Vzorová řešení čtvrté série úloh

Podobné dokumenty
Příklad 22 : Kapacita a rozložení intenzity elektrického pole v deskovém kondenzátoru s jednoduchým dielektrikem

( ) Mechanická práce II. Předpoklady: 1501

Křivkový integrál prvního druhu verze 1.0

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

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

(1) přičemž všechny veličiny uvažujeme absolutně. Její úpravou získáme vztah + =, (2) Přímé zvětšení Z je dáno vztahem Z = =, a a

x + F F x F (x, f(x)).

6. a 7. března Úloha 1.1. Vypočtěte obsah obrazce ohraničeného parabolou y = 1 x 2 a osou x.

II. 5. Aplikace integrálního počtu

Pohyby HB v některých význačných silových polích

LINEÁRNÍ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE 2.ŘÁDU

14 Kuželosečky v základní poloze

2.1 - ( ) ( ) (020201) [ ] [ ]

Obvody a obsahy obrazců I

56. ročník Matematické olympiády. b 1,2 = 27 ± c 2 25

9. Astrofyzika. 9.4 Pod jakým úhlem vidí průměr Země pozorovatel na Měsíci? Vzdálenost Měsíce od Země je km.

Úlohy školní klauzurní části I. kola kategorie C

SYLABUS PŘEDNÁŠKY 7 Z GEODÉZIE 1

Projekty - Vybrané kapitoly z matematické fyziky

6. Určitý integrál a jeho výpočet, aplikace

= 2888,9 cm -1. Relativní atomové hmotnosti. leží stejný přechod pro molekulu H 37 Cl? Výsledek vyjádřete jako

DERIVACE A INTEGRÁLY VE FYZICE

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

14. cvičení z Matematické analýzy 2

Ohýbaný nosník - napětí

Jak již bylo uvedeno v předcházející kapitole, můžeme při výpočtu určitých integrálů ze složitějších funkcí postupovat v zásadě dvěma způsoby:

9 Axonometrie ÚM FSI VUT v Brně Studijní text. 9 Axonometrie

Obr. 1: Optická lavice s příslušenstvím při měření přímou metodou. 2. Určení ohniskové vzdálenosti spojky Besselovou metodou

Matematické metody v kartografii

Posouzení stability svahu

Opakování ke státní maturitě didaktické testy

Obsah. Obsah. 2.3 Pohyby v radiálním poli Doplňky 16. F g = κ m 1m 2 r 2 Konstantu κ nazýváme gravitační konstantou.

Zápočet z fyzikálního semináře 102XFS

Úlohy krajského kola kategorie A

Pluto již není planetou, z astronomie však nemizí

11. cvičení z Matematické analýzy 2

Hyperbola, jejíž střed S je totožný s počátkem soustavy souřadnic a jejíž hlavní osa je totožná

Komplexní čísla tedy násobíme jako dvojčleny s tím, že použijeme vztah i 2 = 1. = (a 1 + ia 2 )(b 1 ib 2 ) b b2 2.

KEPLEROVY ZÁKONY. RNDr. Vladimír Vaščák. Metodický list

8. cvičení z Matematiky 2

5.2. Určitý integrál Definice a vlastnosti

2. Funkční řady Studijní text. V předcházející kapitole jsme uvažovali řady, jejichž členy byla reálná čísla. Nyní se budeme zabývat studiem

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ MATEMATIKA K PŘIJÍMACÍM ZKOUŠKÁM NA PEF

M A = M k1 + M k2 = 3M k1 = 2400 Nm. (2)

Interpretace pozorování planet na obloze a hvězdné obloze

Interpretace pozorování planet na obloze a hvězdné obloze

ASTRO Keplerovy zákony pohyb komet

Úvod do nebeské mechaniky

Hledání hyperbol

FYZIKA I. Gravitační pole. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

URČITÝ INTEGRÁL FUNKCE

Základní příklady. 18) Určete velikost úhlu δ, jestliže velikost úhlu α je 27.

O původu prvků ve vesmíru

Hmotný bod - model (modelové těleso), který je na dané rozlišovací úrovni přiřazen reálnému objektu (součástce, části stroje);

Hvězdný vítr. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Masarykova univerzita, Brno

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V PROSTORU

4. přednáška 22. října Úplné metrické prostory. Metrický prostor (M, d) je úplný, když každá cauchyovská posloupnost bodů v M konverguje.

OBECNÝ URČITÝ INTEGRÁL

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

je jedna z orientací určena jeho parametrizací. Je to ta, pro kterou je počátečním bodem bod ϕ(a). Im k.b.(c ) ( C ) (C ) Obr Obr. 3.5.

Zavedení a vlastnosti reálných čísel PŘIROZENÁ, CELÁ A RACIONÁLNÍ ČÍSLA

(2) 2 b. (2) Řešení. 4. Platí: m = Ep

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Určitý integrál ZVMT lesnictví 1 / 26

Neurčité výrazy

Astronomická olympiáda 2010/2011

( ) ( ) Sinová věta II. β je úhel z intervalu ( 0;π ). Jak je vidět z jednotkové kružnice, úhly, pro které platí. Předpoklady:

9. Planimetrie 1 bod

DUM č. 11 v sadě. Ma-2 Příprava k maturitě a PZ geometrie, analytická geometrie, analýza, komlexní čísla

1.1 Numerické integrování

Seznámíte se s další aplikací určitého integrálu výpočtem obsahu pláště rotačního tělesa.

Dráhy planet. 28. července 2015

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

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

26. listopadu a 10.prosince 2016

8 Mongeovo promítání

integrovat. Obecně lze ale říct, že pokud existuje určitý integrál funkce podle různých definic, má pro všechny takové definice stejnou hodnotu.

7.5.8 Středová rovnice elipsy

Diferenciální počet. Spojitost funkce

VIII. Primitivní funkce a Riemannův integrál

Konstrukční uspořádání koleje

V = π f 2 (x) dx. f(x) 1 + f 2 (x) dx. x 2 + y 2 = r 2

4.4.3 Kosinová věta. Předpoklady:

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

Laboratorní práce č. 6 Úloha č. 5. Měření odporu, indukčnosti a vzájemné indukčnosti můstkovými metodami:

ANALYTICKÁ GEOMETRIE

Středová rovnice hyperboly

Při výpočtu obsahu takto omezených rovinných oblastí mohou nastat následující základní případy : , osou x a přímkami. spojitá na intervalu

Až dosud jsme se zabývali většinou reálnými posloupnostmi, tedy zobrazeními s definičním

NEWTONŮV INTEGRÁL. V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

GRAVITAČNÍ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

Obecně: K dané funkci f hledáme funkci ϕ z dané množiny funkcí M, pro kterou v daných bodech x 0 < x 1 <... < x n. (δ ij... Kroneckerovo delta) (4)

Interpretace pozorování planet na obloze a hvězdné obloze

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

Integrální počet - IV. část (aplikace na určitý vlastní integrál, nevlastní integrál)

R n výběr reprezentantů. Řekneme, že funkce f je Riemannovsky integrovatelná na

( t) ( t) ( t) Nerovnice pro polorovinu. Předpoklady: 7306

Matice. a B =...,...,...,...,..., prvků z tělesa T (tímto. Definice: Soubor A = ( a. ...,..., ra

Transkript:

FYZIKÁLNÍ SEKCE Přírodovědecká fkult Msrykovy univerzity v Brně KORESPONDENČNÍ SEMINÁŘ Z FYZIKY 8. ročník 001/00 Vzorová řešení čtvrté série úloh (5 bodů) Vzorové řešení úlohy č. 1 (8 bodů) Volný pád Měsíce Než přistoupíme k vlstnímu řešení úlohy, připomeňme první třetí Keplerův zákon pro pohyb plnet. Podle prvního Keplerov zákon se plnety pohybují po elipsách 1 (málo odlišných od kružnic), v jejichž společném ohnisku je Slunce. Třetí Keplerův zákon pk říká, že poměr druhých mocnin oběžných dob dvou plnet je roven poměru třetích mocnin hlvních poloos jejich trjektorií, tj. T1 T = 3 1 3 = T = konst., (1) 3 kde T je oběžná dob plnety je délk hlvní poloosy její trjektorie. Abychom určili konstntu n prvé strně vzthu (1), uvžujme těleso o hmotnosti m, které se kolem Slunce pohybuje po kružnici o poloměru r. Grvitční síl, jíž n ně působí Slunce, je silou dostředivou, proto pltí m v r = GmM r, () 1 Elipsou rozumíme množinu bodů v rovině, pro něž je součet vzdáleností od dvou pevných bodů, ohnisek, roven konstntě (dvojnásobku velké poloosy elipsy). 1

