Fyzika 2.- prednáška 2.

1. Fyzika 2.- prednáška 2. RNDr. Z. Gibová, PhD. http://people.tuke.sk/zuzana.gibova/

2. Ciele 1. GRAVITAČNÉ POLE 1.4 Gravitačné pole Zeme 2. ELEKTROSTATICKÉ POLE 2.1 Definícia poľa 2.2 Elektrostatická sila 2.3 Intenzita a potenciál EP

3. Problémy Akú rýchlosť mala mať sonda Curiosity, aby pristála na Marse? Na akom princípe pracuje kopírka, ako sa toner dostane na papier? Aké veľké je elektrostatické pole v blízkosti nabitého plastového hrebeňa?

4. Zopakujte si • Prejavom poľa je ....................... na objekty, ktoré sú do neho vložené. • Kinetická energia telesa je daná vzťahom ................. . • Vzťah Ep = -  vyjadruje ................ GP. • Gravitačné zrýchlenie na povrchu Zeme je dané vzťahom .............. . • Veličiny, ktoré charakterizujú GP nezávislé od hmotnosti skúšobného náboja sú ................ a ................ .

5. 1.4 Gravitačné pole Zeme 1.4.4 Pohyby v radiálnom gravitačnom poli I. pohyb družice po trajektórii tvaru kružnice

6. Prvá kozmická rýchlosť - minimálna počiatočná rýchlosť, ktorú treba udeliť družici pri vodorovnom vrhu z povrchu Zeme, aby sa družica stala obežnicou Zeme

7. Akú rýchlosť mala mať sonda Curiosity, aby pristála na Marse? Vesmírne vozidlo Curiosity6.8.2012 jednu minútu po pol ôsmej ráno pristálo na Marse v kráteri Gale. Hlavnou úlohou robotickej sondy, ktorú na Mars vyslal americký Národný úrad pre letectvo a vesmír (NASA), bolo hľadať dôkazy, či tamojšie prostredie bolo niekedy vhodné pre mikrobiologický život. Sonda Curiosity má veľkosť osobného automobilu, šesť kolies a je vybavená napríklad robotickým ramenom, niekoľkými spektrometrami, vŕtačkou, dvoma videokamerami či laserom a ďalšími nástrojmi, ktorými analyzovala vzorky. Do vesmíru ju vyniesla raketa Atlas 5, ktorá vyštartovala 26. novembra 2011 z floridského Mysu Canaveral. Kráter Gale si vedci vybrali ako miesto pristátia pre jeho početné vrstvy sedimentov a pre vrch vysoký takmer päť kilometrov. Sonda pristávala automaticky, nakoľko celý manéver trval iba sedem minút, avšak prenos informácií z Marsu na Zem trvá štrnásť minút. V prípade akýchkoľvek komplikácií tak odborníci z NASA nemohli zasiahnuť. Curiosity po pristátí poslala na Zem informáciu, že je v poriadku a neskôr aj prvú fotografiu.

8. Sonda mala mať rýchlosť menšiu ako je prvá kozmická rýchlosť na Marse, čo je , aby ju pritiahlo gravitačné pole Marsu.

9. II. Úniková rýchlosť kozmickej lode z GP Zeme

10. Druhá kozmická rýchlosť – minimálna rýchlosť, ktorou treba vystreliť teleso zo zemského povrchu kolmo nahor, ktorá mu umožní vymaniť sa zo zemského GP

11. 1.4.5 Gravitačné pole vo vnútri Zeme Hustota Zeme nie je konštantná, jadro je hustejšie ako plášť. Zo zväčšujúcou sa vzdialenosťou od stredu, hustota Zeme klesá. Ak začne častica klesať pod povrch, najprv prevažuje vplyv hustého jadra a celková gravitačná sila pôsobiaca na časticu rastie. V určitej hĺbke dosiahne maximum a potom sa smerom k stredu Zeme opäť začne zmenšovať až k nule.

12. Čo je zdrojom elektrostatického poľa?

13. 2. ELEKTROSTATICKÉ POLE • Elektrostatické pole – špeciálny prípad elektromagnetického poľa, keď magnetická • zložka poľa je nulová; resp. keď sa EP nemení s časom. • Elektrický náboj – skalárna veličina, pomocou ktorej vieme charakterizovať ele. • vlastnosti telies, ktoré sa prejavujú silovými účinkami na iné ele. nabité teleso. Je vždy • viazaný na stavebné častice telesa (elektrón, protón). • (Q) = C Coulomb • Elementárny ele. náboj– najmenší experimentálne pozorovaný náboj (náboj • elektrónu, e = 1,602.10-19C, elektrón = jantár, gr.). Elektrický náboj telies je • celočíselným násobkom elementárneho ele. náboja. Elektrostatické pole– časť priestoru, kde sa prejavuje silové pôsobenie elektrického náboja na iný ele. náboj bez vzájomného dotyku. Vzniká v okolí každého ele. náboja, ktorý je v pokoji.

14. Kladný a záporný náboj – dva rovnaké náboje sa odpudzujú a rôzne sa priťahujú. Kladný náboj – trením sklenenej tyče, záporný – trením ebonitovej tyče. Elektroskop – prístroj na meranie elektrického náboja. Pozostáva z dvoch kovových pásikov, ktoré sa môžu od seba odchýliť. Celý prístroj je uzavretý v obale z kovu a skla, aby vychýlenie tenkých pásikov nebolo ovplyvnené prúdením vzduchu. Zdrojom EPmôže byť jeden bodový náboj, sústava bodových nábojov alebo teleso.

