Portál:Fyzika/Odporúčané články/2008

2006 - 2007 - 2008 - 2009 - 2010 - Univerzálne

Toto je archív odporúčaných článkov za rok 2008.

24

Neutríno je elementárna častica, patrí medzi leptóny s poločíselným spinom (je teda fermión). Jeho hmotnosť je veľmi malá v porovnaní s väčšinou elementárnych častíc, dlhú dobu sa predpokladala jeho nulová pokojová hmotnosť, posledné experimenty však ukazujú, že je nenulová (pozri Super-Kamiokande). Neutríno nenesie elektrický náboj, nepôsobí naň preto elektromagnetická interakcia. S hmotou interaguje jedine prostredníctvom slabej interakcie a gravitácie.

Pretože jeho účinný prierez pre slabú interakciu je veľmi malý, neutrína prechádzajú bežnou hmotou takmer bez akejkoľvek reakcie. Napríklad Slnko emituje neutrína s energiou niekoľko megaelektrónvoltov. Ak by sme chceli zadržať polovicu z nich, potrebovali by sme na to blok olova s hrúbkou asi jeden svetelný rok (~10¹⁶m). Detekcia neutrín je teda veľmi náročná a vyžaduje veľmi rozmerné detektory alebo produkciu zväzkov neutrín vysokej energie.

Celý článok...

25

V experimentálnej a aplikovanej časticovej fyzike a v jadrovom inžinierstve, je časticový detektor, známy aj ako detektor žiarenia, zariadenie využívané pre detekciu, stopovanie, a/alebo identifikáciu elementárnych častíc vysokých energií, aké sú produkované jadrovým rozpadom, kozmickým žiarením, alebo v reakciách v časticovom urýchľovači. Moderné detektory sa využívajú aj ako kalorimetre pre meranie energie detegovaného žiarenia. Môžu byť využité aj pre meranie ďalších parametrov ako sú hybnosť, spin, náboj častíc atď.

26

Rýchlosť svetla vo vákuu sa presne rovná 299 792 458 metrov za sekundu (1 079 252 848,8 km/h). Rýchlosť svetla sa značí písmenom c (údajne z latinského celeritas, čo znamená rýchlosť), ktoré je tiež známe ako Einsteinova konštanta. Táto presná hodnota nie je určená meraním, ale definíciou, nakoľko samotná jednotka meter je definovaná z hľadiska rýchlosti svetla a sekundy. Rýchlosť svetla v inom prostredí (teda nie vo vákuu) je menšia ako c (čo definuje index lomu prostredia).

Diagram Fizeau-Foucaultovho prístroja.

Podľa štandardnej fyzikálnej teórie sa všetko elektromagnetické žiarenie vrátane viditeľného svetla šíri (alebo pohybuje) vo vákuu konštantnou rýchlosťou, všeobecne známou ako rýchlosť svetla. Táto fyzikálna konštanta je označovaná písmenom c. Vo všeobecnej teórii relativity je rýchlosť c tiež rýchlosť šírenia sa gravitácie.

27

Kmitanie alebo oscilácia je pohyb fyzikálnej sústavy (napr. hmotného bodu), pri ktorom sa systém po vychýlení vždy vráti do rovnovážnej polohy. Jedna zmena v rámci kmitania sa nazýva aj kmit, prechod z jednej krajnej polohy do opačnej sa niekedy nazýva kyv. Perióda je čas, za ktorý sústava vykoná jeden kmit, frekvencia je počet kmitov za jednu sekundu. Pre kmitavý pohyb je typické, že sa striedavo mení kinetická energia systému na potenciálnu a naopak.

Typickými príkladmi kmitania je kyvadlo, pri ktorom sa periodicky mení výchylka od zvislice, alebo teleso zavesené na pružine, pri ktorom sa po vychýlení periodicky mení jeho výšková súradnica.

28

Atmosférický tlak alebo barometrický tlak je tlak, spôsobený atmosférou planéty Zem. Tento tlak je vyvolaný tiažou vzduchového stĺpca siahajúceho od nadmorskej výšky, v kterej tlak meriame, až po hornú hranicu atmosféry.

Atmosférický tlak je tlak masy vzduchu v atmosfére podmienený gravitačným pôsobením Zeme. Normálna hodnota atmosférického tlaku (hodnota určená pre fyzikálne výpočty) pri hladine mora je 101,325 kPa. Vrstva atmosféry (váha molekúl vzduchu v stĺpci) Zeme pôsobí tlakovou silou na zemský povrch. Hodnota tohoto tlaku je najväčšia na zemskom povrchu a s rastúcou výškou klesá. Barometrický tlak nie je stály, neustále kolíše v danom bode zemského povrchu okolo určitej hodnoty. Na tlak vzduchu má okrem nadmorskej výšky vplyv aj teplota vzduchu a prúdenie vzduchu.

Tlak menší ako barometrický tlak sa nazýva podtlak, tlak väčší ako barometrický tlak sa nazýva pretlak.

Atmosférický tlak má veľký význam v meteorológii.

29

Tlaková níž nad Islandom sa otáča proti smeru hodinových ručičiek.

