Zobecněné fyzikální vlastnosti

Při studiu byl leckdo konfrontován tolik neoblíbenou fyzikou. Fyzika není jenom sled vzorců. To hezké na ní je, že to nějakým způsobem dává smysl. Pátrajíce po souvislostech si můžete ušetřit biflovací čas.

Principy, které se odehrávají například v mechanice se do jisté míry podobají principům elektrickým. Bodejť by ne – vždyť všechny energetické domény popisují jeden svět. Zobecněné fyzikální vlastnosti ho popisují nezávisle na doméně. Stačí to pochopit pouze jednou a potom správně aplikovat.

Zobecněné fyzikální vlastnosti jsou  v základu čtyři a popíšu je na doméně elektrické a tekutinové.

zobecněné vlastnosti

První vlastností je zobecněný tok (flow). Elektrickými vodiči proudí elektrony, potrubím například voda. V elektrické doméně se zobecněný tok nazývá proudem, což je ekvivalentní průtoku (objemovému). Jednotkou je vždy nějaká část toho co protéká za nějakou dobu (ampér je vlastně počet elektronů za sekundu, průtok se počítá třeba v litrech za sekundu).

Pokud zašpuntujeme vanu a necháme vodu odtékat do ní, začne se akumulovat. Akumulace (quantity) je další zobecněná vlastnost. Je to nasčítání toho, co proudí. Takovou „elektrickou vanou“ je kondenzátor. Pokud víme, že voda do vany teče 10 minut při průtoku půl litru za sekundu, tak vynásobením těchto hodnot zjistíme objem (zobecněná akumulace) ve vaně. Proto vztah pro náboj na kondenzátoru je Q = I.t . Neboli – integrujeme-li průtok podle času, získáváme akumulaci.

K vysvětlení zobecněného úsilí (effor) použiji masážní sprchovou hlavici. Takováto hlavice je odpor, jeho regulací měním tlak masírování. Tento tlak můžu regulovat také kohoutkem – tedy měnit průtok. Obě veličiny (průtok i odpor) se na tlaku podílejí přímou úměrou. Jejich vynásobením vznikne notoricky známý vzoreček pocházející z Ohmova zákona U = R.I.

Další známý vzoreček z elektrické domény určuje vztah mezi akumulací a úsilím Q = U.C. Vana není zcela vhodnou alternativou ke kondenzátoru. Vhodnější je například obyčejný nafukovací balónek. Pod tlakem je do balónku vháněn vzduch, objem i tlak v balónku stoupá. Pod napětím jsou do kondenzátoru vháněny elektrony, náboj i napětí na kondenzátoru stoupá. Pokud se balónek přefoukne (příliš velký tlak) – praskne. Pokud bude příliš velké napětí, tak se kondenzátor prorazí. Kolik náboje se tam při určitém napětí vejde, určuje právě kapacita (C). Stejné značení a význam má i takzvaná poddajnost plic (balónku). Compilance (odtud značení velké C) je poměr změny objemu, ku změně tlaku (neboli C =  Q/U). Zlehčeně řečeno – kapacita a poddajnost je schopnost neměnit tlak, když přibývá objem. Když je někdo kapacita – tlak se mu nezvýší i při rostoucím objemu práce.

Poslední zobecněnou veličinou je hybnost (momentum, ale značí se to p). Hybnost je integrálem úsilí podle času. Nejlépe představitelné je to na doméně mechanické. Síla (F) je úsilí. Čím delší dobu a větší silou budu tlačit na jen tak zapomenutý vagón na kolejích, tím více se bude hýbat, takže p = F.t . Jelikož neexistuje žádný hybnotometr, pomůže další vztah: p = m.v (hybnost je přímo úměrná rychlosti i hmotnosti) a to je doplnění té poslední větývky v názorném obrázku, kde hmotnost představuje konstantu L. Což může být též indukčnost drátu. Hybnost je v elektrické doméně magnetický tok. Tramtadadá Φ = L.I. Zobecněný tok (ne magnetický!) je  po vynásobení konstantou roven zobecněné hybnosti (magnetickému toku). Všechno dokládá následující tabulka.

tabulka_zobvlastZobecněný tok má vždy jednotku něco/s. Integrací (jíž je svázán tok a akumulace) se odstraní časová složka ze jmenovatele (respektive přidá se do čitatele). Stejné je to i v případě úsilí a hybnosti.

Zobecněné vlastnosti jsou pěknou pomůckou při pochopení některých fyzikálních principů. Jejich výhoda tkví v tom, že jednu věc můžete vysvětlit a pochopit přes odlišnou (názornější) doménu. Všude to funguje stejně.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *