Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 27. 04. 2008 14:29

vranik
Zelenáč
Příspěvky: 5
Reputace:   
 

Par prikladku na fyzikalni mysleni...

...pro me velkej problem, byl bych rad kdybyste me nasmerovali do jakyho tematu spada kazdy z prikladu, pripadne jak to resit...je to jakysi zapoctovy domaci ukol..


PR1:
Provádím vážení při dvou experimentech a úkolem je zjistit, jak se mi změní a proč údaje na váze.
1.      pokus
Mám uzavřenou a zalepenou papírovou krabici od televize (balík) o hmotnosti 2kg, v které sedí holub o hmotnosti 0,3 kg. Krabici s holubem zvážím. Pak holub v krabici vzlétne tak, že se nedotýká stěn. Když holub v krabici létá, zvážím ji podruhé. Co ukáže váha v prvním a druhém případě?
2.      pokus
Situace  je stejná jako v předchozím případě, jen krabici nahradíme drátěnou klecí rovněž o hmotnosti 2kg.  Holub v kleci bude sedět na bidýlku (první vážení), pak vzlétne a nebude se klece dotýkat (druhé vážení). Jaké budou výsledky vážení v tomto případě?
Výsledek bude považován za správný, když bude ve shodě s reálným experimentem. Výsledek je nutno vysvětlit.

------

PR2:
Na jaké napětí se nabije, po zásahu bleskem, stará ocelová koule do historického děla o hmotnosti 10 kg? Koule je zavěšena v průčelí hradní brány na konopném provazu délky 2 m, výška nad zemí jsou 3m.

------

PR3:
Brusle pro brusleni na ledě jsou broušeny do tvaru žlábku. Vysvětlete proč tomu tak je. Proč se nepoužívá jen jeden břit jako u nože, popřípadě břitů více (3, 4, …)?  Vysvětlení musí být opřeno o fyzikální jev (zákon), nestačí pouze konstatovat, že k danému jevu dochází.

------

PR4:
Kam se ztrácí hmotnost člověka, který hubne? 
Kolik je minimálně schopen zhubnout za 5 dní?
Představte si pokus, kdy dotyčný nejí a nepije např. 5 dní. To není problém. Víme, že platí zákon zachování energie a zákon zachování hmotnosti. Existuje sice možnost přeměny hmoty na energii (anihilace – účinnost 100%, gravitační kolaps – okolo 60%, jaderná přeměna – okolo 1%, ostatní – hoření, chemické reakce – 0%). To jen pro ty, kteří by chtěli tvrdit, že se hmota přemění na energii.  Řešení stačí s chybou 10%, tedy pro běžnou praxi dostatečnou. Kolik jsem schopen za těch 5 dní zhubnout minimálně?

------

PR5:
Jakou rychlostí musím vytáhnout list papíru z hromady na stole, aby ta hromada na mě nespadla?
Máme reálnou situaci, kdy na pracovním stole se nám hromadí štosy knih a korespondence. Rád bych vytáhl list papíru zespodu hromady (list je dostatečně pevný, takže nedojde k jeho přetržení). Když jej budu vytahovat pomalu, budu unášet celou hromadu nad ním až to všechno spadne se stolu. Jestliže s ním rychle škubnu hromada nad papírem se nepohne a papír vytáhnu. Všechny potřebné veličiny si smysluplným způsobem dodefinujte.

------

PR6:
Vysvětlete proč v zimě seškrabáváte námrazu na sklech auta z vnějšku a v horské chatě se tvoří námraza (ledové květy) zevnitř?
V zimě, když ráno čistíte skla auta, seškrabáváte námrazu zvnějšku skel. A to i tehdy, když nesněžilo, či nepršelo. Uvnitř auta se námraza na sklech netvoří. Když přijdete do neobydlené nevytopené chaty, můžete najít  námrazu (ledové květy) uvnitř chaty, ale ne na vnější (venkovní) straně oken. Proč tomu tak je? Je možné, abych měl námrazu i uvnitř auta?



diky za jakoukoliv radu

Offline

 

#2 27. 04. 2008 14:38

aritentd
Příspěvky: 136
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

PR1.1: oba udaje budou stejne, holub ktery leta pusobi silou na sloupec vzduchu pod sebou a ten zase na krabici
PR1.2: udaje se budou lisit, m1>m2, stejne jako u predchoziho prikladu, jenze sloupec vzduchu jiz nemuze pusobit na dno klece (dratena klec nema plne dno)

Offline

 

#3 27. 04. 2008 14:43

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ vranik:

pr. 2 - je mozne vubec nabit "na napeti" - neni ten chytak v pojmech?