Coriolisova sila patrí spolu so zotrvačnou a odstredivou k fiktívnym silám. Prejavuje sa v rotujúcich vzťažných sústavách.

Coriolisova sila pôsobí iba na telesá, ktoré sa v rotujúcej vzťažnej sústave (ktorá je neinerciálna) pohybujú. Je daná vzťahom

${\vec {F}}_{C}=-2m\,{\vec {\omega }}\times {\vec {v}}.$

Tu m je hmotnosť skúmaného telesa, ${\vec {\omega }}$ je vektor uhlovej rýchlosti. Tento vektor má veľkosť rovnú veľkosti uhlovej rýchlosti rotácie sústavy a má taký smer osi rotácie, že keď chytíme túto os pravou rukou a prsty ukážu smer rotácie, vztýčený palec ukáže smer vektora uhlovej rýchlosti (toto sa často nazýva pravidlo pravej ruky). Rýchlosť telesa meraná v rotujúcej vzťažnej sústave je označená ${\vec {v}}$, symbolom $\times$ je vyznačený vektorový súčin vektora uhlovej rýchlosti a vektora rýchlosti.

30

Obrázok z viditeľného svetla, prichádzajúceho z najhlbších kútov vesmíru. Autor: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) a HUDF tím.

V prvej polovici 20. storočia sa slovo vesmír (po anglicky universe) používalo na pomenovanie celého kontinua časopriestoru v ktorom existujeme, spolu so všetkou energiou a hmotou v ňom. O porozumenie vesmíru v najväčších možných mierkach sa snaží kozmológia, veda, ktorá vznikla z fyziky a astronómie. Počas druhej polovice 20. storočia viedol vznik pozorovacej kozmológie, tiež známej ako fyzikálna kozmológia, k rozdeleniu významu slova vesmír medzi pozorovacích kozmológov a teoretických kozmológov; tí prví opustili snahy pozorovať celé časopriestorové kontinuum, tí druhí sa o to stále pokúšajú v snahe nájsť najlogickejšie domnienky na vymodelovanie celého časopriestoru, navzdory extrémnym ťažkostiam v určení si empirických (založených na skúsenosti) obmedzení týchto špekulácií a vyhnúť sa tak skĺznutiu do metafyziky.

Zobraziť celý článok

31

Elektrón je elementárna častica v obale atómu s jednotkovým záporným nábojom. Je 1836-krát ľahší ako protón a približne 1839-krát ľahší ako neutrón. Hmotnosť elektrónu je 9,1093826×10⁻³¹ kg.

Slovo elektrón bolo prvýkrát použité v roku 1891 írskym fyzikom Georgeom Johnstonom Stoneym a je odvodené zo spojenia elektrická sila. Pôvodom pochádza z gréckeho slova ήλεκτρον znamenajúceho jantár. Joseph John Thomson sa považuje za prvého fyzika, ktorý určil pomer jeho náboja a hmotnosti a považuje sa za objaviteľa elektrónu. Vnútri atómu elektróny obklopujú v elektrónovej konfigurácii jadro pozostrávajúce z protónov a neutrónov. Zmeny v elektrickom poli spôsobené rozdielnym počtom elektrónov a ich rozdielnou konfiguráciou určujú chemické vlastnosti prvkov. Tieto polia hrajú základnú úlohu v chemických väzbách v chémii.

Elektróny v pohybe vytvárajú elektrický prúd a magnetické pole. Niektoré druhy elektrických prúdov nazývame elektrina.

Naše chápanie v správaní sa elektrónov bolo značne upravené počas minulého storočia, pričom najväčšie pokroky sa dosiahli rozvinutím kvantovej mechaniky, ktorá priniesla myšlienku vlnovo-časticovej povahy, teda javu, pri ktorom elektróny vykazujú tak vlnové, ako aj časticové vlastnosti. Nemenej dôležité boli pokroky v poznatkoch, ako elektróny interagujú s inými časticami v fyzike častíc.

32

Kavitáca na lopatkách lodnej skrutky

Kavitácia (z latinského cavitas – dutina), je hydrodynamická dutina, vytvorená v kvapaline pri prudkom lokálnom poklese okolitého tlaku. Po zániku podtlaku, ktorý ju vytvoril kavita zaniká implóziou.

Ak kvapalinu z fyzikálneho hľadiska považujeme za nestlačiteľnú, potom prudký lokálny pokles tlaku spôsobí odčerpanie kvapaliny z určitého miesta, pričom okolitá kvapalina nestihne na uvedené miesto (kvôli zotrvačnosti a viskozite hneď natiecť). Tak na chvíľu vznikne vákuová "bublina" – kavita. Kavita je spočiatku vákuovo "prázdna", ak však dynamický podtlak trvá môžu do nej difundovať pary zo stien kavity. Po zmiznutí budiaceho podtlaku kavita skolabuje (okolitá kvapalita prudko vyplní prázdny priestor), pričom vznikne rázová vlna – mikrovýbuch, ktorý sa šíri kvapalinou do okolia a prejavuje sa akustickým pulzom. Ak sa v mieste implózie nachádza pevný materiál (lopatka turbíny, lodná skrutka, potrubie a pod.) má to naň deštruktívny účinok. Prejavuje sa vytrhávaním mikročiastočiek materiálu, čo spôsobuje rýchle opotrebenie. Na vznik kavity má vplyv hlavne rýchlosť prúdenia (veľkosť podtlaku), povrchové napätie kvapaliny a jej viskozita.

33

Záblesk gama žiarenia, vzplanutie gama žiarenia alebo GRB (z anglického Gamma ray burst) je prudký záblesk gama žiarenia na oblohe. Zjavuje sa náhodne, má neznámy pôvod a čas ani miesto jeho objavenia sa nedá predvídať. Záblesky gama žiarenia k nám cestujú nesmierne dlho – dalo by sa povedať, že sú akýmsi dopisom z diaľok. Nedávno bol pozorovaný gama záblesk, ktorý sa odohral takmer pred 9,5 miliardami rokov, to je v čase, keď naša slnečná sústava ešte vôbec neexistovala.

Môže trvať od niekoľko tisícin sekundy po 1,6 hodiny (najdlhší pozorovaný záblesk). Nakoľko gama žiarenie zemská atmosféra neprepúšťa, môžu byť tieto záblesky identifikované len na základe pozorovania družíc. Niektoré GRB však majú tzv. dosvit v ostatných oblastiach spektra: V röntgenovom, ultrafialovom, viditeľnom, infračervenom, mikrovlnnom a rádiovom žiarení. Dosvit vo viditeľnom svetle môžeme pozorovať pozemskými teleskopmi.

Podľa dĺžky trvania delíme záblesky na

• krátkodobé gama záblesky – trvajú kratšie než 2 sekundy, v priemere 0,5 sekundy
• dlhodobé gama vzplanutia – trvajú od 2 sekúnd do 1,6 hodiny, v priemere 35 sekúnd

34

Fotoelektrický jav. Prichádzajúce EM žiarenie naľavo vyráža elektróny, ktoré sú zobrazené ako letiace doprava, smerom od látky.

Fotoelektrický jav alebo fotoelektrický efekt alebo fotoefekt je experimentálne pozorovaný jav, kedy svetlo vhodnej vlnovej dĺžky pri dopade na kov alebo polovodič vyráža z atómov látky elektróny, ktoré sa potom voľne pohybujú v látke a zvyšujú jej vodivosť (vnútorný fotoelektrický jav) alebo opustia látku (vonkajší fotoelektrický jav). Jav sa využíva napríklad pri konštrukcii fotodiódy alebo fototranzistora.

Vonkajší fotoelektrický jav objavil v roku 1887 nemecký fyzik Heinrich Rudolf Hertz. Kinetická energia vyletujúcich elektrónov nezávisí od intenzity žiarenia, ktoré na povrch kovu dopadá. Zväčšenie intenzity žiarenia vedie k zväčšeniu počtu elektrónov vyletujúcich z kovu. Kinetická energia týchto elektrónov je závislá od frekvencie dopadajúceho žiarenia. Táto závislosť je lineárna, pričom smernica priamky, ktorá ju vyjadruje, sa rovná Planckovej konštante. Túto závislosť nebolo možné vysvetliť z hľadiska klasickej elektromagnetickej teórie.

Albert Einstein našiel pre fotoefekt jednoduché vysvetlenie. Predpokladal, že fotoefekt je proces, pri ktorom platí zákon zachovania energie a že pri tomto jave ide o premenu energie elektromagnetického žiarenia na kinetickú energiu elektrónov. Je to premena, ktorá má v podstate opačný charakter, ako žiarenie absolútne čierneho telesa. Keďže vyžarovanie absolútne čierneho telesa prebieha skokom, Einstein predpokladal, že aj opačný proces musí prebiehať skokom. Takto hypoteticky odvodil existenciu fotónov.

35

Sir Isaac Newton

Gravitácia je príťažlivá sila pôsobiaca medzi hmotnými telesami. Sila, ktorou sa telesá priťahujú, je priamo úmerná súčinu hmotností telies a nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi telesami.

Ako jeden z prvých sa gravitácii venoval Aristoteles, podľa ktorého však ťažšie telesá padajú na zem rýchlejšie (toto tvrdenie vyvracal o takmer dvetisíc rokov neskôr experimentmi v Pise Galileo). Pre nájdenie vzťahu opisujúceho veľkosť gravitačnej sily boli kľúčové presné astronomické pozorovania pohybov v slnečnej sústave (jedným z najlepších pozorovateľov tých čias bol Tycho Brahe, 1546-1601) a pomocou nich formulované Keplerove zákony (1609 a 1619). Gravitačný zákon formuloval Isaac Newton v roku 1687 v svojom známom diele Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Jeho teóriu zovšeobecnil a prepracoval v 20. storočí Albert Einstein vo všeobecnej teórii relativity, podľa ktorej je gravitácia jedným z prejavov zakrivenia časopriestoru. Einstein túto svoju teóriu publikoval v roku 1915. Prvé pozorovanie potvrdzujúce jeho tvrdenia uskutočnil Arthur Eddington 29. mája 1919 počas zatmenia Slnka. Vtedy nameral zakrivenie lúčov hviezd presne zodpovedajúce všeobecnej teórii relativity. Gravitácia je naďalej dôležitým objektom výskumu, mnoho fyzikov pracuje na teórii, ktorá by v sebe zjednotila všetky štyri interakcie pozorované v prírode – gravitačnú, elektromagnetickú, silnú jadrovú a slabú jadrovú (táto teória sa niekedy nazýva teória všetkého, en:Theory of everything). Jedným z významných pokusov o teóriu všetkého je teória strún, je však aj niekoľko konkurujúcich koncepcií.

