Zadání 4. série 15. ročníku

Mějme čočku o průměru $D$ a ohniskové vzdálenosti $f$ zasazenou ve stěně. Ve vzdálenosti $r$ od stěny a $y$ od optické osy máme bodový zdroj světla, který vyzařuje izotropně. Za čočkou máme ve vzdálenosti $l$ stínítko. A nás by zajímalo, kam dopadne světlo ze zdroje, případně i průběh intenzity na stínítku. (Neuvažujte zobrazovací vady čočky a vlnové vlastnosti světla.)

V bytě jsou tři radiátory. Voda tekoucí v prvním má teplotu $75 ^{o} \,\jd{C}$, voda ve třetím $40 ^{o} \,\jd{C}$. Jakou teplotu má prostřední radiátor? Teplota vzduchu v pokoji je $20 ^{o} \,\jd{C}$. Všechny radiátory jsou stejné a ztráty v potrubí jsou zanedbatelné.

Uvažujte Carnotův cyklus (adiabatický–izotermický–adiabatický–izotermický děj) s tepelným elektromagnetickým zářením. Stavová rovnice pro tepelné záření má tvar $p = 1/3 u(T)$, kde $p$ je tlak záření a $u$ je jeho hustota energie, která závisí pouze na jeho termodynamické teplotě $T$. Pro adiabatický děj s tepelným zářením platí $pV^{4/3} = const.$ Vypočítejte účinnost tohoto cyklu jako funkci $u(T_{1})$ a $u(T_{2})$, kde $T_{1}$ je teplota ohřívače a $T_{2}$ teplota chladiče. Pro libovolný Carnotův cyklus je jeho účinnost dána vztahem $1 – T_{2}/T_{1}$. Porovnáním těchto vztahů pro účinnost cyklu odvoďte, že hustota energie záření $u$ je přímo úměrná $T^{4}$.

Zahrádkář chce udělat zavlažovací zařízení na svůj záhonek a to následujícím způsobem. Vedle řady rostlinek položí hadici s otvory, která bude položená tak, že u každé rostlinky bude dírka. Poraďte zahrádkáři, jak velké mají být dírky, aby ke každé rostlince teklo stejné množství vody.

Bod, ve kterém má gravitační síla Země a Slunce stejnou velikost, je k Zemi blíže, než obíhá Měsíc. Proč tedy Měsíc neobíhá kolem Slunce?

Dáme-li skleničku naplněnou částečně vodou do mrazáku, budeme ji mít za chvíli plnou ledu. Jeho povrch však nebude rovný, ale vypuklý. Zjistěte, proč tomu tak je a vypočtěte alespoň přibližně úhel, který bude svírat povrch ledu s vodorovnou rovinou. Porovnejte tento výsledek s experimentální hodnotou.

Mějme volný hmotný bod, jehož klidová hmotnost je $m_{0}$ a který je v naší vztažné soustavě v klidu. V čase $t = 0$ začne na hmotný bod v našem systému působit konstantní urychlující síla o velikosti $F$.

• Vypočtěte časovou závislost rychlosti hmotného bodu v naší soustavě. Z této závislosti určete zrychlení hmotného bodu vůči našemu systému. (Řešte pouze pro časy $t>0$).

• V každém okamžiku můžeme s uvažovaným hmotným bodem spojit tzv. klidovou inerciální soustavu. Jak již název napovídá, jedná se o inerciální systém, ve kterém je hmotný bod v daném okamžiku v klidu. S jakým zrychlením se hmotný bod pohybuje ve svých klidových soustavách? Jak velká síla na něj v těchto systémech působí?