Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

Podobné dokumenty
plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

Přijímací zkouška pro nav. magister. studium, obor učitelství F-M, 2012, varianta A

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Elektromagnetické pole je generováno elektrickými náboji a jejich pohybem. Je-li zdroj charakterizován nábojovou hustotou ( r r

(1 + v ) (5 bodů) Pozor! Je nutné si uvědomit, že v a f mají opačný směr! Síla působí proti pohybu.

Fyzika 1 - rámcové příklady Kinematika a dynamika hmotného bodu, gravitační pole

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

Modelování blízkého pole soustavy dipólů

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění

Vyřešením pohybových rovnic s těmito počátečními podmínkami dostáváme trajektorii. x = v 0 t cos α (1) y = h + v 0 t sin α 1 2 gt2 (2)

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

(Následující odstavce jsou zde uvedeny jen pro zájemce.) , sin2π, (2)

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

Projekty - Vybrané kapitoly z matematické fyziky

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

F MATURITNÍ ZKOUŠKA Z FYZIKY PROFILOVÁ ČÁST 2017/18

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Fyzika 2 - rámcové příklady Magnetické pole - síla na vodič, moment na smyčku

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Vznik a šíření elektromagnetických vln

2. Vlnění. π T. t T. x λ. Machův vlnostroj

Modelové úlohy přijímacího testu z matematiky

Pohyby tuhého tělesa Moment síly vzhledem k ose otáčení Skládání a rozkládání sil Dvojice sil, Těžiště, Rovnovážné polohy tělesa

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

6 Skalární součin. u v = (u 1 v 1 ) 2 +(u 2 v 2 ) 2 +(u 3 v 3 ) 2

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

Theory Česky (Czech Republic)

Přehled veličin elektrických obvodů

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Modelové úlohy přijímacího testu z matematiky

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

1 Analytická geometrie

Řešení úloh krajského kola 60. ročníku fyzikální olympiády Kategorie A Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3), V. Vícha (4)

KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

4. Práce, výkon, energie a vrhy

1. Přímka a její části

Zápočet z fyzikálního semináře 102XFS

frekvence f (Hz) perioda T = 1/f (s)

MATEMATIKA III. π π π. Program - Dvojný integrál. 1. Vypočtěte dvojrozměrné integrály v obdélníku D: ( ), (, ): 0,1, 0,3, (2 4 ), (, ) : 1,3, 1,1,

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

Mechanika II.A Třetí domácí úkol

ČÁST V F Y Z I K Á L N Í P O L E. 18. Gravitační pole 19. Elektrostatické pole 20. Elektrický proud 21. Magnetické pole 22. Elektromagnetické pole

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Obecná vlnová rovnice pro intenzitu elektrického pole Vlnová rovnice mimo oblast zdrojů pro obecný časový průběh veličin Vlnová rovnice mimo oblast

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

X = A + tu. Obr x = a 1 + tu 1 y = a 2 + tu 2, t R, y = kx + q, k, q R (6.1)

Fyzikální korespondenční seminář UK MFF 22. II. S

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Filip Hroch. Astronomické pozorování. Filip Hroch. Výpočet polohy planety. Drahové elementy. Soustava souřadnic. Pohyb po elipse

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

Petr Šafařík 21,5. 99,1kPa 61% Astrofyzika Druhý Třetí

Příloha č. 1. amplitudová charakteristika filtru fázová charakteristika filtru / frekvence / Hz. 1. Určení proudové hustoty

Momenty setrvačnosti a deviační momenty

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

a) [0,4 b] r < R, b) [0,4 b] r R c) [0,2 b] Zakreslete obě závislosti do jednoho grafu a vyznačte na osách důležité hodnoty.