Offline

 

#4 27. 04. 2008 15:03

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ vranik:

pr. 4 - minimalne je mozne zhubnout 0 kg.

Offline

 

#5 27. 04. 2008 15:21

Paulus
Příspěvky: 85
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ jelena:
No to asi dost těžko. U mě teda funguje vylučovací soustava. U tebe ne? :-)

Offline

 

#6 27. 04. 2008 15:25

vranik
Zelenáč
Příspěvky: 5
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ aritentd:
to vypada rozumne, to je taky muj typ...

↑ jelena:
tak ja myslim ze se na napeti nabit da...teda napeti, kterym nabijim kondenzator, na tom kondenzatoru pak taky je ne?

k tomu hubnuti bych rek ze to musi byt vic nez 0 ne? nebo jaky clovek dokaze nevymesovat nic po celych 5 dnu? :-)

Offline

 

#7 27. 04. 2008 15:40

Paulus
Příspěvky: 85
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

Ještě k tomu hubnutí. Pokud budeme předpokládat, že vylučování funguje tak, jak by mělo, pak se každý den vyloučí 2 litry moči a stolice, která průměrně váží 100g. Za pět dní je to 10,5 kg.

Jenomže tak lehký to nebude, pokud člověk vůbec nejí, nebudou tahle čísla vůbec platit.

Při nedostatku potravy začne tělo využívat tukovou vrstvu. Každý den tělo spotřebuje 10-15 MJ energie. Záleží, jestli má sedavé zaměstnání nebo tvrdě fyzicky pracuje. Největší díl z této energie se spotřebovává k udržení stálé tělesné teploty. Jaké množství tuku se při tom spálí?

Offline

 

#8 27. 04. 2008 15:56

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ vranik:↑ Paulus: 

Zdravim vas :-)

Dobre, jelikoz nejsem uplne vzdalena zdravotnictvi, bylo by neprofesionalni tropit takove zerty :-)

0 - to bylo vyjadreni ke slovu minimalne :-)

Ucebnice biochemie uvadi, ze pri beznem prijmy vody a potravy se vylucuje asi tolik produktu:

Moc 1,0 – 1,5 litru
Odparovani z pokozky 0,6 až 0,8 litru
Dychani asi 0,4 litru

Bezny vydej do 3 litru, pri namaze - vice. Ostatne na tom jsou postaveny takove "zazracny diety", co slibuji ubytek za prvnich 3 dny. 

Je to ovsem - pri beznem prijmu. Predpokladam, ze organizmus bude fungovat i bez prijmu.

Pokud minimalne - staci se podle vas tedy zamerit alespon na to, ze bude potreba dychat a resit pouze premenu kysliku a glukozy na CO2 + H2O? Tedy pocet vydechu za minutu, objem vydechu a pod. ? Nebo mate jiny napad?

Napeti na kondenzatoru je mezi deskami - prace po prenosu e. Napeti na kouli - mezi kouli a zemskym povrchem? Podle meho napeti musi byt vyjadreno jako rozdil potencialu

Offline

 

#9 27. 04. 2008 16:02

robert.marik
Einstein
Příspěvky: 999
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ vranik:
už jsem škrabal auto i zevnitř. Doufám že nejsu jediný :)

Offline

 

#10 27. 04. 2008 16:16

vranik
Zelenáč
Příspěvky: 5
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ robert.marik:
taky sem skrabal, ale mam za to ze je to zpusobeni tim, ze jsem auto lehce naklopil do skarby a trochu zmenilo tvar :) .... takze to netesni a pronika tam vlhkost z venci

Offline

 

#11 27. 04. 2008 18:18

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ vranik:

Jelikoz pravidelne nacvicuji vytahovani papiru z hromad (obvykle uspesne, zrejme papir ma dostatecnou pevnost) tak tusim, ze je to zalozeno na tom, ze zajistime dostatecne velky impuls sily (vzorec F = ma pouzijme v uprave F= mdv/dt) http://window.edu.ru/window_catalog/fil … stu352.pdf , str. 10 - tady (bohuzel, v rustine, popis pokusu i s nakresem) - neni to sice hromada knih, ale takova vychodni varianta :-) Prvni obrazek je pro pohyb zatezi spolecne s papirem, druhy - to co potrebujeme.

Dodefinovat je potreba koeficient treni papiru o stul a o knihy, hmotnost hromady papiru.

Offline

 

#12 13. 05. 2008 22:19

MagnusEdge
Zelenáč
Místo: Vlašim
Příspěvky: 16
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

PR2: Příjde mi kapku zvláštní, že by blesk mohl uhodit do ocelové koule 3 metry nad zemí na konopném provazu a navíc v průčelí hradní brány, ale i kdyby, nemá právě blesk vyrovnávat hladiny potencionálů??? Je to jiskrový výboj a potřebuje zápalné napětí, když ho má, spustí se lavina ionizujících nárazů. Jestliže do ní uhodí blesk, musela být dříve nabyta a teď už není. Jestli se blesk spojil se zemí, tak je to to samé. Podle mě se nenabije. Ale taky se občas pletu :-/


Staré přísloví říká, že hlavou zeď neprorazíš. Kvantová teorie ti však dává naději, že když to zkusíš milionkrát, možná se ocitenš na druhé straně  :D

Offline

 

#13 27. 05. 2008 14:54

srabik
Zelenáč
Příspěvky: 7
Reputace:   
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

ad pr. 6

Jde podle me o to, ze v nizsich oblastech je mnohem vyssi vlhkost vzduchu nez na horach. Mame zde spoustu zelene a urcite i "mesto produkuje" nejakou tu vlhkost. A kdyz jsme jeste ke vsemu nedaleko nejakej reky, jezera atd... Pokud tedy teplota predmetu (=skla na aute) klesne pod bod tuhnuti vody, zacne na strane s vlhkym prostredim vytvaret namrazu. Tvoreni namrazy zavisi na vlhkosti prostredi a teplote predmetu. A ano, je mozne mit namrazu zevnitr, jen tam musi byt dostatecna vlhkost :)


ad pr. 5

To, zda hromada spadne, zavisi ciste na treni. Treni je obecne funkce zavisla na n-te mocnine rychlosti. Kdyby treci f-ce mezi listem papiru a hromadou byla konstatni (n=0), nikdy by se nam nepovedlo takovyto papir z hromady bezpecne vytahnout (anebo naopak, vzdycky bychom toho byli schopni). Pokud ovsem bude treci f-ce zavisla na rychlosti napr linearne, $f_t(v)=kv+q$, pak by pozadovana (konstatni) rychlost musela byt $v=\frac{f_t-q}{k}$, kde za $f_t$ dosadime maximalni moznou silu treni aby hromada nespadla.
Tuto silu bychom pak spocitali z vratkosti hromady a jeji hmotnosti.


ad pr. 4

No, biologie je pro me spanelska vesnice, ale tak snad clovek porad spotrebovava energii ne? A tu si bere z jidla, resp. nejakejch tech cukru myslim. Prebytecnou energii uklada ve forme tuku (jime kaloricka jidla -> pribirame). Pokud vydej energie je vetsi nez prijem, pak telo zacne ziskavat energii z uschovanych tuku (malo jime, spotrebovavame hodne energie -> hubneme).
Pokud to chcete bez energie, tak si vemte, o kolik je stolice mene nez za tu dobu prijmute potravy.. :)


ad pr. 3

Teplota stycne plochy brusle je vzdy diky tlaku vyssi nez bod tani ledu (hmotnost cloveka, $p = \frac{mg}{S}$). Tedy pri brusleni vlastne neklouzeme po ledu, nybrz po vode. Idealni tvar by byl logicky plochy hranol. Ale zde bychom narazili na problem - brusle by nedrzely stopu. Proto jsou vyfrezovany do zlabku, ktery je jakymsi kompromisem mezi klouzavosti a moznosti brusle drzet stopu.


ad pr. 2

Mraky se vuci zemi nabijeji na nejaky potencial (prebytek naboju). Pokud rozdil techto potencialu bude dostatecne velky, dojde k tzv. prurazu dielektrika (izolantu, zde vzduchu), kde dojde k (zde docasne) ionizaci a moznosti vest el. proud. To se projevi jako blesk. Timto vybojem se vyrovna pocet prebytecnych naboju jak v mracich, tak na zemi a "jsme zas na zacatku".. Pokud ma tedy koule vuci zemi nulovy potencial a je blize k mrakum, mohou se do ni mracna vybit (=vyrovnat prebytek naboju).. Nyni jsme v nasledujici situaci:

$\varphi_{mk} = 0 => Q_z = Q_k = \frac{Q_m+Q_k}{2}\nl \varphi_{kz} \ne 0$

kde indexy m, k, z znaci postupne mrak, koule, zeme, "fi" je potencial a Q je naboj.

Na kouli se dostanou nejake dalsi naboje(Qk), vznikne nam tedy potencial mezi zemi a kouli. Ted zalezi uz jenom na tom, jake je mezi zemi a kouli dielektrikum. Mohlo by totiz dojit opet k vybiti. Na tomto principu vlastne funguje hromosvod, jenom misto dielektrika tam ma vodivy drat.


ad pr. 1

Rekl bych, ze 'aritentd' ma pravdu.



Uff... :) Ale kazdopadne zajimave otazky, rozhodne pro nektere neznale stoji za zamysleni :)

Offline

 

#14 15. 08. 2008 00:15

medvidek
Moderátor
Místo: Praha
Příspěvky: 860
Reputace:   53 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

To Srabik ad pr. 5:
Vysvetleni nepovazuji za spravne. Opravdu zalezi predevsim na rychlosti vytazeni papiru, zda hromada spadne. Bude to platit i pri treni nezavislem na rychlosti, tj. konstantnim. Impuls sily pusobici na hromadu na stole je roven udelene hybnosti (F.t=m.v). Pokud bude cas dostatecne kratky, bude udelena hybnost mala a hromada se po akci ihned vlastnim trenim o stul zastavi. Lze to pocitat i sloziteji, ale nemyslim, ze to bylo cilem zadani.

Offline

 

#15 15. 08. 2008 17:20

rughar
Příspěvky: 424
Škola: MFF UK
Pozice: Vědecký pracovník
Reputace:   27 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ medvidek:

Pokud bych uvážil, že tření nezávisí na rychlsoti a použil model

$a = (l-h) k1-h k2$

Kde a je zrychlení štosu papírů, l je délka papírum h je aktální poloha vytahovaného papíru, k1 je součinitel tření papír/papír a k2 je součinitel tření papír/stůl. Po výpočtech v této diferenciální rovnici (stačí napsat, že a = dv/dt a dt pak rozepsat jako dh/v , kde v je rychlost papíru a dh je infinitezimální posunutí papíru; pak již stačí jednou integrovat přes celou délku papíru) jsem dospěl k výsledku

$v_d=\frac{k1-k2}{2v}l^2$

Což je vztah, kde vd je rychlost hromady po té, co je vytažen papír, v je rychlost vytahovaného papíru a ostatní sem již pojmenoval.

Tento model považuji za trochu přesnější, nebo? síla, kterou píšeš nemusí být souhrně konstantní, ačkoli tření nezávisí na rychlosti (různé k1 a k2). Zajímavé je, že pro k1 = k2 platí, že po vytažení papíru se hromada akorát zastaví. Pro větší k2 než k1 se štos zastaví ještě předtím, než papír vytáhneme. Pro k1 větší než k2 hromada po vytažení papíru urazí ještě vzdálenost, která se zbrzdí čistě třením stolu o balík papíru.

Vše v posledním vzahu jsou konstanty až na v. To volíme tak, aby bylo co největší. Platí

$v_d\sim\frac{1}{v}$

což lze získat i z přístupu, který uvedl medvídek. Nic jiného vám však neřekne. Tohle ale ještě není řešení příkladu (uvedl jsem jej, protože se nám tento výsledek bude hodit).

Řešením je vzdálenost, kterou balík urazil než jsme papír vytáhli. Výše uvedenou diferenciální rovnici jsme upravili tak, že jsme ji integrovali podle času. Takže pro dráhu ji zintegrujeme dvakrát. Výsledek bude

$s = \frac{1}{6v^2}(2k1-k2)l^3$

Tento výsledek má však pouze smysl, pokud k1 je větší nebo rovno než k2 nebo? balík se nesmí zastavit než vytáhneme celý papír (teď využívám toho, že známe opouštěcí rychlost). Při rovnosti je již vztah finální. Pokud je k1 větší, pak je třeba připočíst ještě dráhu, o kterou byl balík zbržděn.

Pěo k2 větší než k1 je příklad trochu zamotaný. V výpočtu vd (první integrace) nebudeme integrovat od nuly po celou délku papíru, ale od nuly po neznámou h1. vd Položíme rovno nule a vyjádříme si h1 (polohu vytahovaného papíru tam, kde se balík zastavil). Poté uděláme krok zpět a zintegrujeme výraz dvakrát s tím, že použijeme meze od nuly po h1.

Je to celkem na dlouho, že :-)

A taky jsem možá někde příliš přeskakoval. Pokud někdo chce pochopit to, co jsem psal a nepochopil to, tak zakřičte a já zkusím něco rozepsat podrobněji.

