Sašu objektivně stále působí dostředivá síla, jenže z pohledu kamery upevněné na kolotoči se najednou zdá, že dívka už se nepohybuje po kružnici, ale stojí na místě.
Pozorujeme-li totiž pohybové děje ze zrychleného nebo otáčejícího se stanoviště, přestávají najednou platit Newtonovy zákony.
Abychom zachránili jejich platnost, musíme si vypomáhat různými tajemnými silami bez pachatele, kterým říkáme zdánlivé.
Že Saša vůči kolotoči stojí na místě, můžeme vysvětlit jen tak, že k dostředivé síle přidáme stejně velkou sílu opačného směru a té říkáme setrvačná odstředivá síla.
Ale pozor! Tyto dvě síly nejsou akcí a reakcí.
A těch zdánlivých sil z pohledu kamery umístěné na kolotoči můžeme vidět i více.
Takže Saša měla pravdu, když na sobě pozorovala odstředivou sílu?
V podstatě ano. Ona sama byla součástí rotující soustavy, té ve fyzice říkáme neinerciální.
A v ní můžeme účinky takovýchto zdánlivých sil bez pachatele pozorovat.
Často je cítíme třeba v autě při rozjíždění, brzdění nebo zatáčení.

Gravitace a lety do vesmíru

A víte vlastně, co to gravitace je?
V okolí každého hmotného tělesa existuje gravitační pole, s jehož pomocí k sobě přitahuje všechna ostatní tělesa.
Gravitací působí úplně každé těleso.
To znamená, že když vezmu jakákoli dvě tělesa, pak se tahle dvě tělesa k sobě přitahují silami, které jsou stejně velké, ale vzájemně opačného směru.
Mezi normálními předměty v našem životě, jako jsou třeba tyhle růže, jsou ale gravitační síly tak malé, že jsou vlastně nepozorovatelné.
Ale gravitační síly působí i na velké vzdálenosti, to znamená, že tělesa nemusí být v bezprostředním styku, aby mezi nimi gravitační působení vzniklo.
Příkladem může být gravitační přitahování mezi Zemí a Měsícem, anebo mezi Sluncem a Zemí.
Při závěsné akrobacii se já a Země vzájemně přitahujeme gravitačními silami, které jsou ale obráceně
orientované, takže se musím pevně držet šálu.
A když se spustím, stáhne mě planeta zpátky dolů.
Možná se ani nezdá, že je naše vzájemné gravitační působení stejně velké, ale je.
Nerozhodný
Vzpomeňte si na druhý Newtonův zákon!
Síla F se rovná součinu hmotnosti a zrychlení.
Protože moje hmotnost je zcela nicotná v porovnání s hmotností celé zeměkoule, musí být moje zrychlení naopak obrovské ve srovnání se zrychlením Země.
A nakonec i ta Země se o malinký neměřitelný kousek přiblížila směrem ke mně díky mé osobní gravitaci.
Existuje několik teorií, ale podstata není dodneška uspokojivě vysvětlena.
Mrkající
Ale můžeme ji nějak počítat nebo měřit?
Vlastnosti gravitační síly objasnil už někdy roku 1666 Isaac Newton.
Zjistil, že gravitační síla, kterou na sebe působí dvě tělesa, je přímo úměrná součinu hmotnosti těch dvou těles, m1 a m2, a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti r na druhou.
A podle tohohle vzorečku můžeme vypočítat velikost gravitační síly mezi dvěma tělesy?
Můžeme, ale musíme znát ještě hodnotu gravitační konstanty kappa, a ta byla zjištěna
až někdy sto let po Newtonovi.
A jak mohli vědci tenkrát vědět, že jejich výpočty jsou správné?
Rozpačitý
Platnost Newtonova gravitačního zákona v podstatě objasnil astronom Edmond Halley, který o 16 let později pozoroval kometu, která jasně zářila na obloze.
A když dal dohromady svědectví o jejích předchozích návratech a použil Newtonův gravitační zákon,
tak mu vyšlo, že se ta kometa vrátí opět v prosinci roku 1758.
Toho se ale přece nemohl dožít.
Vždyť to bylo o 76 let později!
On se toho samozřejmě nedožil, ale ten návrat spočítal naprosto přesně.
Váhy, na kterých Cavendish změřil zeměkouli.
Toto jsou gravitační váhy, pomocí nichž lze zjistit, jakou silou se přitahují velké koule s malýma kuličkama.
Ty velké koule stočí kyvadýlko, které tady je.
Když je přetočím do druhé polohy, tak se kyvadýlko stočí malilinko jinam, a abychom to vůbec viděli,
tak je tady laser, kterým si promítáme prasátko na druhou stranu na zdi a z toho poznáme, jaká je gravitační síla mezi těmito dvěma koulemi.
Když známe sílu, hmotnosti měřených koulí a jejich vzdálenost od sebe, můžeme podle vzorečku pro gravitaci jednoduše spočítat gravitační konstantu kappa.
Zamračený
Právě to byla podstata Cavendishova experimentu.
Hodnota, která mu tehdy před více než 200 lety vyšla, byla překvapivě přesná.
Gravitační konstanta v podstatě udává sílu, kterou se přitahují dvě koule, které mají hmotnost 1 kilogram a jsou od sebe vzdáleny 1 metr.
Taková síla je nepředstavitelně malá, protože i tohle chmýříčko z pampelišky působí na mojí dlaň silou desettisíckrát větší.
Když už lidstvo znalo díky Cavendishově pokusu hodnotu gravitační konstanty, nebyl problém dopočítat hmotnost Země.
Proto vešel celý experiment do dějin jako vážení zeměkoule.
Cavendish změřil hmotnost Země velice přesně. 5,976 krát 10 na dvacátou čtvrtou kilogramů.
To znamená, že Cavendish se seknul ani ne o jedno procento.
Všichni lidé, zvířata i předměty jsou neustále přitahováni k Zemi gravitační silou.
Gravitace naší planety je natolik silná, že jsme doslova natrvalo připoutáni k jejímu povrchu.
Smějící se
Celé generace snily o tom, že se jednou od Země odpoutají, ale nikdo nevěděl, jak se vymanit z pevného gravitačního sevření rodné planety.
Pokud bychom chtěli, aby nějaké těleso natrvalo opustilo naši biosféru, museli bychom mu udělit dostatečně velkou rychlost.
Lidstvo zatím objevilo jediný způsob, jak to udělat, a to je raketový pohon.
Na malé jednoduché lihové raketce si to předvedeme.
Raketa je vyrobena z plastové lahve.
Ve víčku je vyvrtán otvor, ten bude fungovat jako tryska rakety, a dovnitř nalijeme trošku lihu
jakožto paliva.
Nejde nám ani tak o ten líh, jako o lihové výpary, které vzniknou.
Výpary jsou velmi dobře hořlavé, ony jsou až výbušně hořlavé.
Nyní vylijeme přebytečný líh, raketu tady dáme do odpalovací rampy a Anička nám pořádně otře trysku.
Reaktivní pohon sice raketu chvíli urychloval, ale pak došlo palivo a dosažená maximální rychlost byla poměrně malá.
Gravitace si potom raketu stáhla zpátky na Zem.
Usmívající se
Aby se raketa dostala na oběžnou dráhu, musela by dosáhnout první kosmické rychlosti, a ta je u povrchu Země asi 7,9 kilometrů za sekundu.
Plně naložený raketoplán má hmotnost okolo 2000 tun.
Aby odstartoval do vesmíru, musí vyvinout a po dobu několika minut udržet tažnou sílu zhruba 20 milionů Newtonů.
Protože je zbytečné sebou vozit přítěž v podobě poloprázdné obří nádrže, je lepší palivo rozdělit
do několika menších nádrží, které se postupně vyprazdňují a odhazují.
Ulehčení je tak velké, že zbytek rakety může být poháněn méně výkonným a lehčím motorem
při zachování stejné akcelerace.
Teprve až se raketoplán dostane mimo naši atmosféru, kde na něj nepůsobí její odpor, může se jeho tažná síla snížit.
Po dosažení potřebné rychlosti ve vzduchoprázdném prostoru je možné motory úplně vypnout.
Překvapený
Napadlo vás někdy, co drží kosmickou loď na oběžné dráze?
Vždyť vesmírná loď s lidskou posádkou obíhá okolo Země poměrně blízko, nějakých 400 kilometrů nad povrchem!
A tam je přece gravitační pole dost silné na to, aby jakýkoli předmět stáhlo zpět na povrch.
Odpověď je docela jednoduchá.
Na kosmickou loď na oběžné dráze skutečně působí gravitační síla, a protože kosmické lodě obíhají okolo Země po kruhových či mírně eliptických drahách, chová se gravitační síla vlastně jako dostředivá neboli zatáčecí.
Jejím působením se pohyb vesmírného tělesa nepřetržitě stáčí k zemskému povrchu, ovšem při dostatečně vysoké rychlosti letu zemský povrch díky svému zakřivení před klesající vesmírnou lodí plynule uhýbá.
Vesmírná loď tak sice bez přestání padá, ale nikdy nespadne, pokud tedy raketovými motory nepřibrzdíme její rychlost, což se záměrně děje například při jejím návratu na Zem.
Pro každou vzdálenost od povrchu Země existuje vždycky jedna určitá rychlost nezbytná k tomu, aby se na ní kosmické těleso při obíhání udrželo.
Oběžná dráha ve výši 36 tisíc kilometrů nad povrchem Země je pak mezi nimi velmi důležitá.
Říkáme jí geostacionární dráha a má tu vlastnost, že družice, které po ní obíhají, mají stejnou úhlovou rychlost oběhu, jako zemská rotace.
Družice na geostacionární dráze tak vlastně stojí nad jedním místem zemského povrchu.
Toho se využívá například u telekomunikačních družic.
Díky tomu můžeme mít satelity namířeny stále do jednoho místa.