kde G je grvitční konstnt M je hmotnost Slunce. Dosdíme-li z oběžnou rychlost těles v = πr, dostáváme po úprvě T kombincí se vzthem (1) potom T r 3 = 4π GM (3) T 3 = 4π GM = konst. (4) Keplerovy zákony všk mjí obecnější pltnost. Můžeme je npř. plikovt n pohyb těles (družic, Měsíce) kolem Země. Ve vzthu (4) pouze stčí nhrdit M M, kde M je hmotnost Země, tj. T 3 = 4π GM = konst. (5) Nyní již můžeme přistoupit k vlstnímu řešení úlohy. Předpokládejme, že Měsíc byl jistým vnějším záshem zbven své obvodové rychlosti kolem Země zčíná tedy k Zemi volně pdt. Jeho trjektorií je opět elips, která degeneruje v úsečku. Jedno z ohnisek elipsy přitom leží ve středu Země, druhé v počátečním bodě dráhy Měsíce (n tomto místě doporučujeme znovu si připomenout definici elipsy). Hlvní poloos elipsy tedy odpovídá polovině původní vzdálenosti R Země Měsíce dob volného pádu Měsíce t je polovinou oběžné doby určené ze vzthu (5). Po úprvách doszení tbulkových hodnot jednotlivých veličin vychází t = T R ( = π GM ) 3. = 5 dní. (6) Poznámk: Možná se bude některým z vás zdát zbytečné počítt hodnotu konstnty vystupující ve třetím Keplerově zákoně. Mnozí jste totiž určovli dobu volného pádu Měsíce přímo ze vzthu T 1 3 1 = T 3. (7) Je to skutečně možné, jenom je třeb uvědomit si některé souvislosti. Třetí Keplerův zákon popisuje pohyb těles (plnet) kolem konkrétního společného objektu. My se sice zbýváme pohybem jediného těles (Měsíce), sledujeme všk jeho pohyb ve dvou různých přípdech: při obvyklém pohybu kolem Země při volném pádu. Ve vzthu (7) je tedy T 1 oběžná dob Měsíce 1 jeho vzdálenost od Země z normálních okolností, veličiny = 1 1 T = t se pk vzthují k volnému pádu Měsíce. Dodejme, že provedený výpočet pltí pouze z předpokldu m M. V opčném přípdě bychom totiž museli vzít v úvhu součsný pohyb těles i Slunce kolem jejich společného hmotného středu (srv. poznámku pod črou v řešení úlohy 5.) výsledek by byl poněkud odlišný.

Vzorové řešení úlohy č. (6 bodů) Částice prchu v kometárním ohonu Grvitční síl působící n částici prchu je přímo úměrná její hmotnosti. Předpokládáme-li, že částice prchu je kulová, má grvitční síl Slunce, která n ni působí, velikost F g = G M m p = G M 4 3 πr3 ρ p, (1) R R kde m p je hmotnost prchové částice, r její poloměr, ρ p hustot R její vzdálenost od Slunce. Vidíme, že grvitční síl je přímo úměrná třetí mocnině poloměru částice, tj. F g = Ar 3, kde A = G M 4 3 πρ p R. () Síl tření způsobená slunečním větrem má (podle Stokesov vzthu) velikost F t = Br, (3) kde B je konstnt úměrnosti závislá n vlstnostech prostředí, v němž se částice nchází. Poměr velikosti třecí síly velikosti grvitční síly je roven F t = B 1 F g A r. (4) Je zřejmé, že pro dosttečně mlé hodnoty poloměru částice prchu je síl tření způsobená slunečním větrem větší než grvitční síl Slunce. Sluneční vítr (tj. tok elektricky nbitých částic proudících od Slunce) tedy odfoukává mlé prchové částice z blízkosti komety ty pk vytvářejí prchový kometární ohon. Vzorové řešení úlohy č. 3 (5 bodů) Délk ohonu komety Oznčme S Slunce, K jádro komety, O konec plzmového ohonu Z Zemi (viz obrázek). K O S α β Z 3