Obávám se, že jednoduší cestou to nepůjde. Jakýkoliv jiný přístup vám může říct možná tak, že čím rychleji, tím lépe. Pokud vás tedy nezajímají konstanty, lze velmi přibližně říci (tím přesněji, čím je k1 blíže rovno k2), že pro posunutí balíku platí

$s\sim\frac{1}{v^2}$

Závěrem uvedu, že jsem uvažoval, že celkové posunutí balíku s je více méně zandbatelné vůči délce papíru l (řekl bych, že pro to aby nespadnul balík je to slušný předpoklad). Kdyby tomu tak nebylo, nemohli bychom integrovat od nuly po délku papíru ale od nuly po délku papíru plus posunutí balíku. Což by výsledek zkomplikovalo, ale projeví se to až ve vyšším řádu.


1 + 1 = 1 + 1
... a nebo taky ne

Offline

 

#16 20. 08. 2008 01:36

medvidek
Moderátor
Místo: Praha
Příspěvky: 860
Reputace:   53 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ rughar:
Tvoje analýza se mi líbí. Jen nevidím důvod, proč je rychlost $v_d $ kvadraticky závislá na délce papíru $l$. Z hlediska závěrů příspěvku to ale není významná chyba.

Teď  bych krátce fyzikálně navázal. Zaveďme dobu trvání mechanického impulsu

$T=\frac{l}{v}$,

což je doba tažení papíru spod hromady. Rovnici pro vd (opravenou) pak lze přepsat takto

$v_d=\frac{k_1 - k_2}{2}T $

Po vynásobení obou stran hmotností m dostaneme

$mv_d=m\frac{k_1 - k_2}{2}T=<F>T$

Tím jsme se oklikou dostali k hybnosti a impulsu síly z mého předchozího příspěvku. Každý již tuší, že <F> je střední hodnota síly působící na hromadu během vytahování papíru

$<F>\equiv\frac{1}{T}\int_{0}^{T}F(t)dt$

Okamžitá síla F(t) je výslednicí síly akcelerační a opačně působící síly brzdné. Obě tyto síly umíme vyjádřit v souladu s našim modelem: 

$F(t)=F_a-F_b=k_1m(1-t/T)-k_2m(t/T)$

Kdo chce, může provést integraci a ověřit tak platnost dříve uvedeného vztahu pro hybnost a impuls síly.


Omlouvám se, pokud jsem tímto někomu předváděl samozřejmosti. Chybí zde analýza možností řešení, Rughar ji provedl kvalitně :-)

Offline

 

#17 20. 08. 2008 15:02 — Editoval rughar (20. 08. 2008 15:06)

rughar
Příspěvky: 424
Škola: MFF UK
Pozice: Vědecký pracovník
Reputace:   27 
 

Re: Par prikladku na fyzikalni mysleni...

↑ medvidek:

Ta kvadratická závislost tak vyšla. Je to z toho důvodu, že k1 a k2 když se podíváš na model so jsem použil není tak úplně součinitel smykového tření jak je známe ze školy. Ale v mém případě je to hodnota součinitele smykového tření odpovídající jednomu metru papíru (čili na jakoby na metr). Molh sem to raději popsat jako:

a = k1*( 1 - h/l ) - k2*h/l

Tady už používám součinitel tření tak, jak se v praxi používá. A vyšla by tam i lineární závislost rychlosti na délce papíru. Vlastně je to takhle mnohem správněji, protože smykové tření neroste s plochou tělesa.

Jinak k té části s impulsem síly. I tak se k tomu dá přistupovat. Hmotnost je tam ale konstanta jen tak do větru a to, že integrál síly přes čas nám dá konečnou hybnost papíru má stejnou váhu, jako integrál zrychlení přes čas nám dá konečnou rychlost. Tím jsem se přesně zabýval. Popravdě jsem nikdy ani moc nepochopil význam impulsové věty :-) (to, že se to chápe jako samostatná věta či nějaká úžasná myšlenka), když známe vztah mezi ryhclostí s zrychlením a zároveň Newtonův zákon síly.

K výpočtu konečné vzdálenosti o kterou se papír posune (ne rychlosti) lze získat až po druhém integrování. A je tedy závislé kvadraicky a ne s třetí mocninou jak mi předtím vyšlo, když uvážím správnou definici smykového tření.


Jinak teď mě napadl ještě jeden postup. My totiž víme, jakou přesně vykonal papír práci na tom balíku. Je to

$W = <F>l = \frac{1}{2}m k_1 l$

A právě tohle přejde do kinetické enrgie toho balíku, která se následně odevzdá tření o stůl. Bohužel ze začátku se kus balíku klouzal po papíře a nespomaloval se celou plochou o stůl, takže se nepříjemnému integrování nebo hledání nějaké střední hodnoty stejně nevyhneme.


1 + 1 = 1 + 1
... a nebo taky ne

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson