Alík

  • Alíkoviny
  • Klubovna
  • Hry
  • Nástěnky
  • Soutěže
  • Vtipy
  • Poradna
  • Copak hledáme:
    Kde hledáme: Přihlášení uživatelé mají lepší možnosti hledání.
    Jsi tu poprvé?

    Alíkovina

    K čemu se může hodit fyzika

    vydáno  •  škola a poznání · volný čas · zábavná fyzika

    Fyzika je pro mnohé nezáživný školní předmět. Ti mladší ho ve škole ještě neměli, ti starší už ho mají a učí se v něm nějaké vzorečky, které se pak používají v příkladech. Ale fyzika se může hodit i mimo školu, a fyzikální zákony platí i pro ty, kteří fyziku dosud ve škole nemají.

    Rychlovarná konvice, © Pralinka2

    Některé fyzikální zákony a poznatky se ale dají použít i v praktickém životě. Většinou se dají vyjádřit pomocí těch vzorečků, které se učí ve škole, ale není na škodu některé věci aspoň přibližně vědět i bez těch vzorečků.

    Brzdná dráha

    Značná část uživatelů Alíka pravděpodobně neřídí auto, ale většina určitě jezdí nebo v dohledné době bude jezdit například na kole, koloběžce, šlapací tříkolce nebo nějakým podobným vozidlem. Přičemž například kolo už je dopravní prostředek, na kterém se dá jezdit i poměrně rychle. Brzy si všimnete toho, že když se před vámi nečekaně vynoří překážka, nezastavíte na místě, ale od okamžiku, kdy začnete brzdit, do okamžiku, než zastavíte, ujedete ještě nějakou vzdálenost.

    A otázka, na kterou je dobré znát odpověď, zní: Kolikrát delší bude brzdná dráha, když se pojede dvakrát větší rychlostí? Nejjednodušší a nesprávná odpověď je, že dvakrát. Není tomu tak. A kdo pojede na kole dvojnásobnou rychlostí a bude očekávat, že dokáže zastavit na dvojnásobné vzdálenosti, může tvrdě narazit. Při dvojnásobné rychlosti je totiž brzdná dráha čtyřnásobná.

    Existují na to nějaké vzorečky, které zde nebudu uvádět, protože kdo je ještě ve škole neměl, tomu by nic neřekly, a kdo už je měl, ten je zná. Ale tak nějak názorně se to dá vysvětlit tak, že z dvojnásobné rychlosti trvá zastavení dvojnásobně dlouho, ale k tomu při dvojnásobné rychlosti se i za stejný čas ujede dvakrát větší vzdálenost. Takže ve výsledku když zastavení trvá dvakrát tak dlouho a ještě se jede dvakrát větší rychlostí, tak brzdná dráha je čtyřikrát delší. Obecně brzdná dráha roste se druhou mocninou rychlosti. Pokud nevíte, co je druhá mocnina, tak při dvojnásobné rychlosti je brzdná dráha čtyřnásovná, při trojnásobné rychlosti devítinásobná a při pětinásobné rychlosti pětadvacetinásobná. Takže když pojedete na kole rychlostí 13 km/h a vyzkoušíte si, na jakou vzdálenost jste schopni zabrzdit, tak při rychlosti 65 km/h by ta brzdná dráha byla pětadvacetkrát delší. Auto má sice jiný systém brzd než kolo, ale fyzikální zákony tam platí podobně, takže auto na dálnici jedoucí 130 km/h má stokrát delší brzdnou dráhu než při rychlosti 13 km/h.

    Brzdná dráha samozřejmě záleží i na povrchu, na mokré vozovce je delší a ještě delší je na sněhu nebo náledí. A delší brzdná dráha než na silnici je i na kovových kolejích, takže vlaku jedoucímu rychlostí 160 km/h to může trvat i víc než kilometr, než zastaví.

    Rychlovarná konvice

    Rychlovarná konvice slouží k tomu, že rychle uvaří vodu například na čaj, kafe nebo na jiné teplé nápoje. Má poměrně velkou spotřebu energie, většinou kolem 2 kW neboli 2000 wattů, to je asi tak 200× víc, než desetiwattová žárovka. A tak by někoho mohlo napadnout, zda by se neušetřilo, kdyby spotřeba té konvice byla menší. Otázka pro příklad z fyziky zní: Jak by byl rozdíl ve spotřebě elektřiny na uvedení do varu 1 litru vody ve dvou rychlovarných konvicích, které jsou úplně stejné, ale jedna má poloviční spotřebu? Kdo by se domníval, že ta s menší spotřebou spotřebuje méně, mýlil by se. Fyzika říká, že na ohřátí daného množství vody o danou teplotu je zapotřebí dané množství energie, takže když budeme energii dodávat pomaleji (nižším výkonem), bude to o to déle trvat. Takže celková spotřeba elektřiny na uvedení litru vody do varu bude teoreticky vždy stejná. V praxi to bude ještě jinak, protože během ohřívání vznikají ztráty tím, že část tepla uniká do okolí, a v té konvici s nižší spotřebou se bude voda ohřívat déle, a za delší dobu budou ty ztráty větší. Takže dokonce ta konvice s menší spotřebou spotřebuje té elektřiny ve výsledku víc. Dokonce při hodně malé spotřebě by mohlo dojít k tomu, že se voda vůbec neuvede do varu, veškerá spotřeba půjde na ztráty tepla do okolí a konvice bude spotřebovávat elektřinu třeba celý den.

    Zima při lezení z vody

    Když jsme za přiměřeně teplého počasí na koupališti a lezeme do vody, tak většinou ta voda je zřetelně chladnější a někteří jedinci proto do té vody lezou pomalu a postupně. Ale když po pobytu ve vodě lezeme ven, tak se někdy stává, že se nám ten vzduch zdá ještě chladnější než ta voda. Jak je to možné?

    Je to tím, že po vylezení z vody se z nás odpařuje voda, a odpařování vody odebírá teplo a způsobuje ochlazování toho předmětu, ze kterého se odpařuje. Že to není pouhé zdání, o tom se lze přesvědčit teploměrem. Může ukázat na vzduchu například 29 °C, když ho vložíme do vody, ukáže třeba 24 °C, a když ho vytáhneme z vody, ukáže na chvíli třeba 19 °C, a teprve když uschne, tak se postupně vrátí na těch 29 °C.

    Na změnu skupenství vody se spotřebuje víc tepla než na změnu její teploty. Když budeme plynule ohřívat led o teplotě -10 °C, bude jeho teplota plynule stoupat, ale když dosáhne teploty 0 °C, změna teploty se zastaví a veškeré dodávané teplo se spotřebuje na tání ledu. Teprve až všechne led roztaje, bude vzniklá voda pokračovat ve vzestupu teploty od 0 °C dál nahoru. Když budeme mít dvě nádoby, jednu s vodou o teplotě 0 °C a jednu s ledem o teplotě 0 °C, a do obou budeme dodávat stejné množství tepla, tak teplota vody bude stoupat, zatímco teplota v druhé nádobě bude stále 0 °C a jen se bude měnit led ve vodu. Až všechen led roztaje a v nádobě bude jen voda o teplotě 0 °C, bude teplota vody v druhé nádobě už 80 °C. A když ohříváme vodu, tak až do 100 °C její teplota stoupá, ale při 100 °C (podle tlaku, může to být víc nebo míň) se vzestup teploty zastaví, teplota bude zůstávat na 100 °C a veškeré přiváděné teplo se spotřebuje na změnu z vody na páru. A než se všechny voda vyvaří, potrvá déle, než její uvedení do varu.

    Rychlost volného pádu

    Když upustíme nějaký předmět nebo odněkud seskočíme či spadneme, je náraz tím větší, z čím větší výšky se padá. Ale kolikrát větší rychlostí se padá, když se padá z dvojnásobné výšky?

    Když je předmět velký a lehký, jako je například peří nebo nafouknutý míč, tak se brzy zbrzdí odporem vzduchu a padá pomalu a rovnoměrně. Ale pád těžkého předmětu se během pádu zvyšuje. Ve vzduchoprázdnu se každou sekundu rychlost pádu zvyšuje o 10 m/s (36 km/h). U těžkých předmětů se zpočátku rychlost zvyšuje podobně, teprve při větší rychlosti se začne projevovat odpor vzduchu. To znamená, že za 1 sekundu po začátku pádu padá rychlostí 10 m/s, za 2 sekundy 20 m/s a za 3 s 30 m/s. Ale jakou vzdálenost za tu dobu urazí? Opět je na to vzoreček, ale ten sem nebudeme zatahovat, je to obdobně jako u té brzdné dráhy. Za dvojnásobný čas se ten předmět pohybuje dvojnásobnou rychlostí, takže celkem urazí čtyřnásobnou dráhu. V praxi to je tak, že za 1 sekundu ten předmět spadne do hloubky 5 metrů a za 2 sekundy do hloubky 20 metrů.

    A co z toho vyplývá pro vás, když běháte nebo jezdíte na kole? Když narazíte do zdi v rychlosti 18 km/h, je to rychlost, jakou narazíte na zem při pádu z výšky 1,25 m. To je jako když zakopnete a spadnete obličejem na chodník. Je to nepříjemné, ale dá se to přežít. Když narazíte do zdi, do stojícího auta nebo jiného pevného předmětu v rychlosti 36 km/h, což je rychlost, jakou na kole snadno dosáhnete v mírném klesání a ti zdatnější to dokážou skoro i na rovině, narazíte takovou rychlostí, jako byste spadli z výšky 5 metrů, což už je dost. A když narazíte rychlostí 72 km/h, což je běžná rychlost auta mimo obec, ale v prudším klesání se to dá rozjet i na kole, odpovídá to nárazu při pádu z výšky 20 metrů, tedy ze šestého patra. Takže pozor, podle druhé mocniny rychlosti vzrůstá nejen brzdná dráha, ale i účinky nárazu při případné nehodě.

    Rychlost a síla větru

    Často je vidět, že silnější vítr pohybuje různými předměty a ještě silnější vítr je může i poškodit. Jaký je vztah mezi rychlostí a silou větru? Bez uvádění vzorečku mi snad budete věřit, že je to opět druhá mocnina, tedy že dvakrát větší rychlost větru znamená čtyřikrát větší sílu. Zhruba se to dá představit tak, že na předmět ve větru působí větší rychlost vzduchu, ale současně na ten předmět toho vzduchu proudí víc. Zkusme si vítr představit jako dlouhou řadu kuliček, které narážejí do předmětu. Když ta řada kuliček pojede dvojnásobnou rychlostí, tak každá ta kulička narazí do toho předmětu dvojnásobnou silou, ale za jednotku času taky narazí těch kuliček dvakrát tolik.

    V praxi to znamená, že když jedete na kole rychlostí 18 km/h, tak vás ovívá svěží osvěžující větřík, zatímco při pouhých dvojnásobných 36 km/h už vás vítr velmi citelně brzdí. A když vystrčíte ruku z auta jedoucího 72 km/h, tak už vám to s tou rukou docela solidně zacvičí. A vítr o rychlosti přes 100 km/h už může za vhodných podmínek lámat nebo vyvracet stromy, což se občas stává. A pokud jste takový vítr zažili, a pak jste slyšeli v televizi o tom, že v nějakém hurikánu byla naměřena rychlost větru 200 km/h nebo 300 km/h, a mysleli jste, že je to „jenom“ dvojnásobek nebo trojnásobek těch 100 km/h, tak jste mysleli špatně. Ano, rychlost je dvojnásobná nebo trojnásobná, ale síla takového větru je čtyřnásobná nebo devítinásobná. Ano, hurikány s větrem o rychlosti 300 km/h jsou nesrovnatelně, nikoli jen dvojnásobně nebo trojnásobně, ničivější než naše vichřice o rychlosti něco přes 100 km/h.

    A podobně

    Existují i další případy, kdy se fyzika může hodit i mimo školu a kdy se bezprostředně týká i dětí. Například Archimédův zákon a řada dalších. Možná se ještě někdy na některé podíváme, když bude zájem.

    Autor:
    » přejít do diskuse

    Diskuse k článku  (3)

    Příspěvek z 31. července v 17:20.
    VeverkaČiperka123 v něm napsala:

    Ale jo, povedlo, je to super!

    Příspěvek z 31. července v 6:42.
    Pralinka2 v něm napsal:

    Děkuji.
    No, snažil jsem se to psát tak, aby tomu aspoň trochu rozuměly i děti, no ale asi se mi to teda moc nepovedlo.

    Příspěvek z 28. července v 7:07.
    smejky225 v něm napsal:

    Článek super, jen si případám, že čtu nějaký časopis pro vědátory. 😀