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

FYZIKA DIDAKTICKÝ TEST

7. CVIČENÍ. Sedmé cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

7.5.3 Hledání kružnic II

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

Domácí úlohy ke kolokviu z předmětu Panorama fyziky II Tomáš Krajča, , Jaro 2008

VZOROVÝ TEST PRO 2. ROČNÍK (2. A, 4. C)

Mechanika - kinematika

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Skládání různoběžných kmitů. Skládání kolmých kmitů. 1) harmonické kmity stejné frekvence :

F n = F 1 n 1 + F 2 n 2 + F 3 n 3.

l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

Eukleidovský prostor a KSS Eukleidovský prostor je bodový prostor, ve kterém je definována vzdálenost dvou bodů (metrika)

Cvičení Na těleso působí napětí v rovině xy a jeho napěťový stav je popsán tenzorem napětí (

Obr. 4 Změna deklinace a vzdálenosti Země od Slunce v průběhu roku

6 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Gyrační poloměr jako invariant relativistického pohybu. 2 Nerovnoměrný pohyb po kružnici v R 2

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

Příklady k analytické geometrii kružnice a vzájemná poloha kružnice a přímky

VZÁJEMNÉ SILOVÉ PŮSOBENÍ VODIČŮ S PROUDEM A MAGNETICKÉ POLE

Teorie rentgenové difrakce

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ TĚŽIŠTĚ

Kapitola 5. Seznámíme se ze základními vlastnostmi elipsy, hyperboly a paraboly, které

Vzorce počítačové grafiky

CVIČNÝ TEST 5. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Václav Zemek. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 17 IV. Záznamový list 19

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

Transkript:

Přijímací zkouška z fyziky 01 - Nav. Mgr. - varianta A Příklad 1 (5 bodů) Koule o poloměru R=10 cm leží na vodorovné rovině. Z jejího nejvyššího bodu vypustíme s nulovou počáteční rychlostí bod o hmotností m. Bod klouže po kulové ploše bez tření. Určete polohu, danou úhlem (viz obrázek),.kde se bod od kulové plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na zmíněnou vodorovnou rovinu a místem, kde se rovina dotýká koule. Příklad (5 bodů) Víte-li, že elektrická pevnost vzduchu je asi kv/mm, odhadněte minimální rozměry čtvercové antény radaru, která dokáže na frekvenci 10 GHz vysílat s pulsním výkonem P=5MW. Permeabilita vakua je H/m, rychlost světla m/s. Příklad 3 (5 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 10? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,8 Å na Příklad 4 (5 bodů) Na následujícím obrázku je znázorněn prostoročasový diagram, ve kterém jsou potlačeny směry y,z. Budeme tedy uvažovat děje pouze v rovině y = 0, z = 0. Jednotky na osách jsou metry. a) Jakým způsobem se na prostoročase měří vzdálenosti? Napište vyjádření v kartézských souřadnicích.

b) Spočítejte prostoročasovou vzdálenost událostí E ( o souřadnicích (ct,x) = ( 4, ) ) a D ( o souřadnicích (ct,x) = (3,1) ). c) Prostoročasové intervaly mezi dvěma událostmi dělíme na časupodobné, světelné a prostorupodobné. Jaký charakter mají intervaly mezi následujícími dvojicemi událostí: {E,D}, {A, B}, {A,D} a {B,C}? Nyní uvažujte kromě inerciálního systému, jehož osy jsou znázorněny na obrázku, ještě druhý inerciální systém ( se souřadnicemi (ct,x ) ), jehož počátek v čase t = 0 = t splývá s počátkem původního systému a pohybuje se vůči němu rychlostí v v kladném směru osy x. d) Je možné vhodnou volbou rychlosti v zařídit, aby se události A a D staly z hlediska čárkovaného systému na stejném místě nebo ve stejném čase? Případnou rychlost vypočtěte. e) Je možné vhodnou volbou rychlosti v zařídit, aby se události A a B ( o souřadnicích (ct,x) = (1, ) ) staly z hlediska čárkovaného systému na stejném místě nebo ve stejném čase? I zde odpovídající rychlost vypočtěte.