Fyzika na i-vysílání 2

Úterý v 10:37 | dvě TeReziA

Rande s Fyzikou na i-vysílání 2

Mechanický tlak

je to jedna ze základních fyzikálních veličin.
Asi všichni máte nějakou představu o tom, co to mechanický tlak je, ale když se to má správně slovy
vysvětlit, není to až tak jednoduché.
Mrkající
Když působím na nějaký předmět tlakovou silou, dochází na styčné ploše mezi mnou a tělesem
k mechanickému tlaku.
Určitě si sami dokážete představit některé běžné důsledky mechanického tlaku.
Tak třeba když zatlačíme na předmět z měkkého materiálu, můžeme ho deformovat.
Když je těleso dost pružné, vrátí se po tom, co přestanu působit tlakovou silou, do původní podoby.
Ale nepružná tělesa můžeme tlakem trvale poškodit.
Typickým příkladem trvalého poškození způsobeného mechanickým tlakem jsou vyjeté koleje na asfaltových silnicích.
Ty vznikají opakovaným vysokým zatížením povrchu vozovky těžkými nákladními automobily nebo autobusy.
Mechanický tlak je jeden z fyzikálních jevů, který se nám plete do života doslova na každém kroku.
I já teď například svým krokem tlačím na povrch Země.
Smějící se
Na čem vlastně velikost mechanického tlaku závisí?
Budeme velikost tlaku srovnávat pomocí deformačních účinků na obyčejnou potravinářskou fólii.
Na fólii položíme obyčejné cédéčko a na něj půlkilogramové závaží.
A teď na to samé CD položme dvojnásob těžké závaží.
Já myslím, že je naprosto evidentní, že těžší závaží způsobuje větší tlak.
Ano, čím je větší působící síla, tím větší tlak je vyvolán.
To si můžeme zapsat tak, že tlak p je úměrný velikosti působící sily F.
Při dalším měření použijeme pouze jedno závaží, to ale postavíme na dvě různě velké plochy.
Začneme malým cédéčkem.
A teď na fólii položíme klasické cédéčko, takže stejná tíha na evidentně větší plochu.
Většího tlaku jsme dosáhli v případě menšího CD, to znamená, když síla působila na menší plochu.
To si můžeme zapsat tak, že tlak p je nepřímo úměrný velikosti plochy S.
Když spojíme obě úměrnosti, dostaneme elegantní vzoreček pro výpočet mechanického tlaku.
Tlak p se rovná velikost síly F dělená velikostí plochy S.
Rozpačitý
Mechanický tlak se jako každá fyzikální veličina dá měřit.
Jednotkou mechanického tlaku je Pascal se zkratkou Pa.
Tlak o velikosti jednoho Pascalu si můžeme představit asi jako tlak, který vyvolá těleso o hmotnosti 102 gramů.
To je přibližně tohle stogramové závaží, pokud se jeho tíha rovnoměrně rozloží do plochy 1 metru čtverečního.
Pod takovou plochou bychom naměřili tlak 1 Pascal.
Je evidentní, že tlak to není velký a v praxi se setkáváme s tlaky mnohonásobně většími.
Mechanický tlak je jednou z fyzikálních veličin, kterou nervová zakončení lidského těla můžou vnímat jako bolest.
Podobné bolestivé účinky na lidské tělo má třeba vysoká teplota nebo působení elektrického proudu.
Malé tlaky samozřejmě jako bolest nevnímáme, ale od určité hodnoty tlak spolehlivě bolí.
Tíha našeho těla, která působí na matraci, je rozložena do tak velké plochy, že ji rozhodně nevnímáme jako bolest, spíše naopak, jako příjemné uvolnění.
Ale tíhová síla ležícího fakíra, který se opírá o minimální plochu 117 hrotů hřebíků, způsobuje tlak nesrovnatelně vyšší, a to už má do příjemného poležení opravdu daleko!
Nerozhodný
Slonice Shanti má okolo 4 tun. To máme zátěž 1 tunu na každou nohu, to znamená tlaková síla sloní tlapy je zhruba 10 tisíc Newtonů.
Jakou plochu má sloní chodidlo? -To nevím, půjdeme to změřit.
Sloní chodidlo má průměr přesně 40 centimetrů.
Řekněme, že sloní chodidlo má tvar kruhu, takže plocha sloního chodidla je 0,125, což je osmina metru čtverečního.
Když vydělíme tlakovou sílu sloní tlapy plochou jeho chodidla, vyjde nám 8 Newtonů na centimetr
čtvereční, což je 80 tisíc Pascalů.
Průměrná štíhlá žena má 60 kilo, to znamená 30 kilo na každou nohu.
To znamená, že tlaková síla nohy je 300 Newtonů.
Podpatek má skoro přesně 1x1 centimetr.
To znamená, že jeho plocha je jedna desetitisícina metru čtverečního.
Když vydělíme tíhu plochou podpatku, vyjde nám 300 Newtonů na centimetr čtvereční, a to je 3 miliony Pascalů.
I když je slon samozřejmě mnohem těžší, než Alice, tlak pod jejím podpatkem je mnohem větší,
než tlak pod sloní nohou.
Zamračený
Auto, proč máš tak velká kola?
Kdyby mohlo, řeklo by mi, že je to proto, aby mělo větší styčnou plochu mezi pneumatikou a zemí,
protože čím větší plocha, tím menší tlak.
Takže i když auto vozí extrémně těžké kamení, neboří se do nezpevněné cesty tady v kamenolomu.
Ze stejného důvodu si staří horalové obouvali na boty sněžnice.
Zvětšili tím plochu svého chodidla a chodili tak vlastně po povrchu sněhové pokrývky.
Naopak existuje spousta případů, kdy potřebujeme tlak zvýšit.
Proto je třeba ostří nože tak tenké.
Díky extrémně malé styčné ploše nože dokážeme rozdělit nebo rozříznout i poměrně soudržný materiál.
Napadlo vás někdy, že k mechanickému tlaku dochází i při ždímání v obyčejné automatické pračce?
Při tisíci otáčkách za minutu tlačí nerezový plášť bubnu na mokré prádlo silou zhruba 10000 Newtonů.
Stejné tlakové síly bychom dosáhli, kdybychom ta samá trička ždímali autem, které váží jednu tunu.
To znamená, že na zem působí tíhou taky skoro 10000 Newtonů.