36

Teplo alebo tepelná energia je vnútorná energia, ktorú teleso príjme, alebo ju odovzdá pri tepelnej výmene inému telesu. Teplo si vymieňajú iba telesá s rôznou teplotou. Značkou tepla je Q a jednotkou tepla je Joule (značka J). Je potrebné rozlišovať medzi dvoma rôznymi veličinami: teplota vyjadruje stav telesa, a teplo ktoré vyjadruje zmenu stavu telesa.

Podľa kinetickej teórie je teplo celkovou kinetickou energiou neusporiadaného pohybu částíc, z ktorých sa látka skladá. Premena mechanickej práce na teplo je kinetickou teoriou vysvetľovaná ako premena energie usporiadaného pohybu na kinetickú energiu neusporiadaného pohybu častíc.

Vzorec na výpočet tepla potrebného na zvýšenie teploty telesa za predpokladu, že medzi teplotami nedôjde k fázovej zmene:

$Q=c.m\left(t-t_{0}\right)$

• $Q$ – je teplo (J)
• $c$ – je tepelná merná kapacita (J.kg^-1.K^-1)
• $m$ – je hmotnosť (kg).
• $\left(t-t_{0}\right)$ –  odpočet pôvodnej teploty telesa od novej teploty (K).

37

Dôkaz Archimedovho zákona

Archimedov zákon je fyzikálny zákon z hydrostatiky, ktorý sformuloval grécky učenec Archimedes zo Syrakúz. Príbeh objavu tohoto zákona Archimedom je spísaný v knihe De architectura od Vitruvia.

Znenie Archimedovho zákona

Teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované vztlakovou silou, ktorej veľkosť sa rovná tiaži kvapaliny s rovnakým objemom, ako je objem ponorenej časti telesa.

Vysvetlenie

Majme teleso v tvare kvádra v kvapaline, s rozmermi $a,b,h$ a hustotou $\rho _{t}$ tak, že horná strana je v hĺbke $h^{\prime }$ pod voľným povrchom kvapaliny. Hustotu kvapaliny označme $\rho _{k}$. Predpokladajme, že na teleso ponorené do kvapaliny pôsobí iba tiažová sila $F_{G}$ a hydrostatická vztlaková sila $F_{\mbox{vz}}$. Veľkosť tiažovej sily sa potom dá vyjadriť v tvare $F_{G}=m.g=V.\rho _{t}.g$. Veľkosť hydrostatickej vztlakovej sily vyjadríme v tvare $F_{\mbox{vz}}=V.\rho _{k}.g$. Výslednica oboch týchto síl závisí na hustote tuhého telesa $\rho _{t}$ a hustote kvapaliny $\rho _{k}$, v ktorej je teleso ponorené, pretože

$F=F_{G}-F_{\mbox{vz}}=V.g.(\rho _{t}-\rho _{k})$

Fyzikálny portál

38

Hélium II sa "vplazí" po povrchoch aby našlo svoju vlastnú hladinu – po krátkej chvíli sa hladiny v dvoch nádobách vyrovnajú. Rollinova vrstva tiež pokryje vnútrajšok väčšej nádoby; ak by nebola zatvorená, hélium II by sa vyplazilo von a uniklo.

Supratekutá látka alebo tiež supratekutina (z lat. supra = nad) je kvapalina s nulovou viskozitou. Supratekutosť bola pozorovaná iba pri dvoch izotopoch hélia (tj.⁴He a ³He) pri teplotách blízkych absolútnej nule. V ich zmesiach, a teoreticky sa predpokladá, že aj tzv. spinovo polarizovaný vodík sa môže stať supratekutým, sú určité indície, že aj neutrónové hviezdy sú tvorené supratekutým kondenzátom.

Supratekutosť objavil roku 1938 Rus Piotr Leonidovič Kapica, a to na ⁴He pri teplotách nižších ako 2,17 K (tzv. lambda bod). Pôvodne túto vlastnosť hélia pomenoval tepelná supravodivosť, kvôli tomu, že v supratekutom héliu je takmer nemožné vytvoriť tepelný gradient. Teóriu supratekutosti vytvoril Lev Davidovič Landau v roku 1941.

Supratekuté hélium ⁴He

Vlastnosti ⁴He nad teplotou 2,17 K (tzv. lambda bod T_λ), kvôli tomu sa aj zaviedol názov He I pre T>T_λ a He II pre T<T_λ. Najmarkatnejšie sa rozdiely vo vlastnostiach He I a He II prejavujú vo viskozite a tepelnej vodivosti. V roku 1938 Kapica meral viskozitu He II. He II pretekalo veľmi uzkou štrbinkou medzi vybrúsenýmu diskami. Z pokusu vyplynul záver, že ak má He II nejakú konečnú hodnotu viskozity tak je najmenej milión krát nižšia než viskozita He I. Aj ďalšie experimenty preukázali v podstate nulovú viskozitu He II.

39

Výpočet vzdialenosti dvoch bodov v priestoročase

Priestoročas alebo časopriestor je štvorrozmerný priestor zjednocujúci trojrozmerný fyzikálny priestor a čas. Body priestoročasu zodpovedajú bodovým udalostiam. Čas a priestor existujú nezávisle od seba a od vesmíru.

Priestoročas zaviedol Herman Minskowski v rokoch 1907 – 1908 (Einsteinov profesor matematiky).

Vlastnosti priestoročasu

Pri popise pohybu musíme zaznamenat nielen polohu, ale aj čas, zaznamenávame udalosti. Záznam o každej udalosti sa skladá vždy zo štyroch čísel, kde tri z nich udávajú polohu udalosti v priestore a jeden údaj udáva čas jej nastatia. Túto skutočnosť môžeme povedať aj inými slovami:
“všetky objekty aj my sa pohybujeme nielen v priestore, ale aj v čase”. Alebo by sme mohli povedať skrátene v priestoročase (alebo v časopriestore). Všetky udalosti, dianie okolo nás, ale aj vo vesmíre sa odohráva v „aréne“ nazývanej priestoročas.

Na prvý pohľad by sa mohlo zdať, že takáto myšlienka dávať dokopy priestor a čas, len tým, že sme vymysleli akurát nový skrátený názov, neprinesie nič nového. Ukázalo sa však, že v relativite je to jedna z klúčových myšlienok. Navyše v teórii relativity (v špeciálnej, ale aj všeobecnej) je dokonca nevyhnutné uvažovať vždy dianie v rámci priestoročasu, nikdy nie osobitne v priestore a osobitne v čase.

40

Van Allenove pásy v okolí Zeme

Van Allenove radiačné pásy alebo len radiačné pásy sú oblasti v okolí planéty, v ktorých je zachytené korpuskulárne žiarenie (energetické ióny a elektróny). Ide o častice slnečného vetra zachytené v magnetickom poli planéty, preto je ich existencia možná len u planét s magnetosférou. Radiačné pásy Zeme sa nazývajú Van Allenove pásy podľa objaviteľa vnútorného pásu, profesora Van Allena, ktorý ho objavil na základe meraní prvej americkej družice Explorer 1. Poznáme vonkajší a vnútorný Van Allenov pás. Vnútorný objavil profesor Věrnov a jeho spolupracovníci na základe údajov zo sovietskej sondy Luna 1.

Van Allenove pásy sa rozprestierajú od výšky zhruba 400 km nad zemským povrchom do vzdialenosti asi 50 000 km. Vnútorný radiačný pás tvorí zhustenie častíc vo výške asi 3 000 km, čo je okolo 0,1 až 1,5 zemských polomerov. Vyššia oblasť zhustenia vo výške zhruba 15 000 (2-10 zemských polomerov) je vonkajší pás. Vo vnútornom páse prevládajú energetické protóny s veľkou energiou. Je oveľa stabilnejší kvôli vyššej magnetickej energii ako vonkajší pás. Ten tvoria menej energetické elektróny s energiami merateľnými v kiloelektrónvoltoch. Oba pásy obklopujú Zem symetricky okolo jej magnetickej osi. Na priereze majú pásy polmesiacovitý tvar, čo je zapríčinené topológiou kriviek geomagnetického poľa.

41

Reaktívny prúdový motor Pratt and Whitney počas skúšok.

Reaktívny motor je motor, ktorý využíva reaktívny účinok látky vystupujúcej z motora na jeho pohyb v opačnom smere (Zákon akcie a reakcie).

Prvým reaktívnym motorom s princípom využitia reakčných síl vytekajúcich plynov, bola plynová reakčná guľa Herona Alexandrijského, ktorú zostrojil v roku 120 pred naším letopočtom. Zdrojom energie bolo ohnisko na tuhé palivo s kotlom na ohrev vody. Reakčným plynom bola vodná para privádzaná do gule z ktorej dvomi tangenciálne smerovanými tryskami unikala a spôsobila jej roztočenie.

Novodobé tryskové motory začali vznikať na základe čínskeho vynálezu – strelného prachu. Ide o strelivinu na báze dusičnanov (drevené uhlie, síra, dusičnan draselný – liadok) ktorý sa používal ako pohonné médium čínskych rakiet 12 až 13 storočí.

V 17. až 18. storočí sa dostáva raketová výzbroj do pozornosti väčšiny európskych armád. Najväčšie úspechy dosahujú ruské, anglické, francúzske a nemecké vojská. Rakety sa používali ako jednoduchá náhrada delostrelectva. Nekvalitné prevedenie rakiet, nespoľahlivosť pohonnej zmesi a slabé parametre rakiet, spolu so skvalitnením delostrelectva priniesli zánik týmto pokusom.

42

osoba vo vnútri Faradayovej klietky je chránená voči vonkajším účinkom elektrického výboja

Faradayova klietka je celouzatvorená klietka vytvorená z elektricky vodivého materiálu (napr. drôtené pletivo). Vnútorný priestor klietky je chránený (krytý) voči účinkom vonkajších elektrických, elektrostatických a elektromagnetických polí a vĺn. Princíp spočíva vo vlastnosti elektrického náboja ktorý sa sústreďuje len na povrchu vodiča, nie však v jeho objeme. Klietka ako celok pôsobí ako vodič, preto sa v jej vnútornom objeme náboj nenachádza. Elektromagnetické žiarenie je pohlcované povrchom klietky.

Pojem Faradayovej klietky pochádza od anglického fyzika Michaela Faradaya (1791–1867).

Efekt Faradayovej klietky vzniká len na celouzatvorených priestoroch.

• vo vnútri ideálnej Faradayovej klietky nie je možný žiadny príjem elektromagnetických vĺn (napr. rádiových).
• napäťový výboj (napr. blesk) do Faradayovej klietky neprenikne a rozloží sa po jej povrchu.
• ak je vytvorený elektrický výboj vo vnútri Faradayovej klietky, tento z nej neprenikne navonok.

43

Nositeľ Nobelovej ceny

Enrico Fermi (* 29. september 1901 – † 28. november 1954) bol taliansky fyzik známy vďaka jeho výskumu jadrových reakcií. Zaoberal sa výskumom beta- a gama- žiarenia, podieľal sa na vývoji prvého jadrového reaktora a na rozširovaní a prehlbovaní kvantovej teórie.

V roku 1938 získal Nobelovu cenu za fyziku za potvrdenie existencie nových rádioaktívnych prvkov vytvorených neutrónovým ožiarovaním a objav jadrových reakcií spôsobovaných ožiarením pomalými neutrónmi. Potom emigroval do USA, aby sa jeho rodina vyhla prenasledovaniu zo strany fašistov (jeho žena bola Židovka). V Amerike sa podieľal na Projekte Manhattan.

Fermi študoval profesúru na Rímskej univerzite La Sapienza (prvú v oblasti teoretickej fyziky v Taliansku, ktorú preňho vytvoril profesor Orso Maria Corbino, riaditeľ Ústavu fyziky). Corbino veľmi pomohol Fermimu pri výbere jeho tímu, do ktorého sa čoskoro pridali významné mozgy ako Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Franco Rasetti a Emilio Segrè. Len pre teoretické štúdie sa Ettore Majorana tiež zúčastnil na tom, čo bolo čoskoro prezývané „en:Via Panisperna boys“ (podľa názvu ulice, kde mal ústav svoje laboratóriá).

Skupina pokračovala vo svojich dnes slávnych experimentoch, ale v roku 1933 Rasetti odišiel z Talianska do Kanady a Spojených štátov, Pontecorvo do Francúzska, Segrè šiel učiť do Palerma.

Počas ich práce v Ríme Fermi a jeho skupina významne prispeli mnohým praktickým a teoretickým aspektom fyziky. Medzi ne patria napríklad en:Fermi-Dirac statistics, teória beta rozpadu a objav pomalých neutrónov, ktoré sa ukázali ako podstatné pre činnosť jadrových reaktorov.

44

Zobrazenie jednotlivých zložiek tenzora napätí pôsobiacich na sledovaný element.

Mechanické napätie je stav, ktorý vznikne v telese ak naň pôsobia účinky síl.

Inak povedané, napätie je miera vnútorného rozloženia síl na jednotkovú plochu telesa, ktorá vyrovnáva účinok vonkajšieho zaťaženia, alebo okrajových podmienok pôsobiacich na teleso.

Ak sa pokúsime rukami natiahnuť gumovú niť, musíme vyvinúť silu. Guma sa predĺži a jej prierez sa zmenší. Tvar gumovej nite sa zdeformuje. Ak by sme gumu v takomto stave prestrihli, voľné konce by sa prudko dali do pohybu v smere v ktorom sme gumu predtým napli. Znamená to, že vnútri gumy musí existovať stav, ktorý môže vyvolať silový účinok prejavujúci sa pohybom. Tento stav sa nazýva napätie.

V skutočnosti napätie nie je jednoduchá veličina ale tenzor druhého rádu. V trojrozmernom priestore má 3 x 3 = 9 zložiek, podľa toho akým smerom napätie voči sledovanému elementu pôsobí. Ako vidieť na obrázku, na každú plôšku vybraného elementu (3) môže pôsobiť napätie v 3 nezávislých smeroch:

• kolmo na ňu
• rovnobežne s ňou v smere zostávajúcich dvoch osí.

45

Zvuk je každé pozdĺžne mechanické vlnenie v látkovom prostredí, ktoré je schopné vyvolať v ľudskom uchu sluchový vnem. Frekvencia tohto vlnenia leží približne v rozsahu 20 Hz až 20 kHz (záleží na individuálnych danostiach človeka), mimo týchto hraníc človek zvuk nevníma. V širšom zmysle je možné považovať za zvuk aj vlnenie mimo tohto rozsahu, teda infrazvuk a ultrazvuk.