15. Bodový náboj– ak rozmery telesa, na ktorom je náboj rozložený môžeme vzhľadom na iné rozmery zanedbať. Elementárne množstvo nábojadQ- ak rozmery telesa, na ktorom je náboj rozložený nemôžeme zanedbať. Objemová hustota Plošná hustota Dĺžková hustota

16. Teleso elektrický neutrálne – kladný a záporný náboj sú v rovnakom množstve na telese, celkový náboj je nulový. Teleso elek. nabité– má voľný náboj (prebytok), ktorý môže interagovať s inými telesami. Voľný a viazaný náboj – vodiče, nevodiče.

17. Tipnite si o koľko je väčšia elektrostatická sila ktorou pôsobia na seba protón a elektrón v atóme vodíka ako gravitačná sila medzi nimi?

18. 2.1 Elektrostatická sila V roku 1785 formuloval na základe experimentov zákon pre silu. Ch. A. Coulomb (1736 – 1806)

19. 0 - permitivita vákua, 8,854.10-12 s4A2 /kg m3 Príťažlivá sila - Fopačný smer akor, Odpudivá sila - Frovnaký smer akor. Coulombov zákon – elektrostatická (elektrická) sila – dva náboje Q1 a Q2 ktoré sa nachádzajú vo vzájomnej vzdialenosti r vo vákuu, pôsobia na seba silami, ktorých smer závisí od znamienka jednotlivých nábojov.

20. Veľkosť elektrostatickej sily– veľkosť sily je úmerná súčinu veľkosti nábojov, ktoré na seba navzájom pôsobia touto silou vo vákuu a nepriamoúmerná kvadrátu ich vzdialenosti.

21. Príklad 3: Vypočítajte o koľko je väčšia elektrostatická sila ako gravitačná sila, ktorými na seba pôsobia protón a elektrón vo vodíku ( = 6,67.10-11 Nm2kg-2, me = 9,1.10-31 kg, mp = 1,67.10-27 kg, e = 1,602.10-19 As, 0= 8,854.10-12 m-3kg-1s4A2 )

22. Na akom princípe pracuje kopírka, ako sa toner dostane na papier? Súčasťou xeroxového kopírovacieho stroja je nosnej guľôčka, ktorá je pokrytá časticami toneru. Jej priemer je cca 0,3 mm. Toner sa na guľôčku pritiahne elektrostatickými silami. Pri kopírovaní sa pomocou matrice vytvorí kladne nabitý obraz dokumentu, ku ktorému sa pritiahne záporne nabitý toner. Odtiaľ sa toner pritiahne na kladne nabitý papier. Tie miesta, kde nemá byť obraz, nie sú nabité. Potom sa toner tepelne nataví na papier, čím vznikne trvalá kópia dokumentu.

23. KONTROLKA:Obrázok zobrazuje dva protóny p1, p2 a jeden elektrón e ležiace na jednej priamke. - e + p1 + p2 Aký je smer: A) elektrostatickej sily, ktorou pôsobí e na p1, B) elektrostatickej sily, ktorou pôsobí p2 na p1, C) výslednej sily, ktorá pôsobí na p1? Aká bude jej veľkosť vzhľadom na situáciu po A)?

24. 2.2 Intenzita a potenciál EP 2.2.1 Intenzita (E) = N/C, V/m Intenzita– intenzita sa číselne rovná sile pôsobiacej na jednotkový náboj predelenej týmto nábojom. Vektorová veličina, ktorá charakterizuje pole.Jej smer je daný smerom sily, závisí od hodnoty náboja zdroja.

25. Zdroj EP: A)1 BN Veľkosť intenzity: IntenzitaEP vo vzdialenosti r od zdroja (bodového náboja)Q je nepriamoúmerná tejto vzdialenosti na druhú.

26. B) sústava BN Výsledná intenzitaEP je rovná vektorovému súčtu intenzít EP, ktoré sú vytvorené jednotlivými BN.

27. C) teleso Ak je EP vytvorené telesom so spojite rozloženým nábojom (plošný alebo objemový), potom intenzita je daná integrálnym vzťahom.

29. Čo sme sa naučili Odvodiť 1. a 2. kozmickú rýchlosť (obrázok, popis odvodenia, slovné znenie, matematický zápis odvodeného vzťahu). Popísať GP vo vnútri Zeme. Definovať elektrostatické pole. Vysvetliť pojmy: bodový náboj, elementárne množstvo náboja, elementárny ele. náboj, teleso elektrický neutrálne a nabité, vodiče a nevodiče. Definovať elektrostatickú silu (slovne a matematicky) pomocou Coulombovhozákona a vyjadriť jej veľkosť pomocou jednotkového vektora. Nakresliť obrázok pre odpudivú a príťažlivú silu. Definovať slovne a matematicky intenzituelektrostatického poľa (obrázok), poznať jej jednotku. Odvodiť intenzitu pre rôzne zdroje elektrostatického poľa (jeden bodový náboj, sústava nábojov, teleso), (popis odvodenia, slovné znenie, matematický zápis odvodeného vzťahu). Nakresliť obrázok k odvodeniam. Vedieť počítať príklady na elektrostatickú silu a intenzitu EP.