Proudění kapalin a plynů

Až doteď jsme totiž v našem pořadu studovali mechaniku prostřednictvím těles z pevných látek, jenomže mechanika se zabývá také fyzikálními zákonitostmi v tekutinách.
Jaký je rozdíl mezi kapalinou a tekutinou?
Rozpačitý
Rozlišujeme tři základní skupenství látek - pevné, kapalné a plynné.
Občas se do této skupiny zařazuje i čtvrté skupenství, a to je plazma, nicméně kapaliny i plyny
mají řadu společných vlastností, a proto je nazýváme souborným názvem tekutiny.
To znamená, že správná odpověď na naši anketní otázku byla, že slovem tekutiny označujeme
souhrnně jak kapaliny, tak plyny.
Smějící se
Jaké jsou společné vlastnosti kapalin a plynů?
Tak předně je to tekutost.
Ta je dána tím, že mezi molekulami u kapalin a plynů nejsou tak silné vazby, jako třeba u pevné látky
a molekuly kapalin a plynů se mohou vzájemně lépe pohybovat.
S tím souvisí i to, že kapaliny nemají žádný svůj stálý tvar a de facto zaujmou tvar nádoby.
A je naopak něco, čím se kapaliny od plynů liší?
Stlačitelností. Kapaliny obecně jsou málo stlačitelné.
Ve fyzice pro zjednodušení zavádíme pojem ideální kapalina, která je dokonale nestačitelná.
Naopak plyny se rády rozpínají a lze je také jednoduše stlačit.
Řekli jsme si, že jednou ze základních vlastností kapalin a plynů je tekutost.
Když při tečení převažuje pohyb jedním směrem, mluvíme o proudění. Proudění si pro naše účely
můžeme představit jako pohyb mnoha malých kousků vody.
Pohyb jednotlivých částí proudící tekutiny popisujeme pomocí takzvaných proudnic.
To jsou myšlené čáry, které v kapalinách a plynech nejsou vidět.
Můžeme si je ale znázornit tak, že do proudící tekutiny vložíme lehký předmět, který je unášen právě ve směru jedné z proudnic.
Překvapený
Nejdůležitější veličinou, která nám udává velikost proudění, je průtok.
Objemový průtok, který značíme písmenkem Q, vypočítáme tak, že objem tekutiny V vydělíme časem t, po který tato tekutina proudila.
Když chceme zjistit, jaký je průtok vody v téhle hadici, musíme změřit objem vody, který nateče za určitý časový interval, třeba za 10 vteřin.
V tomhle případě proteklo 5 litrů vody za 10 sekund, to znamená, že průtok je půl litru za sekundu.
Měření průtoku má velký význam například u řek.
Průměrný průtok Vltavy v Praze je 150 kubických metrů za sekundu, to je 150 tisíc litrů za sekundu.
Ovšem při povodních, jako byla ta pražská v roce 2002, se může průtok i mnohonásobně zvýšit.
Všimli jste si, že když zaléváte hadicí a zmáčknete její konec, že voda najednou dostříkne dál?
Tím jsi zmenšila plochu jejího průřezu, a protože kapaliny jsou velmi málo stlačitelné, nemohou se v hadici nikde hromadit a musí zúženým místem protéct rychleji.
A větší rychlost proudění se projevila tak, že voda dostříkla dál?
Tento jev popisuje takzvaná rovnice kontinuity, někdy tomu česky říkáme rovnice spojitosti.
Máme koryto, které se uprostřed zužuje.
V něm je nalitá voda.
Nasypat drobné předměty, to je krupice.
Budeme si všímat, jak rychle voda teče.
V širší části proudí voda pomaleji, tady zrychluje a v úzké části koryta proudí poměrně rychle.
Usmívající se
Rovnice kontinuity říká, že velikost plochy průřezu násobená rychlostí v daném místě je konstantní, takže velká plocha S1, krát malá rychlost v1 rovná se malá velikost plochy S2 krát velká rychlost v2.
Rovnice kontinuity proudění platí i v docela překvapivých případech.
Jedním takovým případem je například jedoucí kolona po zúžené dálnici.
Dálnici si totiž můžeme představit jako potrubí a auta jako částice zvláštní tekutiny, které potrubím proudí.
Ačkoli bychom očekávali spíš opak, tak kolona aut před zúžením dálnice, tedy při jízdě ve dvou jízdních pruzích, jede viditelně pomaleji, než proud automobilů v užší části vozovky.
K podobnému efektu dochází například na fotbalovém stadionu, kdy dav fanoušků prochází úzkou bránou na tribunu.
Mají proudící tekutiny nějaké další fyzikální vlastnosti, třeba hybnost nebo energii?
Na proudící kapaliny nebo plyny se můžeme dívat jako na každá jiná pohybující se tělesa a platí pro ně samozřejmě všechny zákonitosti mechaniky, které jsme v Rande s fyzikou probírali.
Nerozhodný
Druhý Newtonův zákon
když síla, tak zrychlení
Jeho důsledek si můžeme ukázat na této aparatuře.
Teď to tady odšpuntujeme, aby voda začala proudit.
Už víme, že v užší trubici proudí voda rychleji.
Aby voda mohla zrychlit, musí na ni působit síla.
Tou silou působí voda v širší trubici a děje se to na úkor tlaku.
Takže vidíme, že v užší trubici, kde je rychlejší proudění, je menší tlak, než v trubici vyšší.
A tento jev popisuje Bernoulliho rovnice.
S důsledkem Bernoulliho rovnice se můžeme setkat častěji, než by se zdálo.
Slabě fouknout mezi tady ty dva papíry.
Co pozoruješ?
No zdánlivě nic.
Papíry vlají více méně svisle.
A co myslíš, že se stane, když foukneš silněji?
Tak se papíry rozletí a půjdou směrem od sebe.
-Je to úplně naopak! Papíry se k sobě přibližovaly.
A to je právě důsledek Bernoulliho rovnice.
Rychleji proudící vzduch, to znamená menší tlak, v okolí je tlak větší a papíry jdou k sobě.
Většina letadel má takový zvláštní profil křídla, seshora vypouklejší a zespoda plošší, ale není to věc designu, má to svůj důležitý fyzikální důvod.
krejčovský metr
Takže, nejdřív změříme vrchní část křídla.
Vrchní vychází přesně na 150 centimetrů.
A teď spodní.
Přesných 144.
Takže vrchní část křídla je o 6 centimetrů delší.
Když letadlo letí atmosférou, chová se okolní vzduch jako proudící tekutina, to znamená, že vzduch,
který obtéká horní část křídla je rychlejší nebo pomalejší?
Je rychlejší než ten, který obtéká spodní část křídla.
Podle Bernoulliho rovnice působí rychlejší vzduch nad křídlem menší tlakovou silou, než pomalejší vzduch pod křídlem, takže proudící vzduch působí víc na křídlo zespoda a tím udržuje letadlo ve vzduchu.
Mrkající
Ukážeme si zákonitosti proudění v tekutinách.
Při pomalém proudění kapaliny mají malé kousky vody přibližně stejnou rychlost a jejich trajektorie
jsou přibližně rovnoběžné.
Takovému proudění říkáme laminární.
Při rychlejším proudění dochází k promíchávání vrstev kapaliny a vytváření různých vírů.
Takové proudění nazýváme turbulentní.
K tvorbě víru dochází i při obtékání různých překážek, například balvanu v řece.
K turbulentnímu proudění a k tvorbě vírů nedochází jen u kapalin, ale i u plynů.
Nejznámější příklady se týkají vzduchu, tedy naší atmosféry.
Aerodynamický tunel, dokáže kouřem obarvit některé proudnice, a díky tomu můžeme vidět,
jak vzduch obtéká různá tělesa.
Model rodinného domečku.
Ten kouř, který na něj vstupuje, nám simuluje, jak proudí vzduch přes takový domeček, pokud přichází bouřka například.
Tady vidíme, že na té zadní straně, vzniká oblast takzvaného úplavu, která je charakteristická tím,
že v tom místě je podtlak.
Tedy pokud foukne silný vítr, může se nám stát, že v tomto místě nám vítr zvedne střechu.
Na autíčku si můžeme ukázat, že konstruktéři aut se dnes aerodynamikou musí zabývat.
Je to z několika důvodů. Snaží se šetřit pohonné hmoty, snaží se snížit odpor těch automobilů, a také zajistit jízdní vlastnosti, které ten automobil musí mít.
Proto se snažíme u takovýchto strojů přiblížit se přírodě, to znamená ty tělesa vytvářet tak, aby ten úplav, ta oblast vzadu, byla co nejmenší.
Mrkající
A jsou nějaké ideální tvary pro obtékání těles vzduchem?
Je to třeba model takzvaného kapkovitého tvaru.
Tady je vidět, že pokud máme takovéto těleso kapkovitého tvaru, tak skutečně ta velikost úplavu je minimální.
Tohle mi trošku připomíná tvar křídla letadla.
U těch letadel, pokud ta geometrie je udělaná správně, je možno generovat takzvanou vztlakovou sílu a udržet letadlo ve vzduchu. Funguje to pouze tehdy, pokud proudění sleduje povrch toho křídla.
Jsou ale situace, kdy potřebujeme odpor prostředí naopak zvýšit. Toho se využívá například při přistávání letadel, kdy se vysouvají brzdné klapky anebo tady, v simulátoru volného pádu.