Přijímací zkouška z fyziky 01 - Nav. Mgr. - varianta A Příklad 1 (5 bodů) Koule o poloměru R=10 cm leží na vodorovné rovině. Z jejího nejvyššího bodu vypustíme s nulovou počáteční rychlostí bod o hmotností m. Bod klouže po kulové ploše bez tření. Určete polohu, danou úhlem ϕ (viz obrázek),.kde se bod od kulové R plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na φ zmíněnou vodorovnou rovinu a místem, kde se rovina dotýká koule. d Řešení 1 Ze zákona zachování mechanické energie plyne pro pohyb na kouli pro rychlost v v bodě popsaném úhlem ϕ vztah 1 (4 body) = mgr( 1 cosϕ) mv (1) ( g je tíhové zrychlení). Odstředivá síla, rovná mv (4 body) F o = = mg( 1 cosϕ) () R tedy s rostoucím úhlem vzrůstá, naopak složka tíhové síly kolmá k povrchu koule F k = mg cosϕ klesá, Proto v okamžiku, kdy se obě síly vyrovnají, ( body) F o = F k (3) bod opustí povrch koule z podmínky (3) plyne pro úhel ϕ vztah ( body) a pro odpovídající rychlost cos ϕ = (4) 3 ( body) v = gr (5) 3 Svislá složka této rychlosti je 1 gt + vsinϕ t dostáváme kvadratickou rovnici v sinϕ, takže ve svislém směru za čas t bod urazí dráhu. Při dopadu tato dráha bude rovna R ( 1+ cosϕ) 1, takže k určení doby pádu t od odtržení (3 body) gt + vsinϕ t R( 1+ cosϕ) = 0 (6) Z obou řešení nás ovšem zajímá pouze kladný kořen 1 ( body) t ( ) 1 = vsinϕ + v sin ϕ + gr 1 + cosϕ (7) g Rychlost ve vodorovném směru při odtržení je směru je t 1v cosϕ a výsledná vzdálenost d je v cosϕ, takže dráha uražená za čas t 1 ve vodorovném

(3 body) d = sinϕ 1 cosϕ (8) a po dosazení z (4),(5),(7) vychází (3 body) 0 + 5 5 d = R 7 (9) (pro kontrolu uveďme mezivýsledek t 1 10 10 R = ) 3 3 g

Příklad (5 bodů) Víte-li, že elektrická pevnost vzduchu je asi kv/mm, odhadněte minimální rozměry čtvercové antény radaru, která dokáže na frekvenci 10 GHz vysílat s pulsním výkonem P=5MW. Permeabilita vakua je 7 8 µ 0 = 4π 10 H/m, rychlost světla c = 3 10 m/s. Řešení Pro účely našeho odhadu pokládejme rozložení elektromagnetického pole v okolí ústí antény za rovinnou 6 vlnu. Amplituda intenzity elektrického pole musí zůstávat menší než 10 V/m, její efektivní hodnota bude proto 6 (4 body) E ef < 10 V / m (1) Označíme-li µ 0 (5 bodů) Z 0 = = µ 0c = 10π Ω () ε 0 vlnovou impedanci vakua, bude pro efektivní hodnotu intenzity magnetického pole platit Eef 6 (4 body) H ef = < 10 A/ m (3) Z 10π 0 Časová střední hodnota P UP složky Umovova-Poyntingova vektoru ve směru výstupu z antény je tedy ef E 1 (4 body) PUP = Eef H ef = < 10 W / m (4) Z0 10π Při takto omezené hustotě přeneseného výkonu pak tedy pro přenos výkonu P=5MW potřebujeme nejméně plochu P 5 6 4 4 (4 body) S = = 10π 10 m = 3π 10 m 9 10 m (5) P UP a strana čtvercové antény vychází na cca 3 cm. (4 body)