Trojúhelníky ZOS ZKS jsou prvoúhlé, proto pltí SO = ZS tn (α + β), SK = ZS tn α. (1) Odtud dostáváme pro délku ohonu komety KO = SO SK = ZS [tn (α + β) tn α] = 1, 06. j. () kde 1. j. (stronomická jednotk) odpovídá střední vzdálenosti Země od Slunce, tj. 1. j. = ZS =. 150.10 6 km. (3) Vzorové řešení úlohy č. 4 (6 bodů) Rdioktivní rozpd v obálce supernov Hmotnost jednoho tomu uvžovného izotopu kobltu je v jednom kilogrmu kobltu je tedy m. = 56 1, 67.10 7 kg. = 9, 35.10 6 kg, (1) N 1kg = 1 kg m Z tohoto množství se z jednu sekundu rozpdne N 1kg = N 1kg N 1kg ( 1. = 1, 07.10 5 tomů. () kde T = 77, 7 dne je zdný poločs rozpdu kobltu. Energie uvolněná rozpdem jediného tomu je podle zdání ) 1s T. = 1, 10.10 18 tomů, (3) ε = 3, 7 MeV. = 5, 95.10 13 J. (4) Aby byl objsněn zářivý výkon supernov P = 10 35 W, musí se z jednu sekundu rozpdnout N = P. = 1, 68.10 47 tomů. (5) ε Supernov dného výkonu tedy musí obshovt celkem N = N N 1kg. = 1, 53.10 9 kg. = 0, 08M kobltu. (6) Poznámk: Správněji bychom měli při výpočtu uvžovt místo t=1 s velmi krátký čsový intervl t 0. Protože je ovšem 1 s 77,7 dní, je přesnost získného odhdu dostčující. 4

Vzorové řešení úlohy č. 5 prémiové Stbilit dvojhvězdy Je-li celková energie systému dvou hvězd, které se v dné vztžné soustvě nepohybují které nejsou grvitčně vázné, tj. jsou velmi vzdálené, nulová (podle zdání), pk celková energie grvitčně vázného systému je záporná: hvězdám totiž musíme dodt energii k tomu, by překonly vzájemné grvitční působení přestly být vázné. Podobně je celková energie nevázného systému nezáporná. Pro grvitční potenciální energii systému dvou těles o hmotnostech M 1 M, vzdálených o, lze odvodit vzth E p = G M 1M. (1) Celková mechnická energie fyzikálního dvojhvězdného systému je tedy dán vzthem E = 1 M 1v1 + 1 M v G M 1M, () z nějž doszením zdných vzthů pro rychlosti složek získáme E = G M 1M < 0. (3) Předpokládejme nyní, že u první hvězdy proběhl sféricko-symetrická exploze, při níž nedošlo ke změně její rychlosti. Pozůsttek první složky po výbuchu nechť má hmotnost M 1. Pltí M 1 = M 1 M, (4) kde jsme jko M oznčili úbytek hmotnosti hvězdy (tj. hmotnost odvržené látky). Vzhledem ke vztžné soustvě spojené s původním hmotným středem systému se sféricko-symetrická obálk pohybuje rychlostí v 1, proto získá hmotný střed 3 pozůsttku dvojhvězdy rychlost o velikosti v 0 = M 1 v 1 + M v M 1 + M = G(M1 + M ) M M 1 + M M 1 M 1 M 1 + M. (5) Celkovou energii Ē systému po explozi musíme sledovt právě v soustvě spojené s tímto novým hmotným středem dvojhvězdy. V ní má první složk rychlost o velikosti v 1 = v 1 + v 0 = G(M1 + M ) M M 1 + M, (6) 3 Hmotný střed systému n hmotných bodů o hmotnostech m i polohových vektorech r i je definován jko bod o polohovém vektoru r 0 = n i=1 m i r i n i=1 m. i Hmotný střed systému má tedy (v dné vztžné soustvě) rychlost n i=1 v 0 = m i v i n i=1 m, i kde v i je rychlost i tého hmotného bodu. 5

druhá složk má rychlost o velikosti v = v v 0 = G(M1 + M ) M 1 M 1 + M. (7) Pro celkovou energii systému po explozi pltí Ē = 1 M 1 (v 1) + 1 M (v ) G M 1 M = G M 1 M [ ( ) M1 + M ( )] M1 + M. M1 + M (8) Aby systém zůstl vázný, musí být tto energie záporná, proto má podmínk pro zchování dvojhvězdného systému tvr M 1 M < M 1. (9) Protože spočtené rychlosti pohybu hvězd v 1 v neodpovídjí rychlostem pro kruhovou dráhu (srv. zdání úlohy), dráh hvězd po explozi nezůstává kruhovou. 6