Tlak v tekutinách a Archimédův zákon

Náš život se od narození až do smrti odehrává v tekutinách a tekutinou, která nás obklopuje vůbec nejčastěji, je vzduch.
Ve vzduchu umíme žít dobře, ale známe všechny fyzikální zákonitosti, které v tekutinách probíhají?
To ne.
O tom, že v tekutinách je tlak, jste už určitě slyšeli, minimálně v předpovědi počasí.
Měříme ho různými barometry. Aktuální atmosférický tlak na dnešním rande je 992 hektopascalů.
Čím je vlastně atmosférický tlak způsoben?
Atmosférický tlak je důsledkem tíhy vzduchu.
A víš, co je nezbytnou podmínkou pro to, aby vzduch působil tíhou?
Kromě toho, že na vzduch musí působit tíhová síla, tak vzduch by měl mít taky nějakou svoji hmotnost.
Jakou má vzduch hmotnost?
To je zapeklitá otázka.
Překvapený
Takhle se zdá, že nic, ale když se nad tím zamyslíme, tak vzduch by nějakou hmotnost mít měl.
Tady máme láhev s ventilkem a natlakujeme do ní vzduch.
Tady máme kompresor a počkáme, až budeme mít láhev dostatečně natlakovanou.
Láhev se vzduchem zvážíme.
58,5 gramů.
Tak, a teď z té láhve upustíme 2 litry vzduchu, a pak ji znovu zvážíme.
Tady máme láhev s vodou, to jsou 2 litry.
Odzátkujeme a pomocí tady té láhve vyfoukneme 2 litry vody.
Hadičku dovnitř.
To jsou 2 litry, a teď tu láhev musíme utřít, protože bychom jinak vážili láhev s vodou. Měli bychom to nepřesné.
56 gramů.
Takže když odečteme ty dvě hodnoty? -To je 2,5 gramu.
2,5 gramu, a to je hmotnost 2 litrů vzduchu.
Tady z toho vážení jasně vyplývá, že vzduch svoji hmotnost má, i když litr vzduchu váží jenom něco málo přes gram.
Kolik váží vzduch, který nesete na hlavě?
Plocha hlavy dospělého člověka je zhruba 300 centimetrů čtverečních.
Do výšky jednoho metru nad hlavou se tedy vejde zhruba 30 litrů vzduchu.
Ty váží necelé 4 dekagramy a to všichni hravě uneseme.
Jenomže toho vzduchu nad námi je několik kilometrů.
Z hodnoty atmosférického tlaku se dá snadno vypočítat, že každý si neseme na hlavě asi 300 kilogramů vzduchu,
A aby nevznikl dojem, že atmosférická tlaková síla působí jenom shora, tak si ukážeme jeden pokus,
na kterém uvidíš, že tlaková síla ve vzduchu působí ze všech stran.
Smějící se
Tento pokus poprvé sestrojil v roce 1654 Otto von Guericke, což byl také starosta města Magdeburg.
On použil dvě kovové polokoule, které k sobě přiložil a vysál mezi nimi vzduch.
Zapnout vývěvu.
Obě polokoule držely tak pevně, že ani 8 párů koní je nedokázalo roztrhnout.
My sice máme obě polokoule trošičku menší, ale uvidíme, jak si s tím holky poradí.
Vypneme.
Teď máme uvnitř téměř vakuum a budeme tahat.
Statický tlak se objevuje nejenom v plynech, ale samozřejmě i v kapalinách, stejně jako u plynů, ho způsobuje tíha.
Tlak vody, tedy hydrostatický tlak, je závislý na výšce vodního sloupce, tedy zpravidla na hloubce nádrže nebo nádoby.
Pro výpočet velikosti hydrostatického tlaku máme jednoduchý vzorec:
tlak p se rovná výška vodního sloupce h krát hustota kapaliny ró krát tíhové zrychlení g.
Podle tohoto vzorce si můžeme snadno vypočítat, že hydrostatický tlak na dně slapské přehrady
je 560 kilopascalů.
Je to sedmkrát větší tlak, než tlak pod tlapou dospělé sloní samice.
Okolo nás je atmosférický tlak, tedy i na hladině řeky.
Znamenalo by to, že k hydrostatickému tlaku vody musíme přičíst i atmosférický tlak vzduchu nad hladinou?
V našich zvířecích jednotkách by to znamenalo, že tlak na dně přehrady není 7 slonů, ale rovnou 8,5.
Správně jsi oba dva tlaky sečetla.
V praxi ale většinou udáváme pouze přírůstek tlaku měřený od hladiny kapaliny.
Tady jsou tři nádoby.
V které bude největší tlak u dna, když budou plné vody?
Tady máme přístroj, zařízení, které měří tlak na dně nádoby.
Tady na tom tlakoměru to budeme odečítat.
Napustíme vodu nejprve do největší nádoby.
Označíme, kam vystoupila hladina vody v manometru.
No a teď vyměníme nádoby a dáme tam nádobu prostřední.
Stejně vysoko. Tak vyzkoušíme ještě poslední nádobu.
A teď to bude nádoba, do které se vejde nejméně vody.
Stejně!
Nezávisí na tom, jaký je tvar nádoby, nezávisí na tom, jak velké je dno, záleží jenom na výšce vodního sloupce.
Tomu se říká hydrostatický paradox.
Změříme sílu, kterou působí koule na siloměr.
1,3 Newtonu.
Zkusíme tu kouli ponořit do vody.
0,3 Newtonu. Zmenšila se!
A nepřijde ti to divné?
Vždyť přece tíhová síla, která působí na kouli, je pořád stejná, ať je na vzduchu nebo ve vodě.
No jedině, že by na kouli působila ještě nějaká jiná síla v opačném směru.
Správně! V kapalinách totiž na tělesa působí vztlakové síly.
Na to přišel už ve starověku slavný filozof Archimédes, který po objevení této zákonitosti běžel nahý ulicemi Syrakus a křičel: "Heuréka! Heuréka!"
Tady je barel, který je naplněn vodou až úplně po okraj
Bára vytlačí stejný objem vody, jako bude objem jejího těla, respektive ponořené části těla.
Ponoří se až úplně po krk. Bára vytlačila stejný objem vody, jako je objem ponořené části
jejího těla.
Když teď barel doplníme, tak zjistíme objem ponořené části Bářina těla.
Takže jaká je velikost tíhy té vytlačené kapaliny?
Hmotnost 1 litru vody je 1 kilo, to znamená, tíha jednoho litru vody je 10 Newtonů,
takže krát 10, tj. 500 Newtonů.
Takže Bára byla nadlehčována vztlakovou silou o velikosti 500 Newtonů.
My si to ale ověříme ještě jiným způsobem.