Příklad 3 (5 bodů) Jakou rychlost musí mít α -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,8 Å na difrakčním úhlu 10? Řešení 3 Známé a neznámé, převedení na jednotky SI: α -částice... jádro atomu He - hmotnost m 4 m n ( m p m u ) ( body) = 4 1,66 10-7 kg (1 bod) h = 6,6 10-34 J s ( bod) d hkl = 0,8 Å = 0,8 10-10 m (1 bod) Θ = 10 [difrakční úhel je Θ, nikoli jen Θ ( body)] v =? Pro určení rychlosti α-částice vyjdeme z de Broglieho vztahu h h h λ = = v =, p mv mλ [(5 bodů), při záměně h <-> ħ 3 body; za objasnění, že nám stačí řešit případ nerelativisticky (může být až na konci řešení jako ověření) další body] kde chybí vyjádřit již jen vlnovou délku. K tomu poslouží znalost Braggovy rovnice λ = d hkl sinϑ, (5 bodů) kde ϑ = 60 Tedy: h v = = mλ h 4 m u dhkl sin 60 (1 bod) Numericky: v = 4 1,66 34 6,6 10 J s kg m 7 0 10 0,8 10 6,6 3 1 3 v = 4 1,66 0,8 10 J s kg m 10 1,1 kg m s s kg m 3 v 0,9 10 m s za numerický výpočet (bez kalkulačky) 4 body; za úspěšnou rozměrovou zkoušku body Jak vidno, předpoklad postačujícího nerelativistického postupu se potvrdila rychlost částice je dostatečně malá. (body viz výše)

Příklad 4 (5 bodů) Na následujícím obrázku je znázorněn prostoročasový diagram, ve kterém jsou potlačeny směry y,z. Budeme tedy uvažovat děje pouze v rovině y = 0, z = 0. Jednotky na osách jsou metry. a) Jakým způsobem se na prostoročase měří vzdálenosti? Napište vyjádření v kartézských souřadnicích. b) Spočítejte prostoročasovou vzdálenost událostí E ( o souřadnicích (ct,x) = ( 4, ) ) a D ( o souřadnicích (ct,x) = (3,1) ). c) Prostoročasové intervaly mezi dvěma událostmi dělíme na časupodobné, světelné a prostorupodobné. Jaký charakter mají intervaly mezi následujícími dvojicemi událostí: {E,D}, {A, B}, {A,D} a {B,C}? Nyní uvažujte kromě inerciálního systému, jehož osy jsou znázorněny na obrázku, ještě druhý inerciální systém ( se souřadnicemi (ct,x ) ), jehož počátek v čase t = 0 = t splývá s počátkem původního systému a pohybuje se vůči němu rychlostí v v kladném směru osy x. d) Je možné vhodnou volbou rychlosti v zařídit, aby se události A a D staly z hlediska čárkovaného systému na stejném místě nebo ve stejném čase? Případnou rychlost vypočtěte. e) Je možné vhodnou volbou rychlosti v zařídit, aby se události A a B ( o souřadnicích (ct,x) = (1, ) ) staly z hlediska čárkovaného systému na stejném místě nebo ve stejném čase? I zde odpovídající rychlost vypočtěte. Řešení 4 a) Vzdálenosti měříme na základě prostoročasového intervalu (neboli Minkowskiho metrikou), který je dán vztahem (používáme signaturu(-+++)) (5 bodů) b) Jelikož Δx = 3m a cδt = 7m, dostaneme (4 body) = -40m c) Stačí odhadnout, zda jsou události relativně vůči sobě vzdáleny více v čase (při počítání s pomocí ct) nebo více v prostoru (nebo spočíst znaménko ). Intervaly {E,D},{A,D}a {B,C}jsou časupodobné. Interval {A,B} je prostorupodobný.

(4 body) d) Událost D je v absolutní budoucnosti události A, není tedy možné nalézt systém, kde by byly současné. Soumístné budou v systému jehož časová osa prochází obě události. Rovnice časové osy je na základě Lorentzových transformací dána takto: 0 = x = γ(x - vt). Tedy x c (6 bodů) v = D = ct D 3 e) Událost B je v relativní současnosti události A, není tedy možné nalézt systém, kde by byly soumístné. Současné budou v systému, jehož x-ová osa prochází oběma událostmi. Rovnice této osy je na základě v Lorentzových transformací dána takto: 0 = t' = γ t. Tedy c x ct B c (6 bodů). v = c = x B