Zvuk je teda časť spektra mechanického vlnenia vzduchu, ktorú je schopný vnímať človek, v širšom ponímaní, ktorú je schopný vnímať živočích.
Zvuk s frekvenciou nižšou než 20 Hz (ktorý počuje napr. slon) nazývame infrazvuk. Zvuk s frekvenciou vyššou ako 20 kHz (napr. delfín, alebo netopiere vnímajú zvuk až do frekvencií okolo 150 kHz) nazývame ultrazvuk. Zvuk vzniká kmitaním hmoty, ktorá toto kmitanie odovzdáva hmotným časticiam v prostredí ktoré ho obklopuje napr. vzduchu, vode, kovu atď. Vo vzduchu nastáva zhusťovanie a zrieďovanie častíc, ktoré postupujú ako zvuková vlna rýchlosťou, ktorú označujeme rýchlosťou zvuku. Počet týchto zhustení a zriedení za sekundu sa nazýva frekvencie (staršie označenie kmitočet).

46

Beztiažový stav, bezváhový stav alebo stav beztiaže je stav, pri ktorom na organizmy alebo predmety nepôsobí žiadna tiaž, ktorá je inak vyvolaná gravitačným pôsobením napríklad planét alebo hviezd; alebo odstredivou silou vyvolanou rotáciou telesa, v ktorom sa organizmy alebo predmety nachádzajú. Keďže gravitácia má nekonečný dosah, nedá sa natoľko vzdialiť od všetkých hmotných telies, aby gravitácia vôbec nebola prítomná. Bezváhový stav v reáli vzniká napríklad ako rovnováha dvoch síl, napríklad počas kozmického letu.

Beztiažový stav sa nachádza napríklad na obežnej dráhe okolo Zeme alebo iných kozmických telies alebo počas voľného pádu v prostredí, ktoré nekladie nijaký odpor. Keďže takýto stav nie je v reálnom živote dosiahnuteľný, na padajúce teleso pôsobí mikrogravitácia. Ani na obežnej dráhe nie je možné dosiahnuť absolútny bezváhový stav, iba mikrogravitáciu.

47

Problém dvoch telies je úloha klasickej mechaniky, v ktorej je cieľom skúmať pohyb dvoch telies, ktoré navzájom interagujú. Príkladom môže byť obeh planét okolo Slnka alebo rozptyl elektrónu na atómovom jadre.

Pri probléme dvoch telies je možné rozdeliť pohyb tejto sústavy na pohyb ich spoločného ťažiska a vzájomný pohyb telies. V mnohých prípadoch je možné nájsť aj rovnice týchto pohybov, teda vyriešiť problém analyticky. Naproti tomu problém troch telies nie je možné riešiť podobným spôsobom a analytické výsledky sa dajú získať iba v niektorých špeciálnych prípadoch.

Pohyb, ktorý je výsledkom problému dvoch telies sa odohráva v jednej rovine. Je to tak kvôli tomu, že sily pôsobiace medzi telesami sú navzájom opačne orientované a obe ležia v tejto rovine. V sústave preto nie je žiadna sila, ktorá by telesá vyviedla von z roviny ich pohybu. Túto rovinu pohybu môžeme nájsť tak, že nájdeme moment hybnosti sústavy – rovina, v ktorej sa bude celý pohyb odohrávať je naň kolmá. (Dá sa ukázať aj to, že moment hybnosti sústavy sa v čase nemení, zachováva sa.)

48

Schematický nákres plynového chromatografu.

Plynová chromatografia (angl. gas chromatography – GC) je chromatografická metóda, pri ktorej je mobilnou fázou plyn. Je vhodná na separáciu plynných a nízkovriacich kvapalných zmesí.

Medzi hlavné časti moderného plynového chromatografu patrí:

• injektor — slúži na nástrek vzorky
• regulátor prietoku — zabezpečuje konštantný prietok nosného plynu a vzorky kolónou
• zásobník nosného plynu — nosný plyn tvorí mobilnú fázu. Najčastejšie býva nosným plynom hélium, vodík, dusík, zriedkavejšie argón.
• termostat — vyhrieva kolónu a udržuje jej stálu teplotu
• kolóna — samotné miesto separácie plynnej zmesi. Rozoznávame
  • náplňové kolóny (dĺžka 0,5 až 5 m, priemer 2 až 5 mm) — sú stacionárnou fázou naplnené
  • kapilárne kolóny (dĺžka 10 až 100 m, priemer 0,01 až 0,5 mm) — stacionárna fáza tvorí len povrch kolóny
• detektor — zaznamenáva elúciu (vyplavovanie) zložiek už separovanej zmesi
• vyhodnocovacie zariadenie (integrátor) — v súčasnosti väčšinou osobný počítač s príslušným softvérovým vybavením.

49

Tento článok sa zaoberá dejinami fyziky.

Mikuláš Kopernik

Vedecký prevrat, ktorý nastúpil od šestnásteho storočia, je vhodný medzník medzi starovekou vedou a vedou či fyzikálnymi dejmi aké poznáme dnes. Mikuláš Koperník (Nicolaus Copernikus) bol tým kto predniesol Heliocentrický systém slnečnej sústavy a navodil úplne novú, na tú dobu priekopnícku „teóriu“. Na tento systém nadväzoval prvý známy model pohybujúcich sa sústav planét, ktorý bol zostrojený Keplerom (Johannes Kepler) v skorších časoch 17. storočia a navrhoval možnosť že planéty sa pohybujú po eliptických dráhach so Slnkom ako ohniskom týchto elíps. Taktiež Galileo Galilei presadil používanie pokusov ako vedeckú metódu, ktorá sa stala kľúčovou na potvrdenie fyzikálnych teórií takto podložených.

