Vyhledávání úloh podle oboru

Databáze úloh FYKOSu odjakživa

astrofyzika (79)biofyzika (18)chemie (20)elektrické pole (67)elektrický proud (70)gravitační pole (76)hydromechanika (135)jaderná fyzika (40)kmitání (52)kvantová fyzika (26)magnetické pole (38)matematika (85)mechanika hmotného bodu (273)mechanika plynů (80)mechanika tuhého tělesa (206)molekulová fyzika (66)geometrická optika (73)vlnová optika (58)ostatní (154)relativistická fyzika (35)statistická fyzika (20)termodynamika (139)vlnění (47)

vlnová optika

(10 bodů)6. Série 35. Ročníku - S. laserujeme

  1. Jak velká musí být apertura prostorového filtru, jestliže jsme pro jeho sestavení použili čočku o průměru $40 \mathrm{cm}$ a ohniskové vzdálenosti $4 \mathrm{m}$? Laserový svazek s gaussovským profilem má na vstupu průměr $30 \mathrm{cm}$ a vlnovou délku $1~053 nm$. Poloměr ohniska (tedy parametr $\sigma $) gaussovského svazku můžeme vypočítat podle vzorce

\[\begin{equation*} r = \frac {2}{\pi }\lambda \frac {f}{D} , \end {equation*}\] kde $D$ je průměr svazku, $f$ je ohnisková vzdálenost čočky a $\lambda $ je vlnová délka laseru.

  1. Jakou energii musí mít laserový svazek, který je fokusován na povrch palivové peletky o poloměru $1 \mathrm{mm}$, aby byla dosažena intenzita v ohnisku $10^{14} W.cm^{-2}$? Poloměr ohniska je $25 \mathrm{\micro m}$ a délka pulzu $10 \mathrm{ns}$. Kolik svazků celkem potřebujeme, abychom rovnoměrně pokryli povrch peletky? Jaká je jejich celková energie?
  2. Jakou energii musí mít laserový, fokusovaný tak, že na povrchu peletky nemá ohnisko, ale průměr svazku odpovídá průměru peletky? Chceme s ním dosáhnout stejné intenzity, jako v předchozím případě. Předpokládejte, že takový svazek máme jeden a že je schopný homogenně ozářit celou peletku „ze všech stran“.

(10 bodů)5. Série 35. Ročníku - S. stabilizujeme

  1. Jakou intenzitu musí mít laser o vlnové délce $351 \mathrm{nm}$, aby prostřednictvím ablace povrchu palivové peletky stabilizoval Rayleighovu-Taylorovu (RT) nestabilitu? Předpokládejte, že rozhraní ablátoru s DT ledem je vlnité s vlnovou délkou
  1. $0,2 \mathrm{\micro m}$,
  2. $5 \mathrm{\micro m}$.
  1. Jak se změní intenzita laseru, pokud na peletku aplikujeme ještě magnetické pole o velikosti $5 \mathrm{T}$?
  2. Co dalšího může napomoci minimalizovat RT nestabilitu?

(10 bodů)4. Série 35. Ročníku - S. svítíme

  1. V jaké vzdálenosti od povrchu terče (předpokládejte, že je z uhlíku a pro laser o vlnové délce $351 \mathrm{nm}$) se nachází kritický povrch a v jaké vzdálenosti dochází ke vzniku dvouplazmonového rozpadu, pokud je charakteristická délka plazmatu1) $50 \mathrm{\micro m}$? Dále předpokládejte
  1. exponenciální pokles hustoty plazmatu s rostoucí vzdáleností od terče,
  2. lineární pokles hustoty plazmatu s rostoucí vzdáleností od terče.
  1. Jakou musí mít elektrony energii, aby prošly od kritického povrchu ke skutečnému povrchu terče? Pro dosah elektronů v uhlíkovém plazmatu využijte empirický vztah $R = 0{,}933~4 E^{1{,}756~7}$, kde $E$ je v $\mathrm{MeV}$ a $R$ je v $\mathrm{g.cm^{-2}}$.
  2. Na jaké délce se elektrony v elektrickém poli plazmové vlny urychlí na tyto energie?
  3. Jaké vlnové délky rozptýleného světla můžeme pozorovat v případě stimulovaného Ramanova rozptylu pro laser o vlnové délce $351 \mathrm{nm}$?
1)
Hustota plazmatu $n_e$ v závislosti na vzdálenosti od terče se typicky vyjadřuje jako funkce $n_e = \f {f}{\frac {x}{x_c}}$, kde $x$ je vzdálenost od terče a $x_c$ je tzv. charakteristická delka plazmatu, která představuje škálovací parametr od terče.

(12 bodů)3. Série 35. Ročníku - E. až moc sladký čaj

Změřte stáčení polarizační roviny v závislosti na koncentraci cukru v roztoku.

Káťa nemá ráda slazený čaj.

(10 bodů)2. Série 35. Ročníku - S. stlačujeme

Jakou energii musí mít laserový impuls trvající $10 \mathrm{ns}$, aby jím vytvořená rázová vlna byla schopná ohřát plazma na teplotu, při níž může dojít k termojaderné fúzní reakci? Jakou hustotu bude mít stlačené palivo? Poznámka: Přepokládejte, že počáteční plazma je jednoatomový ideální plyn.

(10 bodů)6. Série 34. Ročníku - S. nabitá struna

Uvažujte napnutou strunu o délkové hustotě $\rho $, která je navíc rovnoměrně nabitá s délkovou nábojovou hustotou $\lambda $. Napětí ve struně je $T$. Struna se nachází v magnetickém poli o konstantní velikosti $B$, jež je ve směru struny v rovnovážné poloze. Vaším úkolem bude popsat několik aspektů kmitání této struny. Nejprve bude třeba sestrojit vlnovou rovnici. Zanedbejte indukční efekty (předpokládejte, že struna je perfektně izolující, a tedy nábojová hustota zůstává konstantní) a určete Lorentzovu sílu na jednotku délky pro malé oscilace struny v obou směrech kolmých na směr jejího napnutí. Tuto sílu použijte pro sestavení vlnové rovnice (ta dále obsahuje sílu plynoucí z napětí struny). Proveďte fourierovskou substituci a určete disperzní vztah v aproximaci malého pole $B$; konkrétně uvažujte členy do prvního řádu v $\beta = \frac {\lambda B}{k \sqrt {\rho T}} \ll 1$, kde $k$ je vlnové číslo. Určete dva polarizační vektory, tentokrát pouze do nultého řádu v $\beta $.

Nyní předpokládejte, že v určitém místě struny vytvoříme vlnu, která bude oscilovat pouze v jednom směru. V jaké vzdálenosti od původního bodu bude vlna stočená o devadesát stupňů?

Štěpán vzpomínal na třetí seriálovou úlohu.

(10 bodů)5. Série 34. Ročníku - S. rezonance a tlumení

  1. Na napnutém laně mohou existovat vlny ve výchylce $\f {u}{x, t}$ z rovnovážné polohy, které splňují vlnovou rovnici s tlumením

\[\begin{equation*} \ppder {u}{t} = v^2 \ppder {u}{x} + \Gamma \pder {u}{x}  , \end {equation*}\] kde $v$ je fázová rychlost a $\Gamma $ je tlumící koeficient. Proveďte fourierovskou substituci a určete disperzní vztah. Vyřešte jej pro vlnové číslo $k$. Jakou podmínku, vyjádřenou pomocí frekvence $\omega $, fázové rychlosti $v$ a koeficientu $\Gamma $, musí vlny splňovat, aby byly na laně pozorovány uzly (body, ve kterých lano zůstává v rovnovážné poloze, ale v jejichž okolí se pohybuje)?

  1. Uvažujte švihadlo, přichycené na jednom konci k nehybné stěně. Ve vzdálenosti $L$ od stěny jej chytneme do ruky a začneme s ním pohybovat nahoru a dolů, čímž v něm vytvoříme vlnění. Švihadlo s délkovou hustotou $\lambda $ udržujeme v napětí $T$ ve směru od stěny, výchylka tedy splňuje rovnici

\[\begin{equation*} \ppder {u}{t} = \frac {T}{\lambda } \ppder {u}{x}  . \end {equation*}\] Pro výchylku konce švihadla, se kterým pohybujeme, platí $\f {u_0}{t} = A \f {\cos }{\omega _0 t}$. Předpokládejte, že řešení lze zapsat ve formě dvou rovinných vln, pohybujících se v opačných směrech. Nalezněte takové řešení pouze s využitím zadaných parametrů, tj. $T$, $\lambda $, $L$, $A$ a $\omega _0$. Výsledné řešení má amplitudu rostoucí nade všechny meze pro určité frekvence. Určete jejich hodnoty a jim odpovídající vlnové délky.

Štěpán si hrál se švihadlem.

(5 bodů)4. Série 34. Ročníku - 3. křivá optika

Mějme bodový zdroj světla a rovinnou skleněnou desku s indexem lomu $n = 1,50$. V místě paty kolmice od zdroje na desku se uvnitř desky nacházejí vlnoplochy s poloměrem křivosti $R = 5{,}00 \mathrm{m}$. Jaká je skutečná vzdálenost zdroje a desky?

Dodo je pěkný křivák.

(8 bodů)1. Série 34. Ročníku - 4. solární plachetnice

Ve vzdálenosti $0,8 \mathrm{au}$ od Slunce se vznáší solární plachetnice ve tvaru tenké desky o ploše $S = 500 \mathrm{m^2}$ s plošnou hustotou $\sigma =1,4 \mathrm{kg\cdot m^{-2}}$. Jakou silou na ni působí záření dopadající ze Slunce v okamžiku, kdy se plachetnice právě začíná pohybovat? Jaké bude v mít tu chvíli zrychlení? Zářivý výkon Slunce je $L_{\odot } =3,826 \cdot 10^{26} \mathrm{W}$. Předpokládejte, že záření dopadá na plachetnici kolmo a odráží se pružně.

Nápověda: Doporučujeme najít zrychlení při malé počáteční rychlosti $v_0$ a poté dosadit $v_0 = 0$.

Danka si chce zalétat.

(9 bodů)5. Série 33. Ročníku - 5. opticko-relativistická

Určete, jaký fázový posun $\Delta \Phi $ vznikne přechodem laserového svazku s vlnovou délkou $\lambda _0$ přes skleněnou desku s klidovou tloušťkou $h$ a s indexem lomu $n$, která se pohybuje ve směru svazku rovnoměrně rychlostí $v$, oproti případu, kdy je deska vůči zdroji i pozorovateli v klidu. Zajímá nás především první nenulový člen rozvoje podle rychlosti desky.

Dodo a optické praktikum.

Tato stránka využívá cookies pro analýzu provozu. Používáním stránky souhlasíte s ukládáním těchto cookies na vašem počítači.Více informací

Partneři

Pořadatel

Pořadatel MSMT_logotyp_text_cz

Generální partner neuron-logo.jpg

Partner

Mediální partner


Created with <love/> by ©FYKOS – webmaster@fykos.cz