Text seriálu 1. série Brožurka s řešeními

1... D1

3 body

Kamioňák se rozhodne na dálnici předjet autobus. Kamion jede o $2~\%$ vyšší rychlostí než autobus. Když je kamion přesně vedle autobusu, začne na dálnici pravotočivá zatáčka, která způsobí, že po celou zatáčku jedou obě vozidla vedle sebe a za nimi se už začíná tvořit značná kolona. Určete poloměr zatáčky (vnitřního jízdního pruhu), je-li šířka jízdních pruhů $3{,}75\,\mathrm{m}$.

Matěj nemá rád kamiony na dálnicích.

2... bateriový problém na dovolené

3 body

Jak dlouho potrvá vybití plně nabité autobaterie ($12\,\mathrm{V}$, $60\,\mathrm{Ah}$), zapomene-li někdo vypnout potkávací světla auta, zamkne a odejde pryč? Konkrétně nás zajímá situace pro přední světla H4 (výrobce udává $55\,\mathrm{W}$ každé) a zadní světla P21/5W (dle výrobce $5\,\mathrm{W}$ každé). Pro jednoduchost považujte transport energie z baterie do světel za bezztrátový, odběr dalších spotřebičů (jako GPS sledování) za zanedbatelný a napětí na baterii za konstantní.

Karel. Ani se neptejte.

3... infrasauna

6 bodů

Dano pokračuje ve vybavování svojí vily další saunou – tentokrát infrasaunou. Chce umístit zářivku těsně pod strop sauny ve výšce $H=2{,}5\,\mathrm{m}$ nad zemí. Emituje-li zářič energii s délkovým zářivým výkonem $p = 1{,}2\,\mathrm{kW\cdot m^{-1}}$, jaké budou intenzita a celkový výkon záření dopadajícího na povrch lidského těla zhruba $h=50\,\mathrm{cm}$ nad zemí? Zářivka je rovná, září homogenně a je upevněna těsně pod středem stropu od jednoho kraje sauny do druhého.

Nápověda Pro jednoduchost uvažujte, že stěny, kde zářivka končí, a strop jsou zrcadla a že podlaha a stěny, kterých se zářivka nedotýká, záření dokonale absorbují a nevyzařují zpět do místnosti.

Karel byl ve wellness na Slovensku.

4... disco koule

7 bodů

Bylo nebylo, Mišo chtěl uspořádat největší párty vůbec. K tomu je ale potřeba pořádná disco koule, a tak si nechal Měsíc obložit zrcadly, čímž z něj udělal největší disco kouli, která měla odrážet světlo od Slunce. Je zřejmé, jak párty dopadla, ale nás zajímá nejmenší možný rozdíl magnitud Slunce a disco koule při pohledu ze Země.

Matěj to rozjel na plné koule.

5... obecně relativistická

9 bodů

Starman se před odletem do kosmu na cestu k Marsu ve svém voze Tesla Roadster domluvil s Muskem, že jakmile bude ve vzdálenosti $r=5{,}0\cdot 10^{6}\,\mathrm{km}$ od hmotného středu Země, tak na něj Musk zasvítí výkonným zeleným laserem. Vlnová délka laseru se vlivem gravitačního pole Země zvětší. Porovnejte tuto změnu vlnové délky s vlivem elektromagnetického Dopplerova jevu, vzdaluje-li se Starman od Muska rychlostí $v=4{,}0\,\mathrm{km\cdot s^{-1}}$. Uvažujte, že oba jevy působí zvlášť.

Vašek by rád výlet se Starmanem.

P... ničitel planet

10 bodů

Jak velká by mohla být co nejmenší a nejlehčí zbraň, která by dokázala zničit planetu? Samozřejmě ještě v rozumném čase v rámci lidského života a čím rychleji, tím lépe.

Karel se moc dívá na sci-fi, tentokrát na úvodní titulky Muži v černém II.

E... lahvová

12 bodů

Jak závisí frekvence zvuku, který vydáváte foukáním do skleněné lahve, na objemu kapaliny v lahvi? Diskutujte, jaký vliv na tuto závislost má tvar lahve.

Návod pro řešení experimentálních úloh
Legolas neumí hrát na žádný hudební nástroj, tak hraje aspoň na nervy.

S... pomalý rozjezd

10 bodů

  1. Vyjádřete následující veličiny\footnote{Bez ohledu na to, že dané součiny možná nedávají žádný rozumný fyzikální smysl.} pomocí základních jednotek SI.
    1. $\mathrm{F}\cdot\Omega$, kde $\mathrm{F}$ je farad a $\Omega$ je ohm
    2. $\mathrm{N}\cdot\mathrm{Pa}$, kde $\mathrm{N}$ je newton a $\mathrm{Pa}$ je pascal
    3. $\dfrac{\mathrm{C}\cdot\mathrm{V}}{\mathrm{J}}$, kde $\mathrm{C}$ je coulomb, $\mathrm{V}$ je volt a $\mathrm{J}$ je joule
    4. $\dfrac{\mathrm{T}\cdot\mathrm{Wb}}{\mathrm{H}\cdot\mathrm{Sv}}$, kde $\mathrm{H}$ je henry, $\mathrm{Sv}$ sievert, $\mathrm{T}$ tesla a $\mathrm{Wb}$ weber
  2. V následujících tvrzeních nalezněte všechny chyby a popište, proč jde o chyby.
    1. $s = vt^2/2 = 5{,}2 \cdot 1{,}2^2 /2 = 3{,}744\,\mathrm{m} \,. $
    2. $y_{\mathrm{m}} \sin \left( 2 \pi \omega \right) = 15 cm \cdot \sin \left( 2 \cdot 3{,}141 \cdot 50 Hz \right) \doteq 0 cm $
    3. Pro experimenty jsme použili úspěšně sadu gamabeta. Na základě měření radioaktivního rozpadu Uranu ve smolinci jsme zjistily, že náš vzorek má aktivitu přesně 532,24 bequerelů.
    4. $s = 1{,}23\,\mathrm{m}$, $t = 2{,}7\,\mathrm{s} \Rightarrow v = s/t \doteq 0{,}46\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$, $m = 240\,\mathrm{g}$, $E = mv^2/2 \doteq 25\,\mathrm{J}$, $P = E/t \doteq 9{,}3\,\mathrm{W}$
  3. Jakou silou působí vítr na korunu stromu? Víme, že to má souvislost s rychlostí větru $v$, průřezem stromu vystaveného větru $S$ a hustotou vzduchu $\rho$. Proveďte rozměrovou analýzu a na jejím základě určete vztah pro sílu.
  4. Sestavte podobnostní číslo odpovídající situaci, ve které protlačujeme kapalinu skrz charakteristickou délku $l$ pomocí gradientu tlaku $\dfrac{\d p}{\d x}$ (případně si tuto veličinu představte jednoduše jako změnu tlaku se vzdáleností $\dfrac{\Delta p}{\Delta x}$). Kapalina má hustotu $\rho$ a kinematickou viskozitu $\nu$. Určete, jaké všechny varianty tohoto podobnostního čísla existují. Jednu z nich si vyberte a pokuste se ji interpretovat.

Bonus Vymyslete co nejoriginálnější Planckovu jednotku (veličinu sestavenou z kombinace redukované Planckovy konstanty $\hbar$, gravitační konstanty $G$, rychlosti světla $c$, Boltzmannovy konstanty $k_{\mathrm{B}}$ a Coulombovy konstanty $k_{\mathrm{e}}$, přičemž nemusí obsahovat všechny). Popište její odvození a okomentujte její hodnotu. Nejzajímavější zmíníme v brožurce s řešeními.

Karel chce trhat rekordy v délce zadání.
Pokud hledáte starou webovou stránku, najdete ji na https://old.fykos.cz