16. storočie

Najvýznamnejším vedcom 16. storočia bol azda Mikuláš Kopernik, ktorý vzkriesil heliocentrický model slnečnej sústavy, formulovaný už v antike napríklad Aristarchom zo Samu. William Gilbert v Anglicku publikoval výsledky svojich pokusov s magnetmi v diele De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (1600) a formuloval teóriu zemského magnetizmu.

Celý článok...

50

Pitotova trubica alebo Pitotova rúrka je meracie zariadenie, ktorým sa meria rýchlosť prúdenia kvapalín (plynov) na princípe pomeru statického a dynamického tlaku meranej kvapaliny (plynu). Princíp činnosti vychádza z Bernoulliho rovnice. Toto zariadenie sa prakticky využíva hlavne pri peraní rýchlosti lietadiel, a na meranie rýchlosti prúdenia kvapalín v rúrkach. Pitotova trubica bola vynájdená francúzskym inžinierom talianskeho pôvodu Henri Pitotom na začiatku 18. storočia a do dnešnej podoby bola upravená v polovici 19. storočia francúzskym vedcom Henry Darcym.

Niekedy sú pojmovo zamieňané Pitotova trubica a Prandtlova trubica (v niektorých jazykoch dokonca označené ako Pitot-Prandtlova trubica). Princíp je rovnaký, rozdiel je len v tom, že výstupom Prandtlovej trubice je priamo dynamický tlak (statický tlak sa eliminuje vo vnútri sondy).

51

Holografia (gr. Όλος-holos celý + γραφή-graphe zápis) je tvorba (pravých) hologramov, teda trojrozmerných obrazov založených na zachytení predmetu pomocou oporného koherentného žiarenia a vĺn odrazených od predmetu. Je to vyspelá forma fotografie.

Vlny šíriace sa prostredím sú nositeľmi optických informácii o zobrazovanom bode. Pri dopade vĺn na záznamový materiál sa vlny prichádzajúce z rôznych bodov skladajú a tým sa produkujú kontrasty, vďaka ktorým obraz vidíme. Gábor si uvedomil, že klasický obraz možno vylepšiť zachytením nielen amplitúdy, ale aj fázy a pri farebnom zobrazení aj frekvencii zobrazujúcich vĺn. Preto nechal na záznamové médium dopadať svetlo odrazené od zobrazovaného predmetu, a priame svetlo zo zdroja. Tieto zväzky dopadajú na film, kde interferujú. Pri interferencii sa uplatňujú amplitúdy aj fázy obidvoch lúčov. Táto interferencia prebieha v celej ploche, prípadne objeme záznamového prostredia. Na výslednej snímke obraz predmetu nenájdeme, je ukrytý v takzvanom koherentnom pozadí, ktoré zapríčinil referenčný zväzok. Na jej odkrytie je potrebné osvietiť hologram zdrojom s tou istou vlnovou dĺžkou vyžarovaného svetla.
Keďže na každý bod hologramu dopadne svetlo z každého bodu zobrazovaného predmentu, stačí relatívne malý úlomok filmu na jeho rekonštrukciu. Existuje viacej metód holografického zobrazenia:

• v odrazenom svetle
• v priamom svetle

52

Letecký záber Fermilabu (väčší prstenec urýchľovača má priemer 6,3 kilometra).

Časticový urýchľovač je zariadenie, ktoré pomocou elektrického poľa udeľuje elektricky nabitým časticiam vysokú rýchlosť. Existujú dva základné typy urýchľovačov: lineárny a kruhový. Po urýchlení je časticiam postavený do cesty terčík. Pri náraze doňho sa prichádzajúce častice rozptýlia a ak majú dostatočne veľkú energiu, vznikajú pritom ďalšie častice (produkty zrážky). Na zaznamenanie toho, čo sa deje pri zrážke častíc s detektorom slúžia časticové detektory.

Časticové urýchľovače a detektory sa používajú na skúmanie zloženia hmoty okolo nás – atómov, elementárnych častíc, kvarkov. Použitá metóda sa dá zjednodušene prirovnať k skúmaniu zloženia a fungovania auta analýzou úlomkov vznikajúcich pri jeho čelnom náraze do betónového múru. Pri tomto prirovnaní platí podobná závislosť ako pri urýchľovačoch: čím väčšiu rýchlosť autu dodáme, na tým menšie časti sa rozbije. Podobne častice urýchlené na väčšie rýchlosti nám umožňujú skúmať zloženie hmoty s väčšou presnosťou, na menších dĺžkach. To je zároveň dôvod, prečo sa stavajú stále väčšie urýchľovače. V súčasnosti dosahujú urýchľované častice energie zhruba 1 TeV (na zariadení TEVATRON vo Fermilabe, USA). V roku 2008 by mala byť dosiahnutá energia 7 TeV (na LHC v CERN-e, Švajčiarsko – pozri nižšie).