13. JEDNODUCHÉ STROJE

Dvanáct předchozích schůzek s fyzikou jsme věnovali silám a jejich pohybovým účinkům, tlaku, energii, mechanické práci a dalším mechanickým veličinám.
Dneska se ale s mechanikou rozloučíme.
jak si můžeme pomocí fyziky usnadnit práci.
jednoduché stroje, ale dokázali byste je vyjmenovat?
Překvapený
Těch jednoduchých strojů se ve fyzice uvádí zpravidla šest, a my si je postupně představíme.
V životě nám totiž můžou ušetřit spoustu sil při manuální práci.
Houpačka je typickým příkladem páky.
Páka je vlastně tyč, která se otáčí kolem osy.
Osa je pak umístěna v místě, kde je páka podepřená.
zvýším tím sílu na jednom rameni a vychýlím páku z rovnováhy.
rovnováha na páce nezávisí jenom na velikosti působících sil, ale rovněž na jejich vzdálenosti od osy otáčení.
Této vzdálenosti ve fyzice říkáme rameno síly.
Pro rovnovážný stav na páce platí, že součin první síly a jejího ramene se musí rovnat součinu druhé síly a jejího ramene. Tenhle vztah platí při jakémkoli použití páky, takže například když je rameno
mojí síly dvakrát delší, než rameno síly, kterou působí závaží, můžu působit dvakrát menší, tedy poloviční silou, a to už je citelná pomoc!
páce, u které se osa otáčení nachází mezi oběma působišti sil, říkáme páka dvojzvratná.
Nerozhodný
V praxi se ale můžeme setkat i s pákou jednozvratnou.
To je taková páka, kdy obě síly působí na jedné straně od osy. I v tomhle případě platí, že když působím silou dál od osy, než je zavěšené břemeno, stačí vynakládat menší sílu.
U jednozvratné páky ale platí, že síly musí mít opačný směr.
Na principu páky funguje nejenom dětská houpačka, ale například různá páčidla nebo vodorovná konstrukce stavebního jeřábu.
Typickým příkladem jednozvratné páky je například klasický otvírák na lahve.
jednoduché stroje používali už naši předkové
kolo na hřídeli.
Zamračený
Hřídel je vlastně otáčející se osa a je důležité, aby její poloměr byl menší, než kolo, pomocí kterého osou otáčíme. I když v tomhle případě je to vlastně klika, ale můžeme si představit kolo celé.
Čím větší rozdíl obou poloměrů, tím víc nám stroj ulehčuje práci.
Pro kolo na hřídeli platí stejný vztah, jako pro páku.
Součin síly F1, kterou působím na kolo a poloměru kola r1 musí být stejný, jako součin poloměru hřídele r2 a síly F2, kterou hřídel působí.
Poloměr kola je 36 centimetrů a poloměr hřídele je 6 centimetrů, to znamená, že poloměr kola
je šestkrát větší.
Když budu s kolem otáčet, bude hřídel působit šestkrát větší silou a já můžu hravě vytáhnout kbelík
ze studny.
Na principu kola na hřídeli funguje spousta dnešních nástrojů, například vodovodní kohoutek
nebo klika u dveří.
Už jste někdy potřebovali zvednout náklad do výšky?
Usmívající se
Pak jste možná použili další z jednoduchých strojů - kladku.
Obyčejné kladce, která je upevněna na závěsu, říkáme kladka pevná.
Její funkce nespočívá v tom, že zmenšuje sílu, kterou musím působit, ale obrací její směr.
lano nesmíte nikdy pustit!
protože v tom případě se náklad okamžitě vrací zpět!
Druhým příkladem je kladka volná.
Pro tu je typické, že jeden konec lana je pevně ukotven v horním bodě, kdežto kladka je volně spuštěna do dolní části provazu.
Když chci náklad zvednout, musím tahat za volný konec lana.
V případu volné kladky sice musím působit silou ve směru přemisťování, ale stačí mi vyvinout
jen poloviční sílu, než je tíha přemisťovaného nákladu.
Úplně nejvíc možnosti kladky využiju, když spojím několik volných a pevných kladek do jednoho kladkostroje.
To si pak můžu troufnout i na daleko větší náklad.
V tomhle případě se kladkostroj skládá ze šesti kladek.
Když zvedám náklad, stačí mi, abych působila silou, která se rovná jedné šestině tíhy nákladu.
součin síly a dráhy, po kterou síla působí v tom je fígl kladkostroje.
Já sice můžu působit šestkrát menší silou, ale dráha pak musí být zase šestkrát větší.
Velkých kladkostrojů s mnoha páry volných a pevných kladek se využívá u konstrukcí silných jeřábů.
Nosnost takového jeřábu se extrémně zvýší. Nevýhodou ale je, že na takovém kladkostroji musí být navinuta lana mnohem delší, než je dráha, po které chci břemeno přemístit.
Mrkající
Princip jednoduchých strojů využívají různé nástroje a nářadí, které si lidé vymysleli, aby si usnadnili manuální práci, různé nůžky, nebo kleště, jsou vlastně dvojzvratnou pákou.
Ale třeba louskáček pracuje na principu páky jednozvratné. Silou ruky totiž působíme na stejné straně od osy páky, na které dochází k rozlousknutí ořechu.
A stejně fungují třeba pákové nůžky na plech.
Dláto nebo hoblík jsou typickým příkladem klínů
šroubovák nebo kolovrátek?
Jestli si myslíte, že na principu šroubu, tak jste vedle.
Oba tyto nástroje jsou vlastně kolo na hřídeli.
Na bázi šroubu pracuje třeba svěrák nebo truhlářská svěrka.
Otáčením šroubu se zvětšuje síla na čelistech.
Dílna je doslova přehlídkou jednoduchých strojů, ale v našem vyspělém světě se s principem jednoduchých strojů můžete setkat v podstatě na každém kroku.
Klára jde dopředu rovnoměrným přímočarým pohybem. Přitom ale překonává odporovou sílu
okolního prostředí.
Aby byl pohyb rovnoměrný přímočarý, musí na Kláru působit nějaká síla, jejíž účinky se s účinky
odporové síly ruší.
Tunel metra je vlastně velká trubice, ve které proudí tekutina, tedy vzduch. Proudící vzduch obtéká Kláru a způsobuje pohyb Klářiných vlasů i její sukně.
Vlak metra se rozjíždí, pohybuje se tedy nerovnoměrným pohybem. Kláru pozorujeme zevnitř
jedoucího vagónu, který je neinerciální tažnou soustavou a v té působí takzvané setrvačné síly.
V tomto případě nenajdeme pachatele, kteří způsobují Klářino vrávorání ve vagónu.
Na Kláru působí přitažlivá síla země.
Ta je ale kompenzována tlakovou silou schodů eskalátoru.
Výslednice těchto sil působících na Kláru je tedy nulová a Klára by se podle prvního Newtonova zákona měla nacházet v klidu nebo rovnoměrném přímočarém pohybu.
Kláru sledujeme pomocí dvou kamer a nedokážeme rozhodnout, zda stojí nebo se pohybuje.
Vůči jedné kameře je v klidu, z druhého pohledu se pohybuje.
Pohyb je relativní a záleží na tom, vůči čemu jej vztahujeme.
Klára krájí maso, které se musí vidličkou přidržet, aby necestovalo po talíři.
Krájení jde docela špatně. Kdyby byl nůž ostřejší, styková plocha by byla menší a nůž by působil
větší tlakovou silou. Kláře by se pak maso krájelo podstatně lépe.
píchnutého kola.
Protože matky jsou pevně utaženy, musí si pomoci nástrojem, který kombinuje funkce jednoduchých
fyzikálních strojů.
Protože auto je velmi těžké, nemůže ho Klára sama nadzvednout.
Používá k tomu zvedák, který pracuje na principu jednoduchého stroje - šroubu.
V jedné scéně ji kolega herec nese v náručí na jevišti. Vidíte, že herec je mírně zakloněný
oproti normální chůzi.
Je to proto, aby společné těžiště obou těl bylo nad plochou jeho chodidel. Klářina ruka má určitou hmotnost a zároveň i rychlost.
Součin této rychlosti a hmotnosti udává hybnost ruky. V okamžiku dopadu ruky na hercovu tvář jí Klářina ruka část své hybnosti předá, a proto vidíme, jak hercova hlava se pohne ve směru pohybu ruky.

Fyzika na i-vysílání 1

Pondělí v 14:19 | dvě TeReziA

Rande s Fyzikou na i-vysílání 1

Pohyb a rychlost


Začneme mechanikou.
To je ta část fyziky, která se zabývá mimo jiné pohybem.
S vyplazeným jazykem
Všechno v našem světě se vlastně neustále pohybuje.
Lidé, předměty, zvířata, ale v pohybu jsou i planety a hvězdy, stejně jako částice v atomech.
Vlastně celý náš svět je takovým obrovským fesťákem pohybu.
Když chceme jakýkoli pohyb popsat, musíme si u něj všímat dvou důležitých znaků.
Jednak jeho dráhy, a jednak časové posloupnosti, v jaké se pohyb odehrává.
Jinými slovy, když se předmět pohybuje, musíme si všímat toho, kdy a kde se nachází.
Křivka, která kopíruje pohyb tělesa, se nazývá trajektorie.
Jak vidíte, trajektorie můžou mít i dost složitý tvar.
Mlčící
Začneme tím nejjednodušším pohybem - rovnoměrným, přímočarým.
Pro něj je typické, že těleso se pohybuje po přímce, nezpomaluje, nezrychluje ani nezatáčí.
Na čem je závislá délka jeho trajektorie, což je uražená dráha, si ukážeme na malým experimentu.
Pro náš experiment jsme si vybrali tohle místo, kde máme dobrý výhled na frekventovanou kolínskou trať.
Nejdřív necháme normální vlak ujet dráhu za stanovený časový interval, a ten samý vlak necháme jet
dvojnásobně dlouhou dobu.
Vidíme, že při delším čase jízdy urazí vlak delší dráhu.
Dostáváme se tak k tvrzení, že dráha s je přímo úměrná času t, po který se těleso pohybuje.
Co se ale stane, když změříme dráhu dvou různých vlaků?
Vidíme, že i když oba vlaky jedou stejně dlouhou dobu, urazí rozdílnou dráhu.
Znamená to, že dráha pohybu je závislá nejen na čase, ale ještě na nějakém dalším parametru pohybu.
Tím parametrem je rychlost tělesa, kterou značíme v.
Pro dráhu rovnoměrného pohybu platí jednoduchý vztah, že dráha s se rovná rychlosti v, násobené časem t.
Úpravou tohohle vztahu získáme vzorec pro výpočet rychlosti rovnoměrného pohybu:
rychlost v se rovná dráze s dělené časem t.
Tenhle jednoduchý vzorec platí nejenom pro výpočet rychlosti rovnoměrného pohybu, ale i pro výpočet průměrné rychlosti nerovnoměrného pohybu.
Tak třeba na téhle trati do Ostravy je spousta zatáček, vlak se různě rozjíždí, brzdí a chvílemi stojí ve stanicích.
I tak ale můžeme podle uvedeného vzorečku jednoduše spočítat jeho průměrnou rychlost.
Z Prahy do Ostravy, přímo do Stodolní, je to 356 kilometrů a Pendolino to ujede podle jízdního řádu za 3 hodiny a 6 minut, což je 3,1 hodiny, takže průměrná rychlost je 356 děleno 3,1 což je přibližně 115 kilometrů za hodinu.
Rychlost se stejně jako každá jiná fyzikální veličina dá měřit, a všechno, co se ve fyzice dá měřit, musí mít nejenom konkrétní číselný údaj, ale taky jednotku.
Základní jednotkou rychlosti je metr za sekundu.
Tuhle rychlost si můžeme poměrně snadno představit - shoduje se s pomalou vycházkovou chůzí.
Abychom si udělali lepší představu o velikosti jednotky metr za sekundu, ukážeme si několik dalších
příkladů.
Překvapený
Nejrychlejší sprinteři běhají rychlostí 10 metrů za sekundu.
Formule 1 dosahují na rovinkách rychlosti až 100 metrů za sekundu.
V životě se mnohem častěji setkáváme s rychlostí uváděnou v kilometrech za hodinu, což je jednotka odvozená.
Lidé obvykle chodí rychlostí 5 kilometrů za hodinu.
Špičkový sprinter běží rychlostí 36 kilometrů za hodinu.
Auta v obci by se měla pohybovat rychlostí 50 kilometrů za hodinu.
Auta na dálnici můžou jezdit až 130 kilometrů za hodinu.
Tryskáč dosahuje rychlosti kolem 1000 kilometrů za hodinu.
A naše planeta obíhá kolem Slunce rychlostí 108 000 kilometrů za hodinu.
Zamračený
Víš, s jakou největší rychlostí v životě se můžeme setkat?
Co je na světě nejrychlejší?
Správná odpověď je samozřejmě rychlost světla.
Ta dosahuje hodnoty až 300 000 kilometrů za sekundu.
Abychom si takovou rychlost dokázali vůbec představit, musíme si ji převést na názornější příklad.
Z ostravské Stodolní ulice sem do Prahy dorazí světlo za 0,001 sekundy.
To si asi taky nedokážeme moc představit, ale tušíme, že pro Pendolino je světlo opravdu těžkou konkurencí!
Jsou fyzikální jevy, který si na příkladech z běžného života prostě ukázat nemůžeme.
Změříme rychlost šíření světla.
Stačí, když si vzpomeneme na vzoreček, že rychlost se dá vypočítat jako dráha dělená časem.
Tady máme krabičku, ve které je laser, ten laser blikne na zrcátko, vrátí se zpátky, změříme, jak daleko je zrcátko a jak dlouho trvala cesta světla tam a zpátky.
No a je to nějakých deset nanosekund, to znamená, 3 metry uletělo světlo za 10 nanosekund.
Takže když to vydělíme a použijeme správné jednotky, rychlost světla je 300000 kilometrů za sekundu.
Rozpačitý
Na měření rychlosti pohybu máme spoustu speciálních přístrojů.
Asi nejznámějším z nich je klasický tachometr u auta.
Ve skutečnosti se rychlost auta měří tak, že čidlo odečítá frekvenci otáčení.
A když pak známe obvod pneumatiky, můžeme jednoduše spočítat rychlost, což za nás udělá tachometr.
Dalším příkladem přístroje měřícího rychlost je anemometr.
Normální větrník na měření rychlosti větru.
Vítr roztáčí lopatky anemometru a z frekvence otáček můžeme vypočítat rychlost.
Ale napadlo by vás, jak se měří rychlost letadla?
Při letu se žádná kola netočí, takže tachometr by byl v tomhle případě k ničemu.
Smějící se
Rychlost letu letadla se měří tímto zařízením.
Je to pitotstatická trubice.
Jak probíhá to měření samotný potom při tom letu?
Do tohoto otvoru proudí vzduch pod tlakem.
My ten tlak snímáme touto trubicí a z rozdílu tlaku celkového, který snímáme tímto otvorem a tlaku statického můžeme určit rychlost letu letadla.
Jak probíhá měření rychlosti pomocí Pitotovy trubice?
Tady je model Pitotovy trubice pro měření rychlosti proudění vody.
Původně byla Pitotova trubice navržena pro měření rychlosti proudící vody.
V letadlech se používá stejný fyzikální princip, ale technické řešení je trošku jiné.
Tady tou trubicí proudí voda, máme tady otvor, nad kterým je trubička.
V té trubičce voda stoupne do určité výšky.
Pak je tady ještě jedna zahnutá trubice, v té se voda zastaví, vystoupí do jiné výšky, a z rozdílu těch výšek hladin se dá určit, jak rychle voda trubicí proudí.
Používá se k tomu zákon zachování energie proudící vody.
A právě ucpání Pitotovy trubice v roce 2009 vedlo velice pravděpodobně k tragické havárii letu 447 na lince z Rio de Janeira do Paříže.
Úžasný
Zkuste odpovědět na moji otázku.
Stojím v tuhle chvíli, anebo se pohybuji?
Ať už jste odpověděli tak nebo tak, měli jste pravdu, protože jsem zároveň byla v klidu a zároveň jsem se pohybovala.
Pohyb je totiž relativní. Záleží na tom, k jakému pozorovateli se vztahuje.
Takže vzhledem ke kameře jsem byla naprosto v klidu, ale vzhledem ke slečně na Twisteru jsem byla v pohybu, stejně jako ona je stále v pohybu vzhledem ke mně.
Pojďme si to ukázat ještě jednou názorně.
Když pozorujeme Báru z pohledu kamery, která je pevně spojená s vozíkem, zdá se nám, že Bára setrvává v klidu, zato celé okolí za ní se najednou nezvykle pohybuje.
Úplně jinak ta samá situace vypadá, když se na ni podíváme z mého pohledu.
Bára se vůči mně pohybuje po složité trajektorii, ale okolí horské dráhy zůstává v klidu.
Takže i když si myslíme, že jsme úplně v klidu, jsme vlastně neustále v pohybu.
Otáčíme se s celou naší zeměkoulí, ta zase obíhá okolo Slunce a sluneční soustava se vzhledem
ke středu galaxie taky pohybuje.

Přírodověda TEST 5.ročník ZŠ

17. června 2017 v 9:53 | dvě TeReziA

Test z přírodovědy 5.ročník ZŠ

  1. Co je to gravitační síla?
  2. Popiš Slunce.
  3. Kdo se vzájemně přitahuje?
  4. Co je gravitační pole?
  5. Na čem závisí gravitační síla?
  6. Co je to zeměpisný rovník?
  7. Napiš jména polokoulí.
  8. Napiš přirozenou družici Země.
  9. Co znázorňuje Zemi?
  10. Čím měříme sílu?
  11. Co je Měsíc?
ÚžasnýPlačícíRozpačitýŠlápnul vedleZamračenýNevinnýLíbajícíSmějící seJe na prachyMlčícíUsmívající sePřekvapenýS vyplazeným jazykemNerozhodnýMrkajícíKřičícíÚžasnýPlačícíRozpačitýŠlápnul vedleZamračenýNevinnýLíbajícíSmějící seJe na prachyMlčícíUsmívající sePřekvapenýS vyplazeným jazykemNerozhodnýMrkajícíKřičícíÚžasnýPlačícíRozpačitýŠlápnul vedleZamračenýNevinnýLíbajícíSmějící seJe na prachyMlčícíUsmívající sePřekvapenýS vyplazeným jazykemNerozhodnýMrkajícíKřičícíÚžasnýPlačícíRozpačitýŠlápnul vedleZamračenýNevinnýLíbajícíSmějící seJe na prachyMlčícíUsmívající sePřekvapenýS vyplazeným jazykemNerozhodnýMrkajícíKřičícíÚžasnýPlačícíRozpačitýŠlápnul vedleZamračenýNevinnýLíbajícíSmějící seJe na prachyMlčícíUsmívající sePřekvapenýS vyplazeným jazykemNerozhodnýMrkajícíKřičící


  1. Co je to gravitační síla? Dva předměty se přitahují, a když spadne nějaký předmět, je přitahován gravitační silou ke středu Země.
  2. Popiš Slunce. Slunce je hvězda a koule žhavých plynů. Kukátkem ani dalekohledem se na Slunce nedíváme, zničili bychom si zrak.
  3. Kdo se vzájemně přitahuje? Země působí na Měsíc svou gravitační silou, působí na sebe navzájem.
  4. Co je gravitační pole? Pole, ve kterém působí Země svou gravitační silou.
  5. Na čem závisí gravitační síla? Na hmotnosti předmětu a na vzdálenosti předmětu od Země.
  6. Co je to zeměpisný rovník? Kružnice, která odděluje severní a jižní polokouli.
  7. Napiš jména polokoulí. Severní a jižní.
  8. Napiš přirozenou družici Země. Jediná přirozená družice Země je Měsíc.
  9. Co znázorňuje Zemi? Glóbus.
  10. Čím měříme sílu? Sílu měříme siloměrem. Jednotka síly je 1 N (Newton).
  11. Co je Měsíc? Měsíc je jediná přirozená družice Země.
Bonus. Ve vesmíru není gravitační síla. Je tam spousta hvězd a planet.

Podnebné (klimatické) podmínky

17. února 2017 v 11:40 | dvě TeReziA

Podnebné (klimatické) podmínky

Na různá místa zemského povrchu dopadají sluneční paprsky pod různě velkým úhlem a s výjimkou rovníku i po nestejně dlouhou dobu.
Osa Země je nakloněná k rovině, ve které Země kolem Slunce obíhá. Proto je ke Slunci vždy po dobu půl roku střídavě přikloněna severní nebo jižní polokoule. Na kterékoliv místo zemského povrchu dopadají sluneční paprsky během roku pod různě velkým úhlem a (s výjimkou rovníku) po nestejně dlouhou dobu.

Otázky:
  • Vyjmenuj názvy podnebných pásů
  • Ve kterých oblastech je nejtepleji a kde je nejchladněji?
Největší teplotní rozdíly jsou mezi oblastmi v tropech a za polárním kruhem.

TROPICKÝ PÁS nejteplejší místo zeměkoule, na nějž dopadá během roku nejvíce slunečního záření.

SUBTROPICKÉ PÁSY leží na sever a na jih od tropického pásu. Jsou zde horká suchá léta a teplé vlhké zimy.

MÍRNÉ PÁSY oblasti, kde teploty nejsou tak vysoké. S rostoucí vzdáleností od rovníku dopadají sluneční paprsky na Zemi šikměji.

POLÁRNÍ PÁSY nejchladnější oblasti se rozkládají kolem severního a jižního pólu. Velké, studené trvale zaledněné plochy.

Rozmanitost přírody - otázky

16. února 2017 v 14:52 | dvě TeReziA

Rozmanitost přírody - Otázky:

  • Které jsou základní podmínky života na Zemi?
světlo, teplo, vzduch, voda a živiny

  • Odkud získávají rostliny živiny?
Základní živiny pocházejí z půdy, odkud je čerpají kořeny. Rostliny při své výživě mění látky neústrojné (jsou součástí neživé přírody) na látky ústrojné (jsou součástí živé přírody).

  • Jak se tento proces nazývá?
Tomuto chemickému ději se říká FOTOSYNTÉZA.

  • Jaké jsou nezbytné podmínky fotosyntézy?
Sluneční energie, zelené barvivo (chlorofyl), oxid uhličitý, kt. rostliny přijímají z ovzduší (vodní rostliny z vody) a voda. Při fotosyntéze se uvolňuje z těla rostlin kyslík, jenž je pro naprostou většinu organismů základní podmínkou života.

  • Odkud získávají živiny živočichové (býložravci, masožravci)?
Býložravci se živí rostlinami. Masožravci se živí živočichy. Všežravce se živí rostlinami i živočichy.
Tato schopnost se nazývá potravní řetězec.

  • Proč můžeme říct, že každý potravní řetězec má svůj počátek v půdě?
Mrtvá těla rostlin a živočichů se rozkládají a vracejí se zpět do půdy, kde vytvářejí HUMUS - zásobárnu živin pro rostliny. Tento koloběh se stále opakuje.

Školní výlet do Dinoparku

2. července 2016 v 9:42 | dvěTeReziA

Jedna kapitola z "Františkova ptačí škola" http://www.databook.cz/frantiskova-ptaci-skola-2799

Dinopark aneb cesta do pravěku

Protože se přiblížil konec školního roku, prvňáčci z Ptačič mají svůj první velký předprázdninový výlet. Školní rada letos vybrala cestu do Dinoparku, cestu do pravěku. A to byla ta správná trefa do černého.
Děti z první třídy nemohly nadšením ani dospat. A ráno honem rychle do školy. Maminky u autobusu ještě naposledy kontrolovaly batůžky, aby nedočkaví žáci prvňáci měli dostatek jídla a pití. Jurášek jako vždy doprovázel malého Martínka do školky, kterému se zrovna nechtělo pospíchat, a tak zdravil po cestě všechna zvířátka, stromy i kytičky. "Pospěš, Juri, tady máš pláštěnku! Zapomněl sis ji včera v šatně. Honem, kluci! O Martínka se už postarám!" volá na Juráška paní uklízečka, a přebírá malého neposedného Martínka na schodech školy.
K autobusu už dorazili všichni posledňáčci prvňáčci. Paní učitelky dávají konečné pokyny, ještě jednou kontrolují seznam žáků, pan řidič nastartuje a Ptačice zmizí v dáli.
Nejprve děti z Ptačic navštívili malou ZOO s domácími zvířátky z celého světa.
Potom jely DINO-vláčkem do Dinoparku, a tam děti uviděly obrovské dinosaury, kteří se hýbali a řvali. Někteří létací dinosauři byli přivázání na provazech. K dinosaurovi Rexovi děti ani raději nechodily. Moc řval a jeho řev byl slyšet všude. Nejvíce se líbili dva dinosauři. Jeden s dlouhým krkem. Pohyboval hlavičkou sem a tam. A potom taky dinosaurus s velkým vějířem, mrkal na děti přátelsky svýma velkýma očima a hýbal ocasem. Všichni byli moc prima. Někteří i strašidelní a smutní. Pravěcí ptáci - byli první ptáci, kteří kdy na světě žili a hodně se podobali ještěrům. Měli místo křídel spíše jen blány a v zobáku jim rostly zuby. Ptáci totiž pocházejí z předků, kteří běhali po čtyřech. Přesto se stal jejich hlavním pohybem let.
"A byly také tak velcí jako ještěři?" zeptal se zvědavě Jurášek.
"Někteří ano, jiní ne."
První ptačí fosilií je legendární Archaeopteryx, který žil před 145 miliony lety. Sinosauropteryx prima byl prvním "opeřeným dinosaurem", popsaným v roce 1996. Současní ptáci náleží do skupiny zvané obecně Aves, což je přímé znění latinského slova pro ptáky.
"Co vlastně dělá ptáka ptákem? Jak vůbec poznáme, že pozorovaný živočich je skutečným příslušníkem ptačí říše?"
Schopnost letu musíme jako rozpoznávací znak vyloučit - létají přece také netopýři, různé vývojové linie hmyzu, ve druhohorách létali také ptakoještěři a mnozí ptáci jsou dnes i v minulosti nelétaví. Dnes jsou ptáci dobře rozlišitelní od ostatních obratlovců svou unikátní stavbou svého těla. Hlavním povrchovým znakem je peří Před 150 lety našli otisk ptáka, který byl jen asi tak veliký jako náš holub. Ale neuměl tak létat jako holub. Nejspíše se vyšplhal na strom pomocí drápků, které měl na křídlech, a létal jen směrem dolů. Ze stromu na strom a na zem. Živil se asi bobulemi, hmyzem a červy. V křídových útvarech v Severní Americe byly nalezeny dva druhy pradávných ptáků, ale také nebyli velcí. Pterodaktyl, nejznámější létající dinosaurus, byl různě velký. Některý jen asi jako vrabec, jiní jako káně nebo jestřáb. Živili se rybkami. Nedosahovali tedy obrovských rozměrů. Ptakoještěr Pteronodon byl obrovský. Na hlavě vzadu mu vybíhal jako roh dlouhý kostěný hřeben. Tento ptakoještěr byl výborný letec. Chytal asi ryby a na pobřeží hledával měkkýše. Byl to vlastně létající drak. S rozpjatými křídly měřil až osm metrů. Na ostrově Nový Zéland žil kdysi pták, který se podobal dnešnímu pštrosu. Byl vysoký přes 3 metry. Jiný dosahoval výšky dvou metů. Takoví ptáci měli také veliká vejce. V Peru zase žila "tučňáčí příšera". Tento dinosaurus měřil přes metr, létat neuměl, podobal se tučňákovi, výborně plaval a chytal pod vodou ryby.

Příprava na test z Přírodovědy 4R

12. června 2016 v 19:53 | dvěTeReziA
  • živé organizmy žijí v lesích v několika (5) patrech: půdní, mechové, bylinné, keřové a stromové
  • v listnatých a smíšených lesích se nejčastěji vyskytují duby a buky
  • stromy jehličnaté mají listy ve tvaru jehlic, s výjimkou modřínu na zimu neopadávají, jsou stálezelené
  • lesní plody sbíráme pouze tehdy, pokud je bezpečně poznáme, některé lesní rostliny jsou jedovaté
  • houby tvoří samostatnou skupinu živých organizmů, živí se rozkladem odumřelých těl rostlin, rozmnožují se výtrusy, neobsahují listovou zeleň (chlorofyl). klobouk plachetka třeň podhoubí výtrusy
  • houby jedovaté - muchomůrka tygrovaná, muchomůrka červená, hřib satan
  • sbíráme jen ty houby, které dobře známe, plodnice hub vyjmeme opatrně z půdy, podhoubí zahrneme, aby z něj mohly vyrůst další houby, jedlé houby sbíráme do košíků, kde se nezapaří, neznámé a jedovaté houby neničíme
  • Jak se nazývá vrstva vzduchu obklopující naší planetu? ATMOSFÉRA
  • Která složka ze vzduchu je nejdůležitější pro živé organismy? KYSLÍK
  • Co potřebují navíc rostliny ze vzduchu? OXID UHLIČITÝ
  • Kterého plynu je ve vzduchu nejvíce? DUSÍKU
  • Co je důkazem, že je kolem nás vzduch? VÍTR
  • Jak vzniká vítr? PROUDĚNÍM VZDUCHU
  • Jak se nazývá proces , kdy rostlina přijímá oxid uhličitý a za pomocí světla a zeleného barviva vytváří kyslík? FOTOSYNTÉZA
  • Co chrání planetu před škodlivými UV paprsky? VZDUCH S OZONEM
  • V jakém skupenství se nachází sníh? TUHÉM, PEVNÉM
  • V jakém skupenství se nachází vodní pára? PLYNNÉM
  • V jakém skupenství se nachází déšť? TEKUTÉM
  • Jak se nazývá proces, kdy voda se neztrácí, ale vypařuje se a opět ve formě deště či sněhu se opět vrací na zem? KOLOBĚH VODY
  • Co vzniká zvětráváním hornin? Půda
  • Co vzniká z odumřelých těl rostlin a živočichů? HUMUS
  • Jak se nazývá skupina živočichů, kteří se živí pouze rostlinami? BÝLOŽRAVCI
  • Jak dělíme živočichy podle příjmu potravy? BÝLOŽRAVCI, MASOŽRAVCI, VŠEŽRAVCI
  • Základní části rostliny KOŘEN, STONEK, LIST, KVĚT
  • Která část rostliny přijímá živiny a upevňuje rostlinu? KOŘEN
  • Jak se nazývá ztloustlý stonek pod zemí? ODDENEK
  • Když se v oddenku uloží zásobní látky, tak vzniká: HLÍZA
  • Jak se nazývá stonek, který nemá listy? STVOL
  • Název stonku, z kterého vyrůstají listy: LODYHA
  • Název stonku, který má kolínko: STÉBLO
  • V jakém průmyslu se využije rostlina len setý? V TEXTILNÍM
  • Co umožňují listy rostlině? DÝCHÁNÍ
  • Jak členíme listy podle tvaru? JEDNODUCHÉ, SLOŽENÉ
  • Jak se nazývá zelené barvivo v roslinách? CHLOROFYL
  • Co se vyvine z opyleného květu? PLOD
  • Co je ukryté uvnitř květu? TYČINKYsamčí, PESTÍKsamičí
  • Jak se nazývá, když na společném stonku je více květů? KVĚTENSTVÍ
  • Jak členíme živočichy dle stavby těla? OBRATLOVCI, BEZOBRATLÍ
  • Jaké znáš druhy lesů? JEHLIČNATÝ, SMÍŠENÝ, LISTNATÝ
  • jehličnaté stromy - SMRK ZTEPILÝ, JEDLE BĚLOKORÁ, BOROVICE LESNÍ, MODŘÍN OPADAVÝ
  • listnaté stromy - BUK LESNÍ, DUB LETNÍ(ZIMNÍ), BŘÍZA BĚLOKORÁ, JAVOR MLÉČ
  • jedovaté byliny - RULÍK ZLOMOCNÝ, VRANÍ OKO ČTYŘLISTÉ
  • Čím se liší houby od rostlin a popiš jejich stavbu - NEOBSAHUJÍ CHLOROFYL, PODHOUBÍ a PLODNICE
  • Jak se nazývá les tvořený převážně z dubů a les tvořený z buků? DOUBRAVA, BUČINA
  • Čím dýchá kapr obecný? ŽÁBRAMI
  • Jaké znáš naše ryby? KAPR OBECNÝ, SUMEC VELKÝ, LÍN OBECNÝ, ŠTIKA OBECNÁ, OKOUN ŘÍČNÍ, PSTRUH POTOČNÍ
  • Vývojová stádia žáby. VAJÍČKO - PULEC - DOSPĚLÁ ŽÁBA
  • Čím dýchájí dospělé žáby? PLÍCEMI
  • Vodní rostliny: LEKNÍN BÍLÝ

Bylinkářka (Zelinkářka) paní Vanda

5. února 2016 v 20:47 | Dvě TeRezi A
Rádi sledujeme na televizi Noe pořad "U nás" o lidové kultuře. Dnešní díl se jmenoval "Není na světě bylina, aby na něco nebyla"
V pořadu vyprávěla paní Vanda Vrlová, zelinkářka, jak pracovala ve Valašském muzeu v Rožnově, a jak se dostala ke sbírání bylinek (zelinek), jak jezdila po dědinách, a zjišťovala, na co která zelinka je, co se dřív sbíralo, kam se na ně chodilo. Že zelinkářky byly hlavně ženy, protože to byly první léčitelky svých dětí.
Peněz tehdy nebylo, tak pomáhala příroda.
Nejdříve se lidé jako děti seznamovaly s MATEŘÍDOUŠKOU, byla to hlavně koupel, děvčatům pro krásu, chlapcům pro sílu. "Každá chalupa, jinačí nauka." Jiné bylinky byly na Valašsku a jiné na Těšínsku. Na Rožnovsku byl nejvíc v oblibě ŘEPÍK "Řepíček, bylin tatíček", dobromysl, mateřídouška. Na Těšínsku zas tráva železník.
Paní Vanda napsala dvě knížky o zelinkách, ve kterých jsou i recepty: Devatero kvítí a Nasbíráno mezi Jány aneb o lidovém léčitelství.
 
